卡爾·赫·克羅默

在下文中，將研究人體工程學設計的三個最重要的問題：首先， 控制，將能量或信號從操作員傳輸到機器的裝置； 第二， 指標 或顯示器，向操作員提供有關機器狀態的視覺信息； 第三，面板或控制台中控件和顯示器的組合。

為坐著的操作員設計

坐著是一種比站著更穩定、耗能更少的姿勢，但它比站著更能限制工作空間，尤其是腳部。 然而，與站著相比，坐著時操作腳踏控制要容易得多，因為腳必須將很少的體重轉移到地面上。 此外，如果腳施加的力的方向部分或大部分向前，則提供具有靠背的座椅允許施加相當大的力。 （這種佈置的典型示例是汽車中踏板的位置，它們位於駕駛員前方，或多或少低於座椅高度。）圖 1 示意性地顯示了可供坐著的操作員使用的踏板位置。 請注意，該空間的具體尺寸取決於實際操作員的人體測量學。

圖 1. 腳的首选和常規工作空間（以厘米為單位）

用於放置手動控件的空間主要位於身體前方，大致呈球形輪廓，該輪廓以肘部、肩部或這兩個身體關節之間的某處為中心。 圖 2 示意性地顯示了控件位置的空間。 當然，具體尺寸取決於操作者的人體測量學。

圖 2. 手的首选和常規工作空間（以厘米為單位）

必須注視的顯示器和控件的空間以眼睛前方的部分球體的外圍為界，並以眼睛為中心。 因此，此類顯示器和控件的參考高度取決於就座操作員的眼睛高度以及他或她的軀乾和頸部姿勢。 距離小於一米左右的視覺目標的首選位置明顯低於眼睛的高度，並且取決於目標的接近程度和頭部的姿勢。 目標越近，它的位置就應該越低，並且應該位於或靠近操作者的內側（中矢狀）平面。

用“耳眼線”（Kroemer 1994a）來描述頭部的姿勢很方便，在側視圖中，它穿過右耳孔和右眼瞼的接合處，而頭部不向任何一側傾斜（在正面視圖中瞳孔處於同一水平水平）。 當俯仰角變大時，人們通常稱頭部位置為“直立”或“直立” P （見圖3）耳眼線與地平線成15°左右，眼睛在耳朵高度以上。 視覺目標的首選位置是耳眼線下方 25°–65°（洛西 在圖 3 中），對於必須保持聚焦的近距離目標，大多數人更喜歡較低的值。 儘管視線的首選角度存在很大差異，但大多數受試者，尤其是隨著年齡的增長，更喜歡聚焦在具有大視野的近距離目標上 洛西 角度。

圖 3. 耳眼線

專為站立操作員設計

很少需要站立的操作員進行踏板操作，因為否則操作員必須花太多時間單腳站立而另一隻腳操作控制器。 顯然，站著的操作者同時操作兩個踏板實際上是不可能的。 當操作員靜止不動時，腳踏控制裝置的位置僅限於行李箱下方的一小塊區域，略微位於行李箱前方。 走動會提供更多空間來放置踏板，但在大多數情況下這是非常不切實際的，因為涉及到步行距離。

站立操作員的手動控制位置包括與坐著操作員大致相同的區域，大致在身體前方的半個球體，其中心靠近操作員的肩膀。 對於重複的控制操作，該半球體的優選部分將是其下部。 顯示器的位置區域也類似於適合坐著的操作員的區域，同樣大致是一個以操作員眼睛為中心的半球體，首選位置位於該半球體的下部。 顯示器的確切位置以及必須看到的控件的確切位置取決於頭部的姿勢，如上所述。

控制器的高度適當參考操作員肘部的高度，同時上臂懸掛在肩部。 必須注視的顯示器和控件的高度是指操作員的眼睛高度。 兩者都取決於操作員的人體測量學，對於矮個子和高個子、男人和女人以及不同種族的人，這可能會有很大的不同。

腳踏控制

應區分兩種控制：一種用於將大能量或力傳遞給一台機器。 這方面的例子是自行車上的踏板或沒有動力輔助功能的較重車輛中的製動踏板。 將控制信號傳送至機器的腳踏控制裝置，例如通斷開關，通常只需要少量的力或能量。 雖然考慮踏板的這兩個極端形式很方便，但存在各種中間形式，設計師的任務是確定以下哪一種設計建議最適用於它們。

如上所述，重複或連續的踏板操作應該只需要坐著的操作員。 對於旨在傳輸大能量和力的控制，以下規則適用：

• 將踏板放在身體下方，稍靠前的位置，以便可以在舒適的腿部操作它們。 往復踏板的總水平位移通常不應超過約 0.15 m。 對於旋轉踏板，半徑也應為 0.15 m 左右。 開關型踏板的線性位移可能很小，不應超過約 0.15 m。

• 踏板的設計應使行進方向和腳力大致在操作者從臀部到踝關節的直線上。

• 通過腳在踝關節處的屈曲和伸展操作的踏板，其佈置方式應使在正常位置時小腿與腳之間的角度約為 90°； 在操作過程中，該角度可能會增加到大約 120°。

• 僅向機械提供信號的腳踏控制器通常應具有兩個離散位置，例如“開”或“關”。 但是請注意，用腳可能很難區分這兩個位置。

控件的選擇

必鬚根據下列需要或條件在不同種類的控制中進行選擇：

• 手或腳操作

• 傳輸的能量和力的數量

• 應用“連續”輸入，例如駕駛汽車

• 執行“離散操作”，例如，(a) 激活或關閉設備，(b) 選擇幾個不同的調整之一，例如從一個電視或無線電頻道切換到另一個，或 (c) 執行數據輸入，如用鍵盤。

控件的功能用途也決定了選擇程序。 主要標準如下：

• 控制類型應符合刻板或普遍的期望（例如，使用按鈕或撥動開關打開電燈，而不是旋鈕）。

• 控件的尺寸和運動特性應與刻板印象和過去的實踐相適應（例如，為汽車的雙手操作提供大方向盤，而不是槓桿）。

• 控件的操作方向應符合陳規定型或常見的期望（例如，推或拉 ON 控件，而不是向左轉）。

• 手操作用於需要小力度和微調的控制，而腳操作適用於粗調和大力度（但考慮到踏板，特別是汽車上普遍使用的油門踏板，不符合這個原則） .

• 控制應該是“安全的”，因為它不會無意中操作，也不會以過度或與其預期目的不一致的方式操作。

表 1. 控制動作和預期效果

空白：不適用； + 最喜歡； – 不太喜歡。 ¹ 帶觸發式控制。 ² 帶推拉開關。 ³ 在美國上升，在歐洲下降。

資料來源：修改自 Kroemer 1995。

表 1 和表 2 有助於選擇適當的控件。 但是，請注意，很少有用於控件選擇和設計的“自然”規則。 目前的大多數建議純粹是經驗性的，適用於現有設備和西方刻板印象。

表 2 常用手控器的控效關係

空白：不適用； +：最優選； –：不太優選； = 最不喜歡。 ¹ 估計（沒有已知的實驗）。

資料來源：修改自 Kroemer 1995。

圖 4 顯示了“制動”控制的示例，其特徵在於控制停止時的離散制動或停止。 它還描繪了典型的“連續”控制，其中控制操作可以發生在調整範圍內的任何位置，而無需設置在任何給定位置。

圖 4.“制動”和“連續”控制的一些示例

控件的大小在很大程度上取決於過去對各種控件類型的經驗，通常以最小化控制面板中所需空間的願望為指導，並且允許相鄰控件的同時操作或避免無意中的同時激活。 此外，設計特性的選擇將受到以下考慮因素的影響，例如控制裝置是位於室外還是在有遮蔽的環境中，是在固定設備中還是在移動的車輛中，或者可能涉及使用裸手或手套和連指手套。 對於這些情況，請參閱本章末尾的閱讀材料。

一些操作規則管理控制的安排和分組。 這些在表 3 中列出。有關更多詳細信息，請查看本節末尾列出的參考文獻以及 Kroemer、Kroemer 和 Kroemer-Elbert (1994)。

表 3. 控制安排規則

資料來源：修改自 Kroemer、Kroemer 和 Kroemer-Elbert 1994。
經 Prentice-Hall 許可轉載。 版權所有。

防止誤操作

以下是防止無意中激活控件的最重要方法，其中一些方法可以組合使用：

• 控制裝置的定位和方向應使操作員不太可能在正常的控制操作順序中敲擊它或意外移動它。

• 通過物理屏障隱藏、屏蔽或包圍控件。

• 通過提供別針、鎖或其他必須在操作控制器之前將其移除或破壞的方法來覆蓋或保護控制器。

• 提供額外的阻力（通過粘性或庫侖摩擦，通過彈簧加載或通過慣性），以便驅動需要不尋常的努力。

• 提供一種“延遲”手段，使控制必須通過一個異常運動的臨界位置（例如在汽車的變速機構中）。

• 在控制之間提供聯鎖，以便在激活關鍵控制之前需要先操作相關控制。

請注意，這些設計通常會減慢控件的操作速度，這在緊急情況下可能是有害的。

數據輸入設備

幾乎所有控件都可用於在計算機或其他數據存儲設備上輸入數據。 然而，我們最習慣於使用帶按鈕的鍵盤。 在甚至已成為計算機鍵盤標準的原始打字機鍵盤上，按鍵基本上按字母順序排列，但由於各種原因（通常是晦澀難懂的原因）進行了修改。 在某些情況下，在普通文本中經常彼此相鄰的字母被隔開，這樣如果快速敲擊，原始的機械類型條可能不會糾纏在一起。 鍵的“列”大致呈直線排列，鍵的“行”也是如此。 但是，指尖不是以這種方式對齊的，並且在手的手指彎曲或伸展或向側面移動時也不會以這種方式移動。

在過去的一百年裡，人們進行了​​許多嘗試，通過改變鍵盤佈局來提高鍵控性能。 其中包括在標準佈局中重新定位鍵，或完全更改鍵盤佈局。 鍵盤被分成不同的部分，並添加了按鍵組（例如數字鍵盤）。 相鄰鍵的排列可以通過改變間距、相互之間的偏移或參考線的偏移來改變。 鍵盤可分為用於左手和右手的部分，並且這些部分可橫向傾斜和傾斜。

按鈕操作的動態對用戶來說很重要，但在操作中很難測量。 因此，按鍵的力-位移特性通常描述為靜態測試，並不代表實際操作。 根據目前的實踐，計算機鍵盤上的按鍵位移相當小（約 2 毫米），並顯示出“彈回”阻力，即在實現按鍵啟動時操作力的減小。 一些鍵盤由一個帶有開關的薄膜組成，而不是單獨的單個鍵，當在正確的位置按下時，會產生所需的輸入，而感覺很少或沒有位移。 膜的主要優點是灰塵或液體無法滲透； 但是，許多用戶不喜歡它。

除了“一個鍵一個字符”原則之外，還有其他選擇； 相反，人們可以通過各種組合方式生成輸入。 一種是“和弦”，即同時操作兩個或多個控件以生成一個字符。 這對操作員的記憶能力提出了要求，但只需要使用很少的鑰匙。 其他開發利用二進制輕敲按鈕以外的控件，用槓桿、肘節或特殊傳感器（如裝有儀器的手套）代替它，這些傳感器會對手的手指的運動做出反應。

傳統上，打字和計算機輸入是通過操作員手指與鍵盤、鼠標、軌跡球或光筆等設備之間的機械交互來完成的。 然而，還有許多其他方式可以產生投入。 語音識別似乎是一種很有前途的技術，但也可以採用其他方法。 例如，他們可能會利用指向、手勢、面部表情、身體動作、注視（引導一個人的視線）、舌頭的運動、呼吸或手語來傳輸信息並向計算機生成輸入。 該領域的技術發展非常多變，正如用於計算機遊戲的許多非傳統輸入設備所表明的那樣，在不久的將來接受傳統二進制點擊鍵盤以外的設備是完全可行的。 例如，Kroemer (1994b) 和 McIntosh (1994) 已經提供了對當前鍵盤設備的討論。

顯示器

顯示器提供有關設備狀態的信息。 顯示可應用於操作員的視覺（燈光、秤、計數器、陰極射線管、平板電子設備等）、聽覺（鈴、喇叭、錄製的語音消息、電子生成的聲音等）或用於觸覺（形狀控制、盲文等）。 標籤、書面說明、警告或符號（“圖標”）可被視為特殊類型的顯示。

顯示器的四個“基本規則”是：

1. 僅顯示對充分的工作績效必不可少的信息。
2. 僅按照操作員的決策和行動所需的準確程度顯示信息。
3. 以最直接、最簡單、最易理解和可用的形式呈現信息。
4. 以這樣一種方式呈現信息，即顯示器本身的故障或故障將立即顯而易見。

選擇聽覺還是視覺顯示取決於當時的條件和目的。 展示的目的可能是提供：

• 有關係統過去狀態的歷史信息，例如船舶運行的航線

• 關於系統當前狀態的狀態信息，例如已經輸入文字處理器的文本或飛機的當前位置

• 給定某些轉向設置的預測信息，例如船舶的未來位置

• 指示或命令告訴操作員做什麼，可能還有如何做。

如果環境嘈雜、操作員留在原地、信息冗長且複雜，尤其是涉及對象的空間位置時，視覺顯示是最合適的。 如果工作場所必須保持黑暗，操作員四處走動，信息簡短，需要立即註意，並處理事件和時間，則聽覺顯示是合適的。

視覺展示

視覺顯示有三種基本類型：(1) 查 顯示屏指示給定條件是否存在（例如，綠燈表示正常功能）。 (2)的 定性 顯示指示變化變量的狀態或其近似值，或其變化趨勢（例如，指針在“正常”範圍內移動）。 (3) 的 量 顯示屏顯示必須確定的準確信息（例如，在地圖上查找位置、閱讀文本或在計算機顯示器上繪圖），或者它可能指示必須由操作員讀取的準確數值（例如、時間或溫度）。

視覺顯示的設計指南是：

• 安排顯示，以便操作員可以輕鬆定位和識別它們，而無需進行不必要的搜索。 （這通常意味著顯示器應該位於或靠近操作員的中間平面，並且低於或位於眼睛高度。）

• 按功能或順序分組顯示，以便操作員可以輕鬆使用它們。

• 確保所有顯示器都根據其功能正確照明或照明、編碼和標記。

• 使用通常有顏色的燈來指示系統的狀態（例如打開或關閉）或提醒操作員系統或子系統無法運行並且必須採取特殊措施。 淺色的常見含義在圖 5 中列出。閃爍的紅色表示需要立即採取行動的緊急情況。 當緊急信號結合聲音和閃爍的紅燈時，它是最有效的。

圖 5. 指示燈的顏色編碼

對於更複雜和更詳細的信息，尤其是定量信息，傳統上使用四種不同顯示之一：(1) 移動指針（具有固定刻度），(2) 移動刻度（具有固定指針），(3) 計數器(4) “圖形”顯示，尤其是在顯示監視器上由計算機生成的。 圖 6 列出了這些顯示類型的主要特徵。

圖 6. 顯示器的特性

通常最好使用移動指針而不是移動刻度，刻度可以是直線（水平或垂直排列）、曲線或圓形。 刻度應該簡單而整潔，刻度和編號的設計應能快速獲得正確的讀數。 數字應位於刻度標記之外，以免被指針遮擋。 指針的末端應直接指向標記。 刻度尺只能按照操作員必須讀取的那樣精細地標記分度。 所有主要標記都應編號。 進度最好用主要標記之間的 1991、1994 或 XNUMX 個單位的間隔來標記。 數字應從左到右、從下到上或順時針增加。 有關尺度尺寸的詳細信息，請參閱 Cushman 和 Rosenberg XNUMX 或 Kroemer XNUMXa 列出的標準。

從 1980 年代開始，帶有指針和印刷刻度的機械顯示器越來越多地被帶有計算機生成圖像的“電子”顯示器或使用發光二極管的固態設備所取代（參見 Snyder 1985a）。 顯示的信息可以通過以下方式編碼：

• 形狀，例如直線或圓形

• 字母數字，即字母、數字、單詞、縮寫

• 各種抽象層次的數字、圖片、畫報、圖標、符號，例如地平線上的飛機輪廓

• 黑色、白色或灰色陰影

• 顏色。

不幸的是，許多電子生成的顯示都模糊不清，通常過於復雜和色彩豐富，難以閱讀，並且需要準確聚焦和密切關注，這可能會分散主要任務的注意力，例如駕駛汽車。 在這些情況下，上面列出的四項“基本規則”中的前三項經常被違反。 此外，許多電子生成的指針、標記和字母數字不符合既定的人體工程學設計指南，尤其是當由線段、掃描線或點陣生成時。 儘管用戶可以容忍其中一些有缺陷的設計，但快速創新和改進顯示技術可以提供許多更好的解決方案。 然而，同樣的快速發展導致印刷報表（即使它們出現時是最新的和全面的）正在迅速變得過時。 因此，本文中均未給出。 Cushman 和 Rosenberg (1991)、Kinney 和 Huey (1990) 以及 Woodson、Tillman 和 Tillman (1991) 出版了彙編。

電子顯示器的整體質量往往欠佳。 用於評估圖像質量的一種度量是調製傳遞函數 (MTF)（Snyder 1985b）。 它使用特殊的正弦波測試信號來描述顯示器的分辨率； 然而，讀者對顯示器的偏好有很多標準（Dillon 1992）。

單色顯示器只有一種顏色，通常是綠色、黃色、琥珀色、橙色或白色（消色差）。 如果幾種顏色出現在同一個彩色顯示器上，它們應該很容易區分。 最好同時顯示不超過三種或四種顏色（優先考慮紅色、綠色、黃色或橙色，以及青色或紫色）。 一切都應該與背景形成強烈對比。 其實一個合適的規則是先對比設計，也就是從黑白兩方面來設計，然後再有節制地添加顏色。

儘管有許多單獨或相互作用的變量會影響複雜顏色顯示的使用，但 Cushman 和 Rosenberg (1991) 編寫了顯示顏色使用指南； 這些在圖 7 中列出。

圖 7. 顯示器顏色使用指南

其他建議如下：

• 藍色（最好是低飽和度的）適合背景和大形狀。 但是，藍色不應用於文本、細線或小形狀。

• 字母數字字符的顏色應與背景顏色形成對比。

• 使用顏色時，使用形狀作為冗餘提示（例如，所有黃色符號都是三角形，所有綠色符號都是圓形，所有紅色符號都是正方形）。 冗餘編碼使顯示器更容易被有色覺缺陷的用戶接受。

• 隨著顏色數量的增加，顏色編碼對象的尺寸也應該增加。

• 紅色和綠色不應用於大型顯示器外圍區域的小符號和小形狀。

• 在彼此相鄰或在對象/背景關係中使用相反的顏色（紅色和綠色、黃色和藍色）有時是有益的，有時是有害的。 無法給出一般指導方針； 應對每種情況確定解決方案。

• 避免同時顯示多種高度飽和、光譜極端的顏色。

控制和顯示面板

顯示器和控件應佈置在面板中，以便它們位於操作員前方，即靠近人的內側平面。 如前所述，無論操作員是坐著還是站著，控件都應接近肘部高度，並在眼睛下方或眼睛高度顯示。 不經常操作的控件或不太重要的顯示器可以位於更靠邊或更高的位置。

通常，有關控制操作結果的信息會顯示在儀器上。 在這種情況下，顯示器應靠近控制裝置，以便控制設置可以無誤、快速、方便地完成。 當控件位於顯示屏的正下方或右側時，分配通常最清晰。 操作控制器時，必須注意不要讓手遮住顯示屏。

存在對控制-顯示關係的普遍預期，但它們通常是習得的，它們可能取決於用戶的文化背景和經驗，而且這些關係通常並不牢固。 預期的運動關係受控制和顯示類型的影響。 當兩者都是線性或旋轉時，刻板的期望是它們沿相應的方向移動，例如都向上或都順時針。 當運動不一致時，通常適用以下規則：

• 順時針增加. 順時針轉動控制器會導致顯示值增加。

• 沃里克的齒輪計算尺. 顯示器（指針）的移動方向應與控件靠近（即，與顯示器相匹配）的一側相同。

控制和顯示位移的比率（C/D 比率或 D/C 增益）描述了必須移動多少控制才能調整顯示。 如果很多控制運動只產生一個小的顯示運動，一旦談到高 C/D 比，並且控制具有低靈敏度。 通常，在進行設置時涉及兩個不同的運動：首先是快速的主要（“迴轉”）運動到一個大概的位置，然後是對精確設置的微調。 在某些情況下，將這兩個運動的總和最小化的最佳 C/D 比值。 然而，最合適的比例取決於給定的情況； 它必須為每個應用程序確定。

標籤和警告

標籤

理想情況下，設備或控件上不應要求任何標籤來解釋其用途。 然而，通常需要使用標籤，以便人們可以定位、識別、閱讀或操縱控件、顯示器或其他設備項目。 必須進行標記，以便準確快速地提供信息。 為此，表 4 中的指南適用。

表 4. 標籤指南

資料來源：修改自 Kroemer、Kroemer 和 Kroemer-Elbert 1994
（經 Prentice-Hall 許可轉載；保留所有權利）。

字體（字體）應該是簡單、粗體和垂直的，例如 Futura、Helvetica、Namel、Tempo 和 Vega。 請注意，大多數電子生成的字體（由 LED、LCD 或點陣形成）通常不如印刷字體； 因此，必須特別注意使這些盡可能清晰易讀。

• 建議身高 字符的數量取決於觀看距離：

觀看距離 35 厘米，建議高度 22 毫米

觀看距離 70 厘米，建議高度 50 毫米

觀看距離 1 m，建議高度 70 mm

觀看距離 1.5 m，建議高度至少 1 cm。

• 筆劃寬度與字符高度的比率 白底黑字的比例應該在1:8到1:6之間，黑底白字的比例應該在1:10到1:8之間。

• 字符寬度與字符高度的比率 應該是3:5左右。

• 字母之間的空間 應該至少是一個筆劃寬度。

• 單詞之間的空間 至少應為一個字符寬度。

• 為 連續文本, 混合大小寫字母； 為了 標籤, 僅使用大寫字母。

警告

理想情況下，所有設備都應該可以安全使用。 實際上，這通常無法通過設計來實現。 在這種情況下，必須警告用戶與產品使用相關的危險，並提供安全使用說明以防止受傷或損壞。

最好有一個“主動”警告，通常包括一個注意到不當使用的傳感器，以及一個警告人類即將發生危險的警報裝置。 然而，在大多數情況下，使用的是“被動”警告，通常包括貼在產品上的標籤和用戶手冊中的安全使用說明。 這種被動警告完全依賴於人類用戶識別現有或潛在的危險情況、記住警告並謹慎行事。

被動警告的標籤和標誌必須按照最新的政府法律法規、國家和國際標準以及最適用的人體工程學信息精心設計。 警告標籤和標語牌可能包含文本、圖形和圖片——通常是帶有冗余文本的圖形。 如果仔細選擇這些描述，圖形，尤其是圖片和象形圖，可以被具有不同文化和語言背景的人使用。 然而，不同年齡、經歷、種族和教育背景的用戶可能對危險和警告有不同的認知。 因此，設計一個 安全至上 產品比對劣質產品應用警告要好得多。

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