工作系統設計
工作站
工作站設計的綜合方法
在人體工程學中，工作站的設計是一項關鍵任務。 人們普遍認為，在任何工作環境中，無論是藍領還是白領，設計良好的工作站不僅可以促進工人的健康和福祉，還可以提高生產力和產品質量。 相反，設計不當的工作站可能會導致或助長健康問題或慢性職業病的發展，以及將產品質量和生產率保持在規定水平的問題。
對於每一位人體工程學專家來說，上述陳述似乎微不足道。 每個人體工程學專家還認識到，全世界的工作生活不僅充滿了人體工程學的缺點，而且公然違反了人體工程學的基本原則。 很明顯，負責人：生產工程師、主管和經理對工作站設計的重要性普遍缺乏認識。
值得注意的是，在工業工作方面存在一種國際趨勢，這似乎強調了人體工程學因素的重要性：對提高產品質量、靈活性和產品交付精度的需求不斷增加。 這些要求與關於工作和工作場所設計的保守觀點不相容。
雖然在目前的情況下，主要關注的是工作場所設計的物理因素，但應該記住，工作站的物理設計實際上不能與工作組織分開。 這個原則將在下面描述的設計過程中變得明顯。 該過程最終結果的質量取決於三個支持：人體工程學知識、與生產力和質量要求的整合以及參與。 這 實施過程 新工作站的設計必須迎合這種集成，這是本文的主要關注點。
設計注意事項
工作站是用來工作的。 必須認識到，工作站設計過程的出發點是必須實現特定的生產目標。 設計師——通常是生產工程師或其他中層管理人員——在內部製定工作場所願景，並開始通過他或她的規劃媒體實施該願景。 這個過程是迭代的：從粗略的第一次嘗試，解決方案逐漸變得越來越精細。 隨著工作的進展，在每次迭代中都必須考慮人體工程學方面。
應當指出的是， 人機工程學設計 工作站的密切相關 人體工程學評估 工作站。 事實上，這裡要遵循的結構同樣適用於工作站已經存在或處於規劃階段的情況。
在設計過程中，需要一種結構來確保所有相關方面都得到考慮。 處理此問題的傳統方法是使用包含一系列應考慮的變量的清單。 然而，通用檢查表往往體積龐大且難以使用，因為在特定的設計情況下，只有一小部分檢查表可能是相關的。 此外，在實際設計情況下，一些變量比其他變量更重要。 需要一種在設計情況下共同考慮這些因素的方法。 本文將提出這樣一種方法。
工作站設計的建議必須基於一組相關的需求。 應該注意的是，一般來說，考慮單個變量的閾值限制值是不夠的。 一個公認的生產力和保護健康的綜合目標使得有必要比傳統的設計情況更加雄心勃勃。 特別是，肌肉骨骼問題是許多工業環境中的一個主要方面，儘管這一類問題絕不僅限於工業環境。
工作站設計過程
過程中的步驟
在工作站的設計和實施過程中，總是需要在初始階段告知用戶並組織項目，以便讓用戶充分參與，並增加員工對最終結果的全面接受的機會。 對這個目標的處理不在本論文的範圍內，它集中於為工作站的物理設計找到最佳解決方案的問題，但設計過程仍然允許整合這樣一個目標。 在此過程中，應始終考慮以下步驟：
- 收集用戶指定的需求
- 需求的優先次序
- 將需求轉化為 (a) 技術規範和 (b) 用戶術語規範
- 工作站物理佈局的迭代開發
- 物理實現
- 試生產期
- 全面生產
- 評估和識別休息問題。
這裡的重點是第一步到第五步。 很多時候，實際上只有所有這些步驟的一個子集包含在工作站的設計中。 這可能有多種原因。 如果工作站是標准設計，例如在某些 VDU 工作情況下，可以適當地排除一些步驟。 但是，在大多數情況下，排除所列的某些步驟會導致工作站的質量低於可以接受的質量。 當經濟或時間限制太嚴重時，或者由於管理層缺乏知識或洞察力而完全被忽視時，就會出現這種情況。
收集用戶指定的需求
必須將工作場所的用戶確定為生產組織的任何成員，他們可能能夠就其設計提出合格的意見。 用戶可能包括，例如，工人、主管、生產計劃員和生產工程師，以及安全管理員。 經驗清楚地表明，這些參與者都有他們獨特的知識，應該在這個過程中加以利用。
用戶指定需求的收集應滿足一些標準：
- 透明度. 在流程的初始階段不應應用過濾器。 所有的觀點都應該被記錄下來，不要發表批評意見。
- 不歧視. 在此過程的這個階段，應平等對待來自每個類別的觀點。 應特別考慮到有些人可能比其他人更直言不諱，他們有可能讓其他一些行為者保持沉默。
- 通過對話發展. 應該有機會通過不同背景的參與者之間的對話來調整和發展需求。 確定優先級應該作為流程的一部分來解決。
- 多功能性. 收集用戶指定需求的過程應該是相當經濟的，不需要專家顧問的參與或對參與者的大量時間要求。
可以通過使用基於以下的方法來滿足上述一組標準 質量功能展開 (QFD) 根據 Sullivan (1986)。 這裡，用戶需求可以在存在混合參與者組（不超過八到十人）的會話中被收集。 所有參與者都會得到一張可移除的自粘便簽本。 他們被要求寫下他們認為相關的所有工作場所要求，每一項都寫在一張單獨的紙條上。 應包括與工作環境和安全、生產力和質量有關的方面。 只要發現有必要，此活動就可以繼續進行，通常為 XNUMX 到 XNUMX 分鐘。 在這節課之後，一個接一個的參與者被要求讀出他或她的要求，並將筆記貼在房間裡的一塊板上，讓小組中的每個人都能看到。 這些需求被分為自然類別，例如照明、起重輔助設備、生產設備、達到要求和靈活性要求。 一輪結束後，該小組有機會討論和評論一組需求，一次一個類別，關於相關性和優先級。
在上述過程中收集的一組用戶指定的需求構成了開發需求規範的基礎之一。 過程中的附加信息可能由其他類別的參與者產生，例如產品設計師、質量工程師或經濟學家； 然而，重要的是要認識到用戶在這方面可以做出的潛在貢獻。
優先級和需求規範
在規範過程中，必鬚根據不同的重要性來考慮不同類型的需求； 否則，已經考慮到的所有方面都必須並行考慮，這可能會使設計情況變得複雜和難以處理。 這就是為什麼在特定的設計情況下難以管理檢查表的原因，如果要達到目的就需要詳細說明。
可能很難設計出一種優先級方案，它可以同樣很好地服務於所有類型的工作站。 然而，假設手動處理材料、工具或產品是工作站工作的一個重要方面，那麼與肌肉骨骼負荷相關的方面很可能會排在優先級列表的首位。 這個假設的有效性可以在流程的用戶需求收集階段進行檢查。 相關的用戶需求可能例如與肌肉緊張和疲勞、伸手可及、看到或易於操作相關聯。
必須認識到，可能無法將所有用戶指定的需求轉化為技術需求規範。 儘管此類需求可能涉及更微妙的方面，例如舒適度，但它們可能具有很高的相關性，應在此過程中加以考慮。
肌肉骨骼負荷變量
根據上述推理，我們在此應用的觀點是，有一組與肌肉骨骼負荷相關的基本人體工程學變量需要在設計過程中作為優先考慮因素，以消除風險 工作相關的肌肉骨骼疾病 （WRMD）。 這種類型的障礙是一種疼痛綜合症，局限於肌肉骨骼系統，由於對特定身體部位的反复壓力會在很長一段時間內發展（Putz-Anderson 1988）。 基本變量是（例如，Corlett 1988）：
- 肌肉力量需求
- 工作姿勢要求
- 時間需求。
關於 肌肉力量，標准設定可能基於生物力學、生理學和心理因素的組合。 這是一個通過測量輸出力需求來操作的變量，根據處理質量或所需的力，例如，手柄的操作。 此外，可能必須考慮與高動態工作相關的峰值負載。
工作姿勢 需求可以通過以下方式進行評估：(a) 關節結構拉伸超出自然運動範圍的情況，以及 (b) 某些特別尷尬的情況，例如跪下、扭曲或彎腰姿勢，或將手舉過肩膀工作等級。
時間要求 可根據映射 (a) 短週期、重複性工作和 (b) 靜態工作進行評估。 應該注意的是，靜態工作評估可能不僅僅涉及長時間保持工作姿勢或產生恆定的輸出力； 從穩定肌肉的角度來看，尤其是在肩關節，看似動態的工作可能具有靜態特徵。 因此可能有必要考慮長期的聯合動員。
在實踐中，一種情況的可接受性當然是基於對承受最大壓力的身體部位的要求。
重要的是要注意這些變量不應一次單獨考慮，而應綜合考慮。 例如，如果只是偶爾出現，高強度需求可能是可以接受的； 偶爾將手臂舉過肩部水平通常不是危險因素。 但必須考慮這些基本變量之間的組合。 這往往會使標準制定變得困難和復雜。
在 修訂後的 NIOSH 公式，用於設計和評估人工處理任務 （Waters 等人，1993 年），通過設計一個考慮以下中介因素的推薦重量限制方程式解決了這個問題：水平距離、垂直提升高度、提升不對稱性、手柄耦合和提升頻率。 這樣，基於理想條件下的生物力學、生理學和心理標準的 23 千克可接受負載限制可以在考慮到工作情況的具體情況後進行大幅修改。 NIOSH 方程式為評估涉及起重任務的工作和工作場所提供了基礎。 然而，NIOSH 方程的可用性存在嚴重的局限性：例如，只能分析雙手升降機； 分析單手升降機的科學證據仍無定論。 這說明了將科學證據完全用作工作和工作場所設計基礎的問題：在實踐中，科學證據必須與對所考慮的工作類型有直接或間接經驗的人的受過教育的觀點相結合。
立方體模型
考慮到需要考慮的複雜變量集，工作場所的人體工程學評估在很大程度上是一個溝通問題。 基於上述優先討論，開發了一個用於工作場所人體工程學評估的立方體模型（Kadefors 1993）。 這裡的主要目標是開發一種用於交流目的的教學工具，基於這樣的假設，即在絕大多數情況下輸出力、姿勢和時間測量構成相互關聯的、優先的基本變量。
對於每一個基本變量，人們認識到可以根據嚴重程度對需求進行分組。 在這裡，建議可以將這樣的分組分為三類：（1） 低要求（2） 中等要求 或（3） 高要求. 需求水平可以通過使用任何可用的科學證據或通過與一組用戶達成共識的方法來設置。 這兩種選擇當然不是相互排斥的，可能會產生相似的結果，但可能具有不同程度的普遍性。
如上所述，基本變量的組合在很大程度上決定了肌肉骨骼疾病和累積性創傷疾病發展的風險水平。 例如，在對力和姿勢也至少有中等水平要求的情況下，高時間要求可能會使工作情況無法接受。 在工作場所的設計和評估中，必須聯合考慮最重要的變量。 這裡有 立方體模型 出於此類評估目的，建議。 基本變量——力、姿勢和時間——構成了立方體的三個軸。 對於每個需求組合，可以定義一個子多維數據集； 該模型總共包含 27 個這樣的子立方體（見圖 1）。
圖 1. 用於人體工程學評估的“立方體模型”。 每個立方體代表與力、姿勢和時間相關的需求組合。 光：可接受的組合； 灰色：有條件接受； 黑色：不可接受
該模型的一個重要方面是需求組合的可接受程度。 在模型中，針對可接受性提出了三區分類方案：（1）情況是 可接受的, (2) 情況是 有條件地接受 (3) 情況是 不可接受的. 出於教學目的，可以為每個子立方體指定特定的紋理或顏色（例如，綠-黃-紅）。 同樣，評估可以基於用戶或基於科學證據。 有條件的可接受（黃色）區域表示“對於所有或部分相關操作人員而言，存在不可忽視的疾病或傷害風險”（CEN 1994）。
為了開發這種方法，考慮一個案例是有用的：在中等節奏的單手材料處理中評估肩部負荷。 這是一個很好的例子，因為在這種情況下，承受最大壓力的通常是肩部結構。
關於力變量，在這種情況下分類可以基於處理的質量。 這裡， 低力需求 被確定為低於最大自主舉重能力 (MVLC) 的 10%，在最佳工作區相當於約 1.6 公斤。 高力需求 需要超過 30% 的 MVLC，大約 4.8 公斤。 中等力量需求 落在這些限制之間。 低姿勢應變 是上臂靠近胸腔的時候。 高姿勢勞損 當肱骨外展或屈曲超過45°時。 中等姿勢勞損 當外展/屈曲角度在 15° 和 45° 之間時。 時間要求低 是指每個工作日斷斷續續處理時間少於 10 小時，或每天連續處理時間少於 XNUMX 分鐘。 高時間需求 是指每個工作日處理時間超過 30 小時，或連續處理時間超過 XNUMX 分鐘（持續或重複）。 中等時間需求 是當曝光落在這些限制之間時。
在圖 1 中，可接受程度已分配給需求組合。 例如，可以看出，高時間要求可能只與組合的低力和姿勢要求相結合。 從不可接受到可接受的轉變可以通過減少任一維度的需求來實現，但在許多情況下，減少時間需求是最有效的方法。 換句話說，在某些情況下，工作場所的設計應該改變，而在其他情況下，改變工作組織可能更有效。
使用一組用戶的共識小組來定義需求水平和可接受程度的分類可能會大大增強工作站設計過程，如下所述。
附加變量
除了上面考慮的基本變量之外，還必須考慮一組從人體工程學角度表徵工作場所的變量和因素，這取決於要分析的情況的特定條件。 他們包括：
- 減少事故風險的預防措施
- 特定的環境因素，例如噪音、照明和通風
- 暴露於氣候因素
- 暴露於振動（來自手持工具或全身）
- 輕鬆滿足生產力和質量要求。
在很大程度上，一次可以考慮這些因素； 因此清單方法可能有用。 Grandjean (1988) 在他的教科書中涵蓋了在這種情況下通常需要考慮的基本方面。 Konz (1990) 在他的指南中為工作站組織和設計提供了一組主要問題，重點關注製造系統中的工人-機器接口。
在此處遵循的設計過程中，應結合用戶指定的需求來閱讀清單。
工作站設計示例：手工焊接
作為一個說明性（假設的）示例，此處描述了導致手動焊接工作站實施的設計過程（Sundin 等人，1994 年）。 焊接是一項經常結合對肌肉力量的高要求和對手工精度的高要求的活動。 作品具有靜態特徵。 焊工經常專門進行焊接。 焊接工作環境通常是惡劣的，暴露在高噪音水平、焊接煙霧和光輻射中。
任務是設計一個工作場所，用於在車間環境中對中型物體（最大 300 公斤）進行手動 MIG（金屬惰性氣體）焊接。 由於要製造的物體種類繁多，因此工作站必須具有靈活性。 對生產力和質量有很高的要求。
執行 QFD 過程是為了提供一組用戶方面的工作站需求。 焊工、生產工程師和產品設計師都參與其中。 此處未列出的用戶需求涵蓋了廣泛的方面，包括人體工程學、安全性、生產力和質量。
使用立方體模型方法，專家組一致確定了高、中和低負載之間的限制：
- 強制變量. 小於 1 kg 的處理質量被稱為低負載，而超過 3 kg 被認為是高負載。
- 姿勢應變變量. 意味著高壓力的工作姿勢是那些涉及高舉手臂、扭曲或深度前屈姿勢和跪姿的姿勢，還包括手腕處於極度屈曲/伸展或偏差狀態的情況。 低應變發生在直立站立或坐著的姿勢以及雙手處於最佳工作區的地方。
- 時間變量. 不到 10% 的工作時間用於焊接被認為是低需求，而超過 40% 的總工作時間被認為是高需求。 當變量落在上面給出的限制之間，或者情況不明朗時，就會出現中等需求。
從使用立方體模型（圖 1）的評估中可以清楚地看出，如果在力和姿勢應變方面同時存在高或中等需求，則不能接受高時間需求。 為了減少這些需求，機械化的物體處理和工具懸掛被認為是必要的。 圍繞這一結論達成了共識。 使用簡單的計算機輔助設計 (CAD) 程序 (ROOMER)，創建了一個設備庫。 可以很容易地開發和修改各種工作場所佈局，並與用戶密切互動。 與僅僅看計劃相比，這種設計方法具有顯著的優勢。 它使用戶可以立即了解預期工作場所的外觀。
圖 2. 在設計過程中得出的用於手工焊接的工作站的 CAD 版本
圖 2 顯示了使用 CAD 系統到達的焊接工作站。 它是一個減少了力和姿勢需求的工作場所，幾乎滿足了用戶提出的所有剩餘需求。
根據設計過程第一階段的結果，實施了焊接工作場所（圖 3）。 該工作場所的資產包括：
- 使用用於焊接物體的計算機化處理設備可以促進優化區域中的工作。 有一個用於運輸目的的高架起重機。 作為替代方案，提供了一個平衡的提升裝置，以便於搬運物體。
- 焊槍和打磨機被懸掛起來，從而減少了對力的需求。 它們可以放置在焊接對象周圍的任何位置。 提供焊接椅。
- 所有媒體都來自上方，這意味著地板上沒有電纜。
- 工作站的照明分為三個層次：一般、工作場所和流程。 工作場所照明來自牆壁元素上方的坡道。 過程照明集成在焊接煙霧通風臂中。
- 工作站具有三個級別的通風：一般置換通風、使用活動臂的工作場所通風以及 MIG 焊槍中的集成通風。 工作場所通風由焊槍控制。
- 工作場所的三個側面都有吸音牆元件。 透明的焊接幕布覆蓋著第四面牆。 這使得焊工可以隨時了解車間環境中發生的情況。
在實際設計情況下，由於經濟、空間和其他限制，可能不得不做出各種妥協。 然而，應該指出的是，世界各地的焊接行業都很難獲得有執照的焊工，而且他們是一項相當大的投資。 幾乎沒有焊工作為現役焊工正常退休。 讓熟練的焊工繼續工作對所有相關方都有好處：焊工、公司和社會。 例如，物體處理和定位設備應該成為許多焊接工作場所不可或缺的組成部分，這是有充分理由的。
工作站設計數據
為了能夠正確設計工作場所，可能需要大量的基本信息。 這些信息包括用戶類別的人體測量數據、男性和女性人群的舉重和其他輸出力能力數據、構成最佳工作區域的規範等。 在本文中，給出了一些關鍵論文的參考。
Grandjean (1988) 的教科書對工作和工作站設計的幾乎所有方面進行了最全面的處理。 Pheasant (1986) 介紹了與工作站設計相關的廣泛人體測量方面的信息。 Chaffin 和 Andersson (1984) 提供了大量的生物力學和人體測量數據。 Konz (1990) 提出了工作站設計的實用指南，包括許多有用的經驗法則。 Putz-Anderson (1988) 提出了上肢的評估標準，特別是關於累積性創傷障礙的評估標準。 Sperling 等人給出了使用手動工具工作的評估模型。 (1993)。 關於手動提升，Waters 和同事開發了修訂後的 NIOSH 方程，總結了有關該主題的現有科學知識（Waters 等人，1993 年）。 例如，Rebiffé、Zayana 和 Tarrière (1969) 以及 Das 和 Grady (1983a, 1983b) 提出了功能性人體測量學和最佳工作區的規範。 Mital 和 Karwowski (1991) 編輯了一本有用的書，回顧了與工業工作場所設計相關的各個方面。
考慮到所有相關方面，正確設計工作站所需的大量數據將使生產工程師和其他負責人必須使用現代信息技術。 很可能在不久的將來會提供各種類型的決策支持系統，例如以基於知識的系統或專家系統的形式。 例如，DeGreve 和 Ayoub（1987 年）、Laurig 和 Rombach（1989 年）以及 Pham 和 Onder（1992 年）已經給出了關於此類發展的報告。 然而，設計一個系統使最終用戶能夠輕鬆訪問特定設計情況下所需的所有相關數據是一項極其困難的任務。
工具
通常，工具包括頭部和手柄，有時還有軸，或者在電動工具的情況下，包括主體。 由於該工具必須滿足多個用戶的要求，因此可能會出現基本衝突，可能必須妥協。 其中一些衝突源於用戶能力的限制，還有一些是工具本身固有的。 然而，應該記住，人類的局限性是與生俱來的，而且在很大程度上是不可改變的，而工具的形式和功能可以進行一定程度的修改。 因此，為了實現理想的改變，注意力必須主要集中在工具的形式上，特別是用戶和工具之間的接口，即手柄。
握力的本質
廣泛接受的抓地力特徵是根據 強力握把 精準抓握 和 鉤握，幾乎所有的人類手工活動都可以通過它來完成。
在諸如用於錘打釘子的強力握把中，工具被夾持在由部分彎曲的手指和手掌形成的夾具中，拇指施加反壓力。 在精確抓握中，例如在調整固定螺釘時使用的工具，工具被夾在手指的屈肌面和相對的拇指之間。 精確握法的一種改進是鉛筆式握法，這是不言自明的，用於復雜的工作。 精準握把的力量只有強力握把的 20%。
鉤式握把用於除了握住以外不需要任何其他東西的地方。 在鉤握中，物體從彎曲的手指上懸掛下來，有或沒有拇指的支撐。 重型工具應設計成可以用鉤形把手攜帶。
握把厚度
對於精密握把，螺絲刀的推薦厚度為 8 至 16 毫米 (mm)，鋼筆的推薦厚度為 13 至 30 毫米。 對於圍繞一個或多或少的圓柱形物體施加的力量握力，手指應該圍繞圓周的一半以上，但手指和拇指不應相交。 推薦的直徑範圍從低至 25 毫米到高達 85 毫米。 最佳值因手的大小而異，男性約為 55 至 65 毫米，女性約為 50 至 60 毫米。 手小的人不應在直徑大於 60 毫米的強力握把中執行重複動作。
握力和手的跨度
使用工具需要力量。 除了握持，對手部力量要求最大的是鉗子、破碎工具等橫桿動作工具的使用。 有效壓碎力是握力和所需工具跨度的函數。 男性拇指末端和抓握手指末端之間的最大功能跨度平均約為 145 毫米，女性約為 125 毫米，存在種族差異。 對於男性和女性均在 45 至 55 毫米範圍內的最佳跨度，單次短期動作可用的握力範圍為男性約 450 至 500 牛頓，女性約 250 至 300 牛頓，但對於重複性動作建議的要求可能是男性接近 90 到 100 牛頓，女性接近 50 到 60 牛頓。 許多常用的夾子或鉗子超出了單手使用的能力，尤其是對女性而言。
當手柄是螺絲刀或類似工具的手柄時，可用扭矩取決於用戶將力傳遞到手柄的能力，因此取決於手和手柄之間的摩擦係數以及手柄的直徑。 手柄形狀的不規則性對施加扭矩的能力影響很小或沒有影響，但鋒利的邊緣會導致不適並最終導致組織損傷。 允許施加最大扭矩的圓柱形手柄的直徑為 50 至 65 毫米，而球形手柄的直徑為 65 至 75 毫米。
手柄
手柄形狀
手柄的形狀應最大限度地增加皮膚和手柄之間的接觸。 它應該是通用的和基本的，通常是扁平的圓柱形或橢圓形截面，具有長曲線和平面，或球體的一部分，以符合抓握手的一般輪廓的方式組合在一起。 由於與工具本體相連，手柄也可以採用馬鐙形、T形或L形，但與手接觸的部分將是基本形狀。
手指圍成的空間當然是複雜的。 簡單曲線的使用是為了滿足不同手和不同屈曲度所代表的變化而做出的折衷。 在這方面，不希望以脊和谷、凹槽和凹痕的形式將彎曲手指的任何輪廓匹配引入到手柄中，因為事實上，這些修改不適合大量的手並且可能確實超過時間長了，對軟組織造成壓力損傷。 特別是，不建議使用大於 3 mm 的凹槽。
圓柱截面的一種變體是六角截面，這在小口徑工具或儀器的設計中具有特殊價值。 在小口徑的六邊形截面上比在圓柱體上更容易保持穩定的抓握。 三角形和方形截面也被使用並取得了不同程度的成功。 在這些情況下，邊緣必須倒圓角以避免壓力傷害。
握把表面和質地
幾千年來，除了鉗子或夾子等壓碎工具之外，木材一直是工具手柄的首選材料並非偶然。 除了它的美學吸引力，木材很容易獲得併且很容易被不熟練的工人加工，並且具有彈性、導熱性、摩擦阻力和相對於體積的相對輕質的特性，這使得它非常適合這種用途和其他用途。
近年來，金屬和塑料手柄在許多工具中變得越來越普遍，後者尤其適用於輕型錘子或螺絲刀。 然而，金屬手柄會向手傳遞更多的力，因此最好包裹在橡膠或塑料護套中。 在可行的情況下，抓握表面應可輕微壓縮、不導電且光滑，並且應最大化表面積以確保壓力分佈在盡可能大的區域。 已使用泡沫橡膠握把來減少手部疲勞和壓痛的感覺。
工具表面的摩擦特性隨手施加的壓力、表面的性質以及油或汗液的污染而變化。 少量的汗水會增加摩擦係數。
手柄長度
手柄的長度由手的關鍵尺寸和工具的性質決定。 例如，對於單手在強力握把中使用的錘子，理想的長度範圍從最小約 100 毫米到最大約 125 毫米。 短手柄不適合強力握把，而短於 19 毫米的手柄不能用拇指和食指正確抓握，也不適合任何工具。
理想情況下，對於電動工具或除頂蓋鋸或鋼絲鋸以外的手鋸，手柄應在第 97.5 個百分位水平容納閉合手插入其中的寬度，即長軸方向為 90 至 100 毫米，長軸方向為 35 毫米短至 40 毫米。
重量與平衡
對於精密工具，重量不是問題。 對於重型錘子和電動工具，重量在 0.9 公斤和 1.5 公斤之間是可以接受的，最大重量約為 2.3 公斤。 對於大於建議的重量，工具應通過機械方式支撐。
在衝擊工具如錘子的情況下，希望將手柄的重量減少到與結構強度相容的最小值並且在頭部具有盡可能大的重量。 在其他工具中，餘額應盡可能平均分配。 對於小頭和大手柄的工具，這可能是不可能的，但是隨著體積相對於頭部和軸的尺寸的增加，手柄應該逐漸變輕。
手套的意義
工具設計者有時會忽視工具並非總是由徒手握持和操作。 通常戴手套是為了安全和舒適。 安全手套很少笨重，但在寒冷氣候下戴的手套可能很重，不僅會影響感官反饋，還會影響抓握能力。 戴羊毛或皮手套會使手的厚度增加 5 毫米，拇指處的手寬增加 8 毫米，而較重的連指手套可分別增加 25 至 40 毫米。
慣用手
西半球的大多數人喜歡使用右手。 少數人在功能上是靈巧的，所有人都可以學會用任何一隻手以或多或少的效率進行操作。
儘管慣用左手的人數很少，但只要可行，工具手柄的安裝應使左撇子或右撇子都能使用該工具（示例包括電動工具中輔助手柄的定位或剪刀或夾子中的手指環），除非這樣做顯然效率低下，例如螺釘型緊固件的情況，這種緊固件旨在利用右撇子前臂強大的旋後肌肉，同時排除左手 - hander 以同樣的效果使用它們。 必須接受這種限制，因為提供左手螺紋不是可接受的解決方案。
性別的重要性
一般來說，女性的手部尺寸、抓握力和力量往往比男性低 50% 到 70%，當然，與處於較低百分位端的一些男性相比，處於較高百分位端的一些女性手更大，力量也更大。 結果，有相當數量但不確定的人，大多數是女性，難以操作各種專為男性使用而設計的手動工具，特別包括重錘和重鉗，以及金屬切割、壓接和夾緊工具和剝線鉗。 女性使用這些工具可能需要雙手操作而不是單手操作。 因此，在混合性別的工作場所，必須確保提供合適尺寸的工具，不僅可以滿足女性的需求，還可以滿足手部尺寸較低的男性的需求。
特別考慮
在可行的情況下，工具手柄的方向應使操作手符合手臂和手的自然功能位置，即手腕超過一半旋後，外展約 15° 並略微背屈，小指幾乎完全屈曲，其他人不太屈曲，拇指內收並略微彎曲，這種姿勢有時被錯誤地稱為握手姿勢。 （在握手時，手腕不會超過半個旋後。）手腕的內收和背屈與手指和拇指的不同彎曲的組合產生了一個抓握角度，包括手臂的長軸和手臂的長軸之間的大約 80°通過拇指和食指形成的環的中心點的線，即拳的橫軸。
強迫手進入尺骨偏斜的位置，即手向小指彎曲，如使用標準鉗子時發現的那樣，會對手腕結構內的肌腱、神經和血管產生壓力，並可能導致腱鞘炎、腕管綜合症等致殘性疾病。 通過彎曲手柄並保持手腕伸直（即彎曲工具而不是彎曲手），可以避免壓迫神經、軟組織和血管。 雖然這一原則早已得到認可，但尚未被工具製造商或使用大眾廣泛接受。 它特別適用於設計交叉槓桿作用工具，例如鉗子，以及刀具和錘子。
鉗子和十字槓桿工具
必須特別考慮鉗子和類似設備的手柄形狀。 傳統上，鉗子具有等長的彎曲手柄，上部曲線近似於手掌的曲線，下部曲線近似於彎曲手指的曲線。 當工具握在手中時，手柄之間的軸線與鉗子的鉗口軸線在一條直線上。 因此，在操作中，必須保持手腕極度偏尺，即向小指彎曲，同時反复旋轉。 在這個位置上，身體的手腕臂部分的使用效率極低，並且對肌腱和關節結構的壓力很大。 如果該動作是重複的，則可能會導致過度使用傷害的各種表現。
為了解決這個問題，近年來出現了一種更符合人體工程學的新型鉗子。 在這些鉗子中，手柄的軸線相對於鉗口的軸線彎曲了大約 45°。 手柄加厚，可以更好地抓握，同時減少對軟組織的局部壓力。 上手柄按比例較長，形狀適合併圍繞手掌的尺骨側。 手柄的前端包含拇指支撐。 下手柄較短，前端有一個柄腳或圓形突起，彎曲的手指符合彎曲的手指。
雖然上述變化有些激進，但可以相對容易地在鉗子中做出幾項符合人體工程學的合理改進。 也許最重要的是，在需要強力握把的地方，手柄的加厚和輕微扁平化，手柄的頭端有拇指支撐，另一端有輕微的喇叭口。 如果不是設計的一部分，可以通過用橡膠或適當的合成材料製成的固定或可拆卸的非導電護套包裹基本金屬手柄來實現這種修改，並可能直接粗糙化以提高觸覺質量。 手指的手柄壓痕是不希望的。 對於重複使用，可能需要在手柄中安裝一個輕型彈簧，以便在關閉後將其打開。
相同的原理適用於其他十字槓桿工具，特別是在手柄的厚度和扁平度方面的變化。
刀
對於通用刀具，即不用於匕首抓握的刀具，手柄和刀片之間最好有 15° 角，以減少關節組織的壓力。 手柄的尺寸和形狀通常應與其他工具一致，但為了適應不同的手型，建議提供兩種尺寸的刀柄，即一種適合 50% 至 95% 的用戶，另一種對於第 5 個到第 50 個百分位數。 為了讓手盡可能靠近刀片施力，手柄的頂部表面應包含一個凸起的拇指托。
需要一個護刀器以防止手向前滑到刀片上。 護罩可以採用多種形式，例如長約 10 至 15 毫米的柄腳或彎曲突起，從手柄向下突出，或與手柄成直角，或由重金屬環從前至手柄的後部。 拇指托還可以防止打滑。
手柄應符合一般人體工程學指南，具有抗油脂的屈服表面。
錘
除了與彎曲手柄相關的要求外，上面已大致考慮了對錘子的要求。 如上所述，手腕的強迫和重複彎曲可能會導致組織損傷。 通過彎曲工具而不是手腕，可以減少這種損壞。 關於錘子，已經檢查了各種角度，但看起來將頭部向下彎曲 10° 到 20° 之間可能會提高舒適度，如果它實際上並沒有提高性能的話。
螺絲刀和刮削工具
螺絲刀的手柄和其他一些類似握持方式的工具，如刮刀、銼刀、手鑿等，都有一些特殊的要求。 每一次都與精確握把或強力握把一起使用。 每個人都依靠手指和手掌的功能來穩定和傳遞力量。
已經考慮了手柄的一般要求。 已發現螺絲刀手柄最常見的有效形狀是經過改進的圓柱形，末端為圓頂形以容納手掌，並在與軸相交處略微張開以提供對手指末端的支撐。 以這種方式，扭矩主要通過手掌施加，手掌通過從手臂施加的壓力和皮膚處的摩擦阻力保持與手柄接觸。 手指雖然傳遞了一些力，但更多地起到了穩定的作用，由於需要較少的力量，因此不會造成疲勞。 因此，頭部的圓頂在手柄設計中變得非常重要。 如果圓頂上或圓頂與手柄相接的地方有鋒利的邊緣或脊，則手會長老繭並受傷，或者力的傳遞會轉移到效率較低且更容易疲勞的手指和拇指。 軸通常是圓柱形的，但引入了三角形軸，可以為手指提供更好的支撐，儘管使用它可能會更疲勞。
如果重複使用螺絲刀或其他緊固件以致存在過度使用傷害的危險，則應將手動起子更換為從頭頂吊帶上懸掛的電動起子，其方式應易於取用而不會妨礙工作。
鋸和電動工具
手鋸，除了鋼絲鋸和輕型鋼鋸，像螺絲刀一樣的手柄是最合適的，通常有一個手柄，手柄的形式是連接在鋸片上的閉合手槍式握把。
手柄基本上包括一個環，手指放在該環中。 該環實際上是一個兩端彎曲的矩形。 考慮到戴手套，它的長徑內部尺寸應約為 90 至 100 毫米，短徑應為 35 至 40 毫米。 與手掌接觸的手柄應該是前面提到的扁平圓柱形，具有復合曲線以合理地貼合手掌和彎曲的手指。 外弧至內弧的寬度應為35mm左右，厚度不超過25mm。
奇怪的是，抓握和握住電動工具的功能與握住鋸子的功能非常相似，因此某種類型的手柄也很有效。 電動工具中常見的手槍式握把類似於打開的鋸柄，其側面是彎曲的而不是扁平的。
大多數電動工具包括手柄、主體和頭部。 手柄的位置很重要。 理想情況下，手柄、身體和頭部應該在一條直線上，這樣手柄連接在身體的後部，頭部從前面突出。 動作線是伸出食指的線，使頭部偏心於身體的中軸線。 然而，工具的質心位於手柄的前面，而扭矩會產生手必須克服的身體轉動運動。 因此，將主手柄直接放在質心下方會更合適，這樣，如果需要，主體可以在手柄後面和前面突出。 或者，特別是在重型鑽機中，輔助手柄可以以這樣的方式放置在鑽機下方，使得可以用任一隻手操作鑽機。 電動工具通常由裝在手柄前端上部並由食指操作的扳機操作。 扳機應該設計成可以用任何一隻手操作，並且應該包含一個易於復位的閂鎖機構，以便在需要時保持電源開啟。
控件、指示器和麵板
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。
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。
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。
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） .
|
控制運動方向 |
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功能 |
Up |
權 |
向前 |
順時針 |
按， |
下 |
左列 |
向後 |
返回 |
計數器- |
拉1 |
推2 |
|
On |
+3 |
+ |
+ |
+ |
- |
+3 |
+ |
|||||
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關閉 |
+ |
- |
- |
+ |
- |
|||||||
|
權 |
+ |
- |
||||||||||
|
左列 |
+ |
- |
||||||||||
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提高 |
+ |
- |
||||||||||
|
降低 |
- |
+ |
||||||||||
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撤回 |
- |
+ |
- |
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延長 |
+ |
- |
- |
|||||||||
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提高 |
- |
- |
+ |
- |
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減少 |
- |
- |
+ |
- |
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開放價值 |
- |
+ |
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收盤價 |
+ |
- |
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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。
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影響 |
鑰匙- |
切換 |
推- |
酒吧 |
圓形 |
指輪 |
指輪 |
曲柄 |
翹板開關 |
槓桿 |
操縱桿 |
傳說 |
滑動1 |
|
選擇開/關 |
+ |
+ |
+ |
= |
+ |
+ |
+ |
||||||
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選擇開/待/關 |
- |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|||||||
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選擇關閉/模式 1/模式 2 |
= |
- |
+ |
+ |
+ |
+ |
|||||||
|
從幾個相關功能中選擇一個功能 |
- |
+ |
- |
= |
|||||||||
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選擇三個或更多離散選項之一 |
+ |
+ |
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選擇操作條件 |
+ |
+ |
- |
+ |
+ |
- |
|||||||
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參與或脫離 |
+ |
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|
互選其一 |
+ |
+ |
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在刻度上設置值 |
+ |
- |
= |
= |
= |
+ |
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分步選擇值 |
+ |
+ |
+ |
+ |
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。
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)。
|
定位為 |
控制裝置應以操作員為導向。 如果 |
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主要控制 |
最重要的控制應該有最有利的 |
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集團相關 |
按順序操作的控件，與 |
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為..作安排 |
如果控件的操作遵循給定的模式，則控件應 |
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始終如一 |
功能相同或相似的控件的排列 |
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死操作員 |
如果操作員失去行為能力並且要么放手 |
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選擇代碼 |
有許多方法可以幫助識別控件，以指示 |
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：
- 僅顯示對充分的工作績效必不可少的信息。
- 僅按照操作員的決策和行動所需的準確程度顯示信息。
- 以最直接、最簡單、最易理解和可用的形式呈現信息。
- 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) 查看 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。
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。
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。
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。
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方向 |
標籤及其上印刷的信息應面向 |
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地點 |
標籤應放置在或非常接近它的項目 |
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標準化 |
所有標籤的放置應在整個過程中保持一致 |
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設備 |
標籤應主要描述功能（“它做什麼 |
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縮略語 |
可以使用常見的縮寫。 如果一個新的縮寫是 |
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簡潔 |
標籤銘文應盡可能簡潔，不 |
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熟識 |
如果可能的話，應選擇參與者熟悉的詞語 |
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知名度和 |
操作員應能夠輕鬆準確地讀取 |
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字體和大小 |
排版決定了書面信息的易讀性； |
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。
- 適用於 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。
信息處理與設計
在設計設備時，最重要的是要充分考慮這樣一個事實，即人類操作員在處理信息方面既有能力又有局限性，這些能力和局限性各不相同，並且存在於各個層面。 實際工作條件下的性能在很大程度上取決於設計在多大程度上關注或忽略了這些潛力及其限制。 下面將簡要介紹一些主要問題。 將參考本卷的其他貢獻，其中將更詳細地討論一個問題。
在人類信息處理的分析中，通常區分三個主要層次，即 知覺水平是， 決策層 和 運動水平. 知覺水平進一步細分為三個層次，涉及感覺處理、特徵提取和知覺識別。 在決策層面，操作員接收感知信息並選擇對其做出反應，最終在運動層面進行編程和實現。 這僅描述了最簡單的選擇反應情況下的信息流。 然而，很明顯，感知信息可能會在引發行動之前積累、組合和診斷。 同樣，可能需要考慮到感知過載來選擇信息。 最後，當有多個選項時，其中一些可能比其他選項更合適，選擇適當的操作就變得更成問題。 在目前的討論中，重點將放在信息處理的感知和決策因素上。
感知能力和限制
感官限制
第一類加工限制是感官的。 它們與信息處理的相關性是顯而易見的，因為隨著信息接近閾值限制，處理變得不那麼可靠。 這似乎是一個相當微不足道的陳述，但儘管如此，感官問題並不總是在設計中被清楚地識別出來。 例如，標誌張貼系統中的字母數字字符應該足夠大，以便在與採取適當行動的需要相一致的距離內清晰可辨。 反過來，易讀性不僅取決於字母數字的絕對大小，還取決於對比度，並且考慮到橫向抑制，還取決於標誌上的信息總量。 特別是，在能見度低的情況下（例如，在駕駛或飛行期間下雨或起霧），易讀性是一個需要採取額外措施的相當大的問題。 最近開發的交通路標和路標通常設計精良，但建築物附近和建築物內的路標通常難以辨認。 視覺顯示單元是另一個例子，其中大小、對比度和信息量的感官限制起著重要作用。 在聽覺領域，一些主要的感官問題與理解嘈雜環境或低質量音頻傳輸系統中的語音有關。
特徵提取
提供足夠的感官信息，下一組信息處理問題涉及從呈現的信息中提取特徵。 最近的研究表明，有充分的證據表明，對特徵的分析先於對有意義的整體的感知。 特徵分析對於在許多其他對像中定位一個特殊的異常對象特別有用。 例如，包含許多值的顯示器上的基本值可能由單一的異常顏色或尺寸表示，然後該特徵立即引起注意或“彈出”。 從理論上講，對於不同的顏色、大小、形式和其他物理特徵，存在“特徵圖”的共同假設。 特徵的注意力值取決於屬於同一類的特徵圖的激活差異，例如顏色。 因此，特徵圖的激活取決於異常特徵的可辨別性。 這意味著當屏幕上有許多顏色的幾個實例時，大多數顏色特徵圖都被大致相同地激活，這具有不會彈出任何顏色的效果。
以同樣的方式彈出一個移動廣告，但當視野中有多個移動刺激時，這種效果就會完全消失。 在對齊指示理想參數值的指針時，也應用了不同激活特徵圖的原理。 指針的偏差由可快速檢測到的偏差斜率指示。 如果這不可能實現，則可能會通過顏色變化來指示危險的偏差。 因此，設計的一般規則是在屏幕上只使用極少數異常特徵，並只為最重要的信息保留它們。 在特徵連詞的情況下，搜索相關信息變得很麻煩。 例如，很難在小的紅色物體和大小不一的綠色物體中找到一個大的紅色物體。 如果可能，在嘗試設計高效搜索時應避免連詞。
可分離與整體尺寸
當可以更改特徵而不影響對對像其他特徵的感知時，特徵是可分離的。 直方圖的線長就是一個很好的例子。 另一方面，整體特徵是指當特徵發生變化時，會改變對象的整體外觀。 例如，在不改變圖片的整體外觀的情況下，不能在面部示意圖中改變嘴部特徵。 同樣，顏色和亮度是不可或缺的，因為一個人不能在不同時改變亮度印象的情況下改變顏色。 可分離和整體特徵的原理，以及從對象的單個特徵的變化演變而來的湧現屬性的原理，被應用於所謂的 集成 or 診斷 顯示。 這些顯示的基本原理是，不是顯示單獨的參數，而是將不同的參數集成到單個顯示中，其總組成表明系統可能實際存在的問題。
控制室中的數據顯示仍然經常被每個單獨的措施都應該有自己的指標的理念所主導。 措施的零散呈現意味著操作員的任務是整合來自各種單獨顯示的證據，以便診斷潛在問題。 在美國三哩島核電站出現問題時，大約有 XNUMX 到 XNUMX 個顯示器出現某種形式的紊亂。 因此，操作員的任務是通過整合來自無數顯示器的信息來診斷實際出了什麼問題。 綜合顯示可能有助於診斷錯誤類型，因為它們將各種措施組合成一個模式。 然後，集成顯示器的不同模式可以針對特定錯誤進行診斷。
圖 1 顯示了為核控制室提出的診斷顯示的經典示例。它將許多測量值顯示為等長的輻條，因此正多邊形始終代表正常條件，而不同的扭曲可能被連接在這個過程中遇到不同類型的問題。
圖 1. 在正常情況下，所有參數值都相等，形成一個六邊形。 在偏差中，一些值發生了變化，產生了特定的失真。
並非所有積分顯示器都具有同等可辨別性。 為了說明這個問題，矩形的兩個維度之間的正相關會在表面上產生差異，同時保持相同的形狀。 或者，負相關會在保持相等表面的同時產生形狀差異。 整體尺寸的變化產生新形狀的情況被稱為揭示圖案的湧現特性，這增加了操作員辨別圖案的能力。 緊急屬性取決於部件的身份和排列，但不能用任何單個部件來識別。
對象和配置顯示並不總是有益的。 它們是不可或缺的這一事實意味著單個變量的特徵更難被感知。 關鍵是，根據定義，整體維度是相互依賴的，因此會混淆它們各自的組成部分。 在某些情況下，這是不可接受的，而人們可能仍希望從對象顯示的典型診斷模式屬性中獲益。 一種妥協可能是傳統的條形圖顯示。 一方面，條形圖是完全可分離的。 然而，當位於足夠近的附近時，條的不同長度可以一起構成可以很好地服務於診斷目的的類似物體的圖案。
一些診斷顯示優於其他顯示。 它們的質量取決於顯示器對應的程度 心理模型 的任務。 例如，如圖 1 所示，基於正多邊形變形的故障診斷可能仍然與域語義或發電廠過程操作員的概念關係不大。 因此，多邊形的各種類型的偏差並不明顯指的是工廠中的特定問題。 因此，最合適的配置顯示的設計是與任務的特定心智模型相對應的。 因此需要強調的是，當長度和寬度的乘積是感興趣的變量時，矩形的表面只是一個有用的對象顯示！
有趣的對象顯示源於三維表示。 例如，空中交通的三維表示——而不是傳統的二維雷達表示——可以為飛行員提供對其他交通的更好的“態勢感知”。 三維顯示已被證明比二維顯示要好得多，因為它的符號可以指示另一架飛機是在自己的上方還是下方。
退化條件
在各種條件下都會出現觀看效果下降的情況。 出於某些目的，如偽裝，物體被故意降級以防止它們被識別。 在其他情況下，例如在亮度放大時，特徵可能變得過於模糊以致於無法識別物體。 一個研究問題涉及屏幕上所需的最少“行”數或避免退化所需的“細節量”。 不幸的是，這種提高圖像質量的方法並沒有產生明確的結果。 問題在於識別退化刺激（例如，偽裝的裝甲車）在很大程度上取決於是否存在次要的特定對象細節。 結果是無法制定關於線密度的一般規定，除了隨密度增加而降低的微不足道的陳述。
字母數字符號的特點
特徵提取過程中的一個主要問題涉及共同定義刺激的特徵的實際數量。 因此，由於有許多冗餘曲線，像哥特字母這樣的華麗字符的可讀性很差。 為了避免混淆，具有非常相似特徵的字母之間的區別——比如 i 和 l和 c 和 e——應該強調。 出於同樣的原因，建議使升部和降部的筆劃和尾部長度至少佔字母總高度的 40%。
很明顯，字母之間的區別主要取決於它們不共享的特徵數量。 這些主要由直線和圓段組成，它們可能具有水平、垂直和傾斜方向，並且可能大小不同，如小寫和大寫字母。
很明顯，即使字母數字很好區分，它們也很容易在與其他項組合時失去該屬性。 因此，數字 4 7 僅共享幾個特徵，但在更大的其他相同組的情況下它們表現不佳（例如， 384 與 387) 有一致的證據表明閱讀小寫文本比大寫文本更快。 這通常歸因於小寫字母具有更明顯的特徵（例如， 狗, 貓 與 DOG, 貓). 小寫字母的優越性不僅適用於閱讀文本，也適用於路標，例如高速公路出口處用於指示城鎮的路標。
鑑定
最後的知覺過程與知覺的識別和解釋有關。 在這個層面上出現的人類限制通常與歧視和找到對感知的適當解釋有關。 視覺辨別研究的應用是多方面的，涉及字母數字模式以及更一般的刺激識別。 汽車剎車燈的設計將作為最後一類的例子。 追尾事故在交通事故中佔了相當大的比例，部分原因是剎車燈傳統位置靠近尾燈，難以辨別，因此延長了駕駛員的反應時間。 作為替代方案，已經開發出似乎可以降低事故率的單一燈。 它安裝在後窗中央，大約與眼睛水平。 在道路上的實驗研究中，當受試者意識到研究的目的時，中央剎車燈的影響似乎較小，這表明當受試者專注於任務時，傳統配置中的刺激識別會得到改善。 儘管孤立的剎車燈有積極的作用，但通過使剎車燈更有意義，給它一個感嘆號、“！”，甚至一個圖標的形式，它的識別性可能仍會進一步提高。
絕對判斷
在對物理尺寸進行絕對判斷的情況下，會出現非常嚴格且通常違反直覺的性能限制。 示例與對象的顏色編碼和聽覺呼叫系統中音調的使用有關。 關鍵是相對判斷遠優於絕對判斷。 絕對判斷的問題是代碼要翻譯成另外一個類。 因此，特定的顏色可以與電阻值相關聯，或者特定的音調可以用於後續消息所針對的人。 因此，事實上，問題不在於感知識別，而在於反應選擇，這將在本文後面討論。 在這一點上，只要注意不要使用超過四種或五種顏色或間距就足夠了，以免出錯。 當需要更多選擇時，可以添加額外的維度，如響度、持續時間和音調成分。
單詞閱讀
閱讀傳統印刷品中單獨的單詞單元的相關性已被各種廣泛經驗的證據證明，例如當省略空格時閱讀會受到很大阻礙，印刷錯誤通常未被發現，並且在交替情況下很難閱讀單詞（例如， 交替). 一些研究者強調了詞形在閱讀詞單位中的作用，並建議空間頻率分析儀可能與識別詞形有關。 在這種觀點下，意義將來自整個單詞的形狀，而不是通過逐個字母的分析。 然而，詞形分析的貢獻可能僅限於小的常用詞——冠詞和詞尾——這與小詞和詞尾中的打印錯誤檢測概率相對較低的發現一致。
小寫文本比大寫文本有優勢，這是因為大寫文本的特徵丟失了。 然而，在搜索單個單詞時，小寫單詞的優勢不存在，甚至可能被逆轉。 可能是字母大小和字母大小寫的因素在搜索中混淆了：較大尺寸的字母被更快地檢測到，這可能抵消了特徵不明顯的缺點。 因此，單個單詞在大寫和小寫下的可讀性大致相同，而連續的文本在小寫下閱讀速度更快。 在許多小寫單詞中檢測單個大寫單詞非常有效，因為它會引起彈出。 通過在 無所畏懼，在這種情況下，結合了彈出式和更具特色的優點。
編碼特徵在閱讀中的作用也從舊的低分辨率視覺顯示單元屏幕的易讀性受損中顯而易見，這些屏幕由相當粗糙的點陣組成，只能將字母數字描繪成直線。 共同的發現是，在低分辨率顯示器上閱讀文本或進行搜索比在紙質印刷品上閱讀或搜索要慢得多。 使用當今更高分辨率的屏幕，該問題已基本消失。 除了字母形式之外，紙質閱讀和屏幕閱讀之間還有許多其他差異。 行間距、字符大小、字體、字符與背景之間的對比度、觀看距離、閃爍量以及通過滾動在屏幕上切換頁面的事實都是一些例子。 人們普遍發現，在電腦屏幕上閱讀速度較慢——儘管理解力似乎差不多——可能是由於這些因素的某種組合。 當今的文本處理器通常在字體、大小、顏色、格式和样式方面提供多種選擇； 這樣的選擇可能給人一種錯覺，即個人品味是主要原因。
圖標與文字
在一些研究中，發現受試者命名印刷文字所花費的時間比命名相應圖標所花費的時間要快，而在其他研究中，這兩種時間都差不多快。 有人建議，文字比圖標閱讀速度更快，因為它們不那麼模糊。 即使是一個相當簡單的圖標，如房子，也可能會在受試者之間引起不同的反應，從而導致反應衝突，從而降低反應速度。 如果通過使用真正明確的圖標來避免響應衝突，則響應速度的差異可能會消失。 有趣的是，作為交通標誌，圖標通常比文字優越得多，即使在理解語言問題不被視為問題的情況下也是如此。 這種悖論可能是由於交通標誌的易讀性在很大程度上取決於 距離 在其中可以識別標誌。 如果設計得當，這個距離對於符號比對於文字更大，因為圖片可以提供相當大的形狀差異並且包含比文字更少的精細細節。 那麼，圖片的優勢在於識別字母需要大約十到十二分鐘的弧度，而特徵檢測是識別的初始先決條件。 同時很明顯，只有在以下情況下才能保證符號的優越性：(1) 它們確實包含很少的細節，(2) 它們在形狀上足夠明顯，並且 (3) 它們是明確的。
決策的能力和限制
一旦一條規則被識別和解釋，它可能會要求採取行動。 在這種情況下，討論將僅限於確定性刺激-反應關係，或者換句話說，僅限於每種刺激都有其固定反應的條件。 在這種情況下，設備設計的主要問題來自兼容性問題，即確定的刺激及其相關反應在多大程度上具有“自然”或良好實踐的關係。 在某些情況下，最佳關係會被故意中止，例如縮寫的情況。 通常收縮像 阿柏亭 比截斷更糟糕 縮寫. 從理論上講，這是由於單詞中連續字母的冗餘增加，這允許在前面的字母的基礎上“填充”最後一個字母； 截斷詞可以從這一原則中獲益，而縮略詞則不能。
心理模型和兼容性
在大多數兼容性問題中，存在來自廣義心智模型的刻板反應。 在圓形顯示中選擇零位就是一個很好的例子。 12 點鐘和 9 點鐘位置似乎比 6 點鐘和 3 點鐘位置更正得更快。 原因可能是顯示屏上部的順時針偏差和移動被視為“增加”，需要降低值的響應。 在 3 點鐘和 6 點鐘的位置，這兩個原則相互衝突，因此處理它們的效率可能較低。 在鎖上或打開汽車的後門時會發現類似的刻板印象。 大多數人都按照鎖定需要順時針方向移動的刻板印象行事。 如果鎖的設計方式相反，則最有可能導致在嘗試鎖門時不斷出錯和受挫。
關於控制運動，著名的 Warrick 兼容性原則描述了控制旋鈕的位置與顯示器上的運動方向之間的關係。 如果控制旋鈕位於顯示屏的右側，則順時針移動應該會將刻度標記向上移動。 或者考慮移動窗口顯示。 根據大多數人的心理模型，移動顯示的向上方向表明數值上升的方式與溫度計中溫度升高由更高的水銀柱指示的方式相同。 使用“固定指針移動刻度”指示器來實現此原則存在問題。 當此類指標的刻度向下移動時，其值旨在增加。 因此，與常見的刻板印象發生了衝突。 如果值是倒置的，則低值位於標度的頂部，這也與大多數刻板印象相反。
術語 鄰近兼容性 是指符號表示與人們對系統內功能甚至空間關係的心智模型的對應。 隨著情境的心智模型更加原始、全球化或扭曲，鄰近兼容性問題更加緊迫。 因此，複雜的自動化工業過程的流程圖通常是基於技術模型顯示的，而該技術模型可能與過程的心智模型根本不一致。 特別是，當過程的心智模型不完整或扭曲時，進展的技術表示對發展或糾正它幾乎沒有幫助。 鄰近兼容性差的日常生活示例是建築物的建築地圖，該地圖旨在用於查看者定位或顯示火災逃生路線。 這些地圖通常是完全不合適的——充滿了無關緊要的細節——尤其是對於那些只對建築物有一個全局心理模型的人來說。 地圖閱讀和方向之間的這種融合接近於所謂的“態勢感知”，這在空中飛行期間在三維空間中尤為重要。 三維對象顯示最近有一些有趣的發展，代表了在該領域實現最佳鄰近兼容性的嘗試。
刺激反應相容性
刺激-響應 (SR) 兼容性的一個例子通常出現在大多數文本處理程序的情況下，這些程序假定操作員知道命令如何對應於特定的組合鍵。 問題在於命令及其對應的組合鍵通常沒有任何預先存在的關係，這意味著必須通過配對關聯學習的艱苦過程來學習 SR 關係。 結果是，即使掌握了技能，任務仍然容易出錯。 該程序的內部模型仍然不完整，因為較少練習的操作很容易被遺忘，因此操作員根本無法做出適當的響應。 此外，屏幕上生成的文本通常在所有方面都與最終出現在打印頁面上的內容不一致，這是鄰近兼容性較差的另一個例子。 只有少數程序使用與刺激-響應關係相關的定型空間內部模型來控制命令。
已經正確地論證了空間刺激和手動反應之間存在更好的預先存在的關係——比如指向反應和空間位置之間的關係，或者像語言刺激和聲音反應之間的關係。 有充分的證據表明，空間表徵和語言表徵是相對獨立的認知範疇，它們之間幾乎沒有相互干擾，但也幾乎沒有相互對應。 因此，空間任務，如格式化文本，最容易通過空間鼠標類型的移動來執行，從而將鍵盤留給口頭命令。
這並不意味著鍵盤是執行口頭命令的理想選擇。 打字仍然是手動操作任意空間位置的問題，這基本上與處理字母不兼容。 這實際上是另一個高度不相容的任務的例子，只有通過廣泛的練習才能掌握，如果不不斷練習，技能很容易丟失。 對於速記寫作也可以提出類似的論點，速記寫作也包括將任意書寫符號與口頭刺激聯繫起來。 另一種鍵盤操作方法的有趣示例是和弦鍵盤。
操作員操作兩個鍵盤（一個用於左手，一個用於右手），這兩個鍵盤均由六個鍵組成。 字母表中的每個字母對應一個和弦響應，即鍵的組合。 對這種鍵盤的研究結果表明，獲得打字技能所需的時間顯著節省。 電機限制限制了和弦技術的最大速度，但是，一旦學會，操作員的表現仍然非常接近傳統技術的速度。
空間兼容性效應的一個經典示例涉及爐灶燃燒器控件的傳統佈置：2 ´ 2 矩陣中的四個燃燒器，控件在水平行中。 在這個配置中，burner 和 control 之間的關係並不明顯，學習也很差。 然而，儘管有很多錯誤，但在給定時間的情況下，通常可以解決爐子生火的問題。 當面臨未定義的顯示-控制關係時，情況會更糟。 在攝像機、錄像機和電視機的顯示控制關係中發現了 SR 兼容性差的其他示例。 結果是許多選項從未使用過或必須在每次新試驗中重新研究。 “手冊中已全部解釋”的說法雖然屬實，但沒有用，因為在實踐中，大多數手冊對普通用戶來說是難以理解的，尤其是當他們試圖使用不相容的語言術語來描述操作時。
刺激-刺激 (SS) 和反應-反應 (RR) 兼容性
最初 SS 和 RR 兼容性區別於 SR 兼容性。 SS 兼容性的一個經典例證涉及 XNUMX 年代後期嘗試通過視覺顯示支持聽覺聲納以增強信號檢測。 在水平光束中尋求一種解決方案，垂直擾動從左到右傳播並反映聽覺背景噪聲和潛在信號的視覺轉換。 信號由稍大的垂直擾動組成。 實驗表明，聽覺和視覺顯示的組合併沒有比單一的聽覺顯示更好。 原因在於 SS 兼容性差：聽覺信號被感知為響度變化； 因此，當以亮度變化的形式提供時，視覺支持應該最對應，因為這是響度變化的兼容視覺模擬。
有趣的是，SS 兼容性的程度直接對應於受試者在跨模態匹配中的熟練程度。 在跨模態匹配中，可能會要求受試者指出哪個聽覺響度對應於特定亮度或特定重量； 這種方法在縮放感官維度的研究中很受歡迎，因為它可以避免將感官刺激映射到數字。 RR 兼容性指的是同時運動和連續運動的對應。 有些動作比其他動作更容易協調，這為最有效地完成一系列動作（例如，連續操作控件）的方式提供了明確的約束。
上面的例子清楚地顯示了兼容性問題是如何遍及所有用戶機界面的。 問題在於相容性差的影響通常會因長期練習而減弱，因此可能仍未引起注意或被低估。 然而，即使不兼容的顯示控制關係得到很好的實踐並且似乎不影響性能，仍然存在較大錯誤概率的點。 不正確的兼容響應仍然是正確的不兼容響應的競爭者，並且可能偶爾會通過，具有明顯的事故風險。 此外，掌握不相容的 SR 關係所需的練習量巨大且浪費時間。
電機編程和執行的限制
在關於 RR 兼容性的評論中已經簡要提到了電機編程的一個限制。 人類操作員在執行不一致的運動序列時存在明顯的問題，特別是，很難完成從一個不一致的序列到另一個不一致的序列的改變。 運動協調研究的結果與雙手活動的控制設計有關。 然而，在這方面，練習可以克服很多困難，正如令人驚訝的雜技技巧水平所表明的那樣。
控制設計中的許多通用原則都源自電機編程。 它們包括在控件中加入阻力，並提供表明控件已正確運行的反饋。 準備運動狀態是反應時間的高度相關決定因素。 對意想不到的突然刺激做出反應可能需要多花一秒鐘左右的時間，這在需要快速反應時是相當可觀的——就像對領頭汽車的剎車燈做出反應一樣。 未準備好的反應可能是鏈碰撞的主要原因。 預警信號有利於防止此類碰撞。 運動執行研究的一個主要應用涉及費特定律，它與運動、距離和瞄準目標的大小有關。 這條定律似乎很普遍，同樣適用於操作桿、操縱桿、鼠標或光筆。 其中，它已被用於估計在計算機屏幕上進行更正所需的時間。
顯然，除了上述粗略的評論之外，還有更多要說的。 例如，討論幾乎完全局限於簡單選擇反應層面的信息流問題。 除了選擇反應之外的問題沒有被觸及，也沒有觸及在信息和運動活動的持續監測中反饋和前饋的問題。 提到的許多問題與記憶問題和行為計劃問題密切相關，這些問題也沒有得到解決。 例如，在 Wickens (1992) 中可以找到更廣泛的討論。
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