淺談人機界面的安全分析

宋建偉

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

淺談人機界面的安全分析

宋建偉

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

隨著數(shù)字電路和計算機技術(shù)的發(fā)展，HMI的功能將越來越豐富，信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的人機界面將越來越多的應(yīng)用在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中。這就要求無論從操控設(shè)備的人的角度出發(fā)，還是從被控制的設(shè)備系統(tǒng)出發(fā)，都需要在設(shè)計人機界面時考慮到系統(tǒng)安全、信息安全和人為因素。

人機界面；安全性；信息交互

1 引言

人機界面HMI是Human Machine Interface 的縮寫，也叫“人機接口”。人機界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介， 它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機信息交流的領(lǐng)域都存在著人機界面。

2 人機界面安全分析的主要內(nèi)容

2.1 人機界面安全性

多數(shù)人機界面產(chǎn)品的安全危害我們都是清楚的，例如表面漏電、電路短路、過熱起火等。我們規(guī)定其產(chǎn)品的安全指標就是要把其可能預(yù)知的后果和可能造成的傷害控制在可以接受的水平上。

2.2 人機界面的可靠性

人機界面在設(shè)計條件和設(shè)計壽命下完成設(shè)計指標規(guī)定的功能的能力，就是人機界面的可靠性，一般來說產(chǎn)品可靠性還可以分為結(jié)構(gòu)可靠和功能可靠。

2.3 人機界面的安全防護措施

安全防護措施在設(shè)計中必須具有以下要求：發(fā)生故障和失效時能有效及時隔離人機交互，停止機器運轉(zhuǎn)并伴有報警；人機界面本身無污染，無有毒元素釋放保障人身安全；視覺交互、聽覺交互、觸覺交互符合人體工程學(xué)要求，減少聲光電以及輻射對人體的傷害和長時間工作時疲勞現(xiàn)象的產(chǎn)生。

人機界面安全分析最終的目的是實現(xiàn)任何機器的合理匹配，為了獲得最好系統(tǒng)性能和安全性能除了對人機界面產(chǎn)品要有合理的標準外，操作者的素質(zhì)也是非常重要的因素。我們還要求操作者能技術(shù)熟練、心里穩(wěn)定、安全意識強和操作規(guī)范。

3 影響人機界面的安全性主要因素

人機界面是操作者和機電設(shè)備信息交換的接口，其安全性主要涉及人體特性、機器特性和環(huán)境因素的匹配協(xié)調(diào)，人機界面的安全分析包含了人體工程、系統(tǒng)工程、安全工程、計算機、心理學(xué)等多個學(xué)科的有機集成。

人作為人機系統(tǒng)的主要因素，他主要是通過視覺、聽覺和觸覺與機械系統(tǒng)進行人機交互的，其中視覺交互在人機系統(tǒng)中占據(jù)的比例比較大。這一過程主要通過視覺顯示器來實現(xiàn)。

顯示器的安全性主要體現(xiàn)在其功能是否完善，能否準確的顯示信息。其具體的功能可以分為定量、定性、警告三種。在信息交互過程中定量的安全性主要是指顯示器能將機器的運行過程中參數(shù)的變化真實的反應(yīng)出來；定性的功能是能分析機器運行過程中的狀態(tài)和變化趨勢；而警告要對交互過程進行監(jiān)控，對人進行明顯的視覺刺激，提示突發(fā)狀況，提示處理方法和報警源。

聽覺交互是利用聲音進行人機之間的信息交換，所以聲音為此系統(tǒng)的載體，多數(shù)人機聽覺交互都是單向的，是從機器到人的信息反饋過程，常見的交互方式有報警、語音提示和鈴聲等。聽覺系統(tǒng)的安全性要按硬件和軟件來分析。硬件的安全性主要指揚聲器、聲吶、電鈴的發(fā)聲裝置，因為發(fā)聲裝置直接將聲波傳入人體，人進行刺激，所以其系統(tǒng)應(yīng)符合人體工程，其信息在人體能接受和承受的范圍以內(nèi)。軟件主要起到譯碼的過程，將聲音編碼并準確無誤的展現(xiàn)出來。

人通過視覺和聽覺可以從人機系統(tǒng)中獲取信息，但是實現(xiàn)真正的交互還需要向機器發(fā)出指令，之一功能的實現(xiàn)一般靠控制器。控制器是將人的操控信號傳遞給機器，通過顯示裝置顯示共同形成人機聯(lián)系。控制裝置的可靠性和安全性直接影響人機界面的系統(tǒng)安全。所以控制系統(tǒng)設(shè)計時要求能準確的、迅速的、安全的將人的指令發(fā)送給機器并實現(xiàn)操控。另外隨著現(xiàn)代社會對人性化的要求人在操控設(shè)備時還更加追求舒適度，減少緊張和疲勞，因此控制器除了有操控機器的基本功能外還必須考慮到人的生理和心理因素，滿足人的生理特點和心理習(xí)慣。

4 設(shè)計過程中保障人機界面安全的措施

好的人機界面應(yīng)該是友好的、人性的和安全的，這要求設(shè)計人機界面時，設(shè)計者要有足夠的經(jīng)驗和對人性化設(shè)計的追求。這里涉及到人體學(xué)，心理學(xué)，工程學(xué)等多個學(xué)科，下面我淺談一下設(shè)計過程中的保障人機界面安全的注意事項。

1)生理安全。健康的姿勢，合理的操作強度是人性化友好界面的一個標準，設(shè)計時需考慮顯示器的界面，如亮度、清晰度、視覺疲勞等，還有包括控制位置、按鍵的強度舒適性等。

2)心理安全。對于一些頻繁操作，注意力高度集中設(shè)備，如數(shù)控機床、監(jiān)控設(shè)備、交通運輸?shù)葯C器往往會造成操作者心里緊張，負擔過重，所以設(shè)計時盡量使界面柔和友好。

3)設(shè)備安全。人機界面表面可能傷人的角、棱等要充分考慮，電氣安全也是重要的設(shè)計內(nèi)容，強弱電分開，交直流分開，要有漏電保護和靜電防護。

5 結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展對人機界面進行安全分析，越來越重視對人的因素的分析和認識，在工業(yè)生產(chǎn)中人的因素是變化的，相對于機器，在人機環(huán)境系統(tǒng)中仍然難以建立或難以完整地建立起人與機械、環(huán)境的合理關(guān)系。我們不能孤立的、簡單的、分割看待機器和操作者。當今人們對人機進行的安全分析、設(shè)計和評價，都是受到其認識水平的局限和制約，這樣的系統(tǒng)只能是在一定時間和條件下才是安全的，不可能有所謂的絕對安全，在人一機一環(huán)境系統(tǒng)中，安全分析是一個十分重要而又值得不斷深入研究的項目。

[1]景國勛,張迪.于人機工程學(xué)的工業(yè)設(shè)備人機界面安全分析[J].中原工學(xué)院學(xué)報,2012(1).

[2]王炳實.機床電氣控制[M].北京：機械工業(yè)出版社,2009（7）.

[3]劉偉.人機界面設(shè)計[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2011（5）.

宋建偉（1981-），男，漢，黑龍江五常，碩士研究生，講師，研究方向：電機與電器