Человеко машинный интерфейс

Основные понятия и стандарты человеко-машинных интерфейсов

В современном оборудовании применяются различные виды органов управления для приведения в действие оборудования и процессов.
В компьютерном оборудовании широко используются органы управления (устройства ввода данных), представленные в виде функциональных или алфавитно-цифровых клавиатур, различных видов манипуляторов (например, «мышь», световое перо, сенсорное устройство указания).
Органы управления как часть человеко-машинного интерфейса могут иметь различную степень важности в диалоге между оператором и оборудованием или машиной.

Стандартизация требований (в том числе эргономических) к органам управления особенно важна в областях, где принятие мер по обеспечению безопасности крайне необходимо (например, когда в результате неправильной работы системы приведения в действие может произойти авария или когда необходимы частые или оперативные действия: при работе подъемных кранов, эксплуатации транспортных средств и др.), особенно в случаях, когда потенциально опасное оборудование используется людьми с низкой квалификацией.

Требования к органам управления и принципы приведения в действие человеко-машинного интерфейса установлены в международном стандарте МЭК 60447:2004 «Интерфейс человеко-машинный (ИЧМ). Принципы приведения в действие», который входит в число основных публикаций по безопасности, принятых Международной электротехнической комиссией Этот стандарт предназначен для применения соответствующими Техническими комитетами МЭК при разработке стандартов на конкретное оборудование, а также в случаях, когда отсутствуют стандарты на конкретное оборудование с аналогичной областью применения.

В странах Европы действует европейский стандарт ЕН 60447:2004 «Интерфейс человеко-машинный (ИЧМ). Принципы приведения в действие», требования которого не отличаются от МЭК 60447:2004.

В МЭК 60447:2004 установлены основные принципы приведения в действие человеко-машинного интерфейса, обеспечивающие правильное и своевременное функционирование органов управления, безопасную и надежную работу оборудования в целом.

Установленные в МЭК 60447:2004 принципы применяют при эксплуатации электрооборудования, машин или даже целого предприятия.
На территории Украины эти требования используются с учетом основных нормативных документы и норм ДСТУ и ГОСТ.

Основные требования представлены в таких стандартах Украины:

ДСТУ 2429 - 94 Система «людина - машина». Ергономічні та техніко-естетичні вимоги. Терміни та визначення.
ГОСТ 12.4.040 – 78*(СТ СЭВ 3082 - 81) ССБТ. Органы управления производственным оборудованием.
ГОСТ 21829 – 76 Система «человек - машина». Кодирование зрительной информации. Общие эргономические требования.
ГОСТ 22.269 – 76 Система «человек - машина». Рабочее место оператора. Взаимное расположение элементов рабочего места. Общие эргономические требования.
ГОСТ 21.889 – 76 ССБТ. Система «человек - машина». Кресло человека-оператора. Общие эргономические требования.

Согласно вышеуказанным стандартам внесем такие основные определения и термины:

Орган управления это часть системы приведения в действие, которая принимает воздействие человека.

Под системой приведения в действие следует понимать совокупность взаимосвязанных устройств, применяемых для достижения конкретной цели путем выполнения определенных функций.

Классификация органов управления

1 однофункциональный орган управления: Один или несколько органов управления, результат действия которого приводит к одному конечному результату (например, перемещение в определенном направлении или расположение).
2 многофункциональный орган управления: Один или несколько органов управления, результат действия которого приводит к различным конечным результатам (например, перемещение в определенном направлении и расположение).

Орган управления может быть в виде ручки, кнопки, кнопочного переключателя, кнопки «нажать-нажать», кнопки «нажать-отпустить», ролика, поршня, «мыши», светового пера, клавиатуры, чувствительной области экрана монитора.

Клавиатура - это расположение клавиш (печатных или функциональных) определенным способом. Виды клавиатур:

1. Цифровая клавиатура - набор клавиш, обозначенных цифрами.
2. Алфавитно-цифровая клавиатура - набор клавиш, обозначенных набором символов;
Примеры: буквы латинского алфавита (от А до Z); цифры (от 0 до 9); непечатаемый пробел; знаки пунктуации и другая графика, если необходимо.
3. функциональная клавиатура: Набор клавиш, представляющих некоторые оборудование, машины, функции или команды.

Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ) это набор технических средств, предназначенных для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудования, который и дает возможность оператору управлять оборудованием и контролировать его функционирование.

Примечание— Такие средства могут включать приводимые в действие вручную органы управления, контрольные устройства, дисплеи.

Человеко-машинные интерфейсы подразделяются на:

Аппаратные интерфейсы;
Программные интерфейсы(интерфейс пользователя);
Аппаратно-программные интерфейсы.

Сигнал - визуальное, звуковое или осязательное обозначение передаваемой информации. Виды сигналов:

1. визуальный сигнал - визуальное обозначение передаваемой информации посредством знаков, фигур, цветов и других средств отображения информации.
2. звуковой сигнал - звуковое обозначение передаваемой информации посредством тона, частоты или периодичности.
3. осязательный сигнал - ощущаемое обозначение (через осязательный орган чувств человека) передаваемой информации посредством шероховатости поверхности, очертания или специального размещения органа управления.

Периферийные устройства (VDT) - оборудование, с помощью которого пользователи взаимодействуют с системой. Это определение подразумевает как монитор (VDU) (устройство вывода информации), так и устройства ввода информации в компьютерную систему (чаще всего клавиатура). Определение также подразумевает любое другое электронное оборудование (например, «мышь», дигитайзер, трекбол), требуемое для работы системы.

Двухкоординатпый контроллер (VDU контроллер) – специализированный манипулятор, предназначенный для выбора специфической области на устройстве вывода, который представляет собой некоторое оборудование или устройство для выдачи команды.
Примечание – Двухкоординатным контроллером может быть джойстик, «мышь», трекбол, дигитайзер, сенсорные панели и активные экраны.

Основные принципы построения человеко-машинных интерфейсов

Применение принципов приведения в действие, конструктивное расположение и последовательность функционирования органов управления должны рассматриваться на стадии разработки и проектирования оборудования.

Тип, форма и размер органа управления, а также его расположение должны быть выбраны таким образом, чтобы он отвечал требованиям назначения, обслуживания и условий эксплуатации. Также должны быть приняты во внимание навыки пользователей, ограничения в маневренности, аспекты эргономики и требуемый уровень предотвращения возможности выполнения непреднамеренной операции.
Принципы построения ЧМИ:

1. Органы управления должны быть однозначно идентифицируемы при всех указанных состояниях и размещены так, чтобы допускать безопасное и своевременное выполнение операций.
2. Орган управления должен выполнять только команды, соответствующие заданным целям его применения.
3. Действия пользователей не должны приводить к неопределенному или опасному состоянию оборудования или процесса.
4. Органы управления и связанные с ними контрольные устройства должны размещаться согласно требованиям отраслевых нормативных документов, ДСТУ, ГОСТ и международных стандартов и быть функционально взаимосвязаны.
5. Метод диалога, используемый в ЧМИ, должен принимать во внимание аспекты эргономики, соответствующие конкретной задаче.
6. Для исключения опасных последствий, связанных с ошибками оператора, рекомендуется обеспечить:
- определенный приоритет команд (например, команда «СТОП» имеет более высокий приоритет, чем команда «ПУСК»);
- упрощение последовательности функционирования органа управления (например, при помощи автоматизации);
- блокировку управления (например, управление двумя руками);
- функционирование в толчковом режиме.
7. Органы управления должны быть логически сгруппированы согласно их эксплуатационной или функциональной взаимосвязи необходимым для обеспечения управления оборудованием. Указанный принцип должен соблюдаться во всех областях применения оборудования.
Расположение органов управления должно быть выполнено таким образом, чтобы упростить его идентификацию и минимизировать вероятность неправильного приведения в действие, являющуюся результатом ошибки оператора.

Должны быть использованы один или несколько из следующих принципов группировки органов управления:
- группировка по функции или взаимосвязи;
- группировка по последовательности применения;
- группировка по частоте применения;
- группировка по приоритетам;
- группировка по процедурам функционирования (нормальное или критическое состояние);
- группировка по моделированию схемы предприятия (машины).

Принципы группировки должны быть совместимы с навыками пользователя, приобретенными им в результате обучения.
Не должны применяться зеркальные и симметричные схемы панелей с расположенными на них органами управления, контроллерами и средствами отображения информации.

Связанные группы органов управления должны размещаться согласно их уровню приоритета, например:
- самый высокий приоритет – вверху слева;
- самый низкий приоритет – внизу справа.

Последовательность операций

В технологическом оборудовании для выполнения определенных функций используются два вида последовательностей:

одношаговая последовательность;
трехшаговая последовательность.

Трехшаговый принцип характеризует последовательность приведения в действие и связанные с ним показания:
- шаг 1 – выбор функции/оборудования/устройства;
- шаг 2 – выбор соответствующей команды;
- шаг 3 – выполнение команды.

Могут применяться три шага:

а) с отдельными группами органов управления: каждая группа относится к одной функции или оборудованию, включая выполнение команды (монофункция). Пример применения приведен на рисунке 1;
б) с двумя группами органов управления: первая группа предназначена для выбора функции/ оборудования/устройства, а вторая – для выбора соответствующей команды; также используется дополнительный орган управления, отделенный от этих групп, для выполнения команды (мультифункция). Пример применения приведен на рисунке 2.
Может возникнуть необходимость указания состояния выбранного оборудования, являющегося основой для следующей требуемой команды.
Может возникнуть необходимость подтверждения каждого выбранного шага операции.
После выполнения команды как можно быстрее должно быть обеспечено понятное и однозначное подтверждение конечного результата обработки команды.

Рисунок 1 – Трехшаговая последовательность выполнения однофункционального применения

Рисунок 2 — Трехшаговая последовательность выполнения многофункционального применения

При одношаговой последовательности каждый орган управления отвечает за определенную команду для заданного устройства. Т.е. оператор визуально без использования дополнительных аппаратных средств выбирает орган управления для определенного оборудования и контролирует выполнение команды.

Обозначению органов управления

Органы управления в соответствии с требованиями безопасности должны иметь обозначения либо на самом органе управления, либо рядом (например, графическими символами, цветами, буквами). Может также использоваться осязательная или звуковая информация, если органы управления не всегда видны.

Обозначения органов управления должны легко распознаваться и однозначно соответствовать назначению, конечному результату и быть взаимосвязанными с органами управления и, если воз-можно, с их расположением.

1 Визуальный сигнал
Визуальный сигнал должен попадать в поле зрения оператора в течение времени необходимой операции.
Визуальный сигнал может иметь различные смысловые значения. В соответствии с требованиями по безопасности цвет выключателя и его фон должны соответствовать ГОСТ 12.4.040 – 78*(СТ СЭВ 3082 - 81).

2 Звуковой сигнал
Звуковой сигнал может выдаваться как ответ на операцию органа управления, особенно для стандартных действий. Использование звукового сигнала в качестве единственного средства для обозначения органа управления не рекомендуется.

При использовании звукового сигнала должны учитываться характер и громкость звука в соответствии с уровнем окружающего шума и расстоянием от оператора до источника звука.

Чтобы гарантировать распознавание звукового сигнала, сигнал должен сохраняться или повторяться до момента вмешательства оператора.
Значение звукового сигнала должно быть ясно оператору и однозначно им воспринято.

3 Осязательный сигнал
Осязательные сигналы могут быть необходимы в некоторых случаях:
- когда необходимо идентифицировать связанные с безопасностью органы управления в условиях ограниченной видимости (например, в темноте, в дыму);
- в нормальных условиях, когда орган управления не находится в поле зрения оператора;
- в нормальных условиях по причинам эргономичности, чтобы избежать ошибок оператора. Информация, переданная оператору через осязательный орган чувств, должна быть независимой от информации, получаемой оператором через зрительный или слуховой органы чувств.
Осязательное обозначение должно ясно и однозначно идентифицировать необходимый элемент(ы) системы приведения в действие.
Информация, переданная осязательным сигналом, должна быть хорошо известна оператору. Значение каждого осязательного сигнала должно быть указано на оборудовании и в инструкции по эксплуатации, которая поставляется с оборудованием.