人機界面的內(nèi)容較多，研究人機界面對體統(tǒng)運作功效和操作人員身心健康的影響存在一定的難度。到目前為止，國內(nèi)外人機界面優(yōu)化方法仍不完善。由于人機界面設(shè)計中個元部件幾何未知的布置非常重要。所以優(yōu)化設(shè)計機械系統(tǒng)人機界面至關(guān)重要。

一、機械系統(tǒng)人機界面概述

    機械系統(tǒng)的人機界面值得是操作人員和機器之間相互作用的區(qū)域，是人機之間傳送信息的媒介。他主要包括三部分，機器顯示器與人的信息通道的界面，機上操作器與人的運動器官的的界面，人機系統(tǒng)與環(huán)境之間的界面。機器的構(gòu)成有其自身的規(guī)律，操作環(huán)境或生活環(huán)境也會因個各種因素在空間和時間上受到某種限制，如經(jīng)濟(jì)上的可行性，技術(shù)上的可能性，機器本身性能要求的條件，以及使用機器時的外界環(huán)境條件等。為了適應(yīng)這些情況，就要求對人的因素予以限制和訓(xùn)練，盡量發(fā)揮人的因素有一定可塑性的特點，讓人去適應(yīng)機器的要求，以保證人機系統(tǒng)具有最佳效果。其實人機界面除上述硬件設(shè)備外，還應(yīng)該包括操作規(guī)程，維護(hù)手冊的等。也有人將上述人機界面稱為硬件，而將人與計算機組成的人機界面稱為軟件人機界面。

二、機械系統(tǒng)人機界面構(gòu)成要素

    機械系統(tǒng)人機界面設(shè)計包含多重因素。根據(jù)人機工程學(xué)得基本原理和機械系統(tǒng)人機界面設(shè)計原則，借鑒一般機械系統(tǒng)人機界面的特點和設(shè)計要求，可以認(rèn)為機械系統(tǒng)人機界面的構(gòu)成要素主要包括，人體、工作臺、視覺元件、受控操縱元件、腳控操作元件、工作座椅等。

    人機功能：人機功能分配是人機系統(tǒng)設(shè)計的重要一環(huán)，其目的是根據(jù)系統(tǒng)工作要求，使人機系統(tǒng)可靠、有效的發(fā)揮作用，達(dá)到人與機器的最佳配合。人機功能分配，必須參照人和機器各自的功能特點。但是，功能分配的基本策略則應(yīng)根據(jù)實際情況把系統(tǒng)的操作看作一個整體，同時也應(yīng)注意為操作人員創(chuàng)造一個有意義、有激勵、富有挑戰(zhàn)性的工作情景。

    人機界面：人與機器發(fā)生作用的交界面稱為人機界面。對它的研究是人機系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容。人機界面通?？梢苑殖蓹C器顯示器和人的感覺器官(眼、耳、鼻等)之間，以及人的效應(yīng)器官(手、足等)和機器控制器之間兩種界面。人與機之間的信息溝通是在人機界面上實現(xiàn)的(見圖)。人的感覺器官接收已轉(zhuǎn)換成某種標(biāo)志或圖像形式的機器加工過程，或被控對象狀態(tài)的信息，并傳遞到大腦。大腦對已感知到的各種信息進(jìn)行加工、解釋，轉(zhuǎn)化為實際狀態(tài)的信息，并把它與預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行比較、分析、作出決策，發(fā)出指令信息。根據(jù)這些指令，效應(yīng)器官作用于機器控制器，將人的輸出信息轉(zhuǎn)換成機器的輸入信息。機器對輸入信息進(jìn)行加工，并通過顯示器將機器加工過的信息作用于人。這樣，操作人員就可以不斷地對機器工作狀態(tài)加以調(diào)整、控制，最終完成一定的系統(tǒng)功能。

    顯示器：顯示器是人機界面的重要組成部分，其功能是向人提供各種有關(guān)的信息。顯示器一般可分為視覺、聽覺、觸覺和嗅覺等顯示器?？刂破鳎嚎刂破魇侨藱C界面中另一個重要組成部分，其功能是將人的有關(guān)控制信息傳遞給機器。最常見的控制器是手、足控制器和言語控制器。

三、機械系統(tǒng)人機界面優(yōu)化方法

    人機工程學(xué)的研究廣泛采用了人體科學(xué)和生命科學(xué)等相關(guān)科學(xué)的研究方法及手段，也采取了系統(tǒng)工程、控制理論、統(tǒng)計學(xué)等其它學(xué)科的一些研究方法，而且本學(xué)科的研究也建立了一些獨特的新方法，以探討人、機、環(huán)境要素間復(fù)雜的關(guān)系問題。這些方法中包括：測量人體各部分靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)：調(diào)查、詢問或直接觀察人在作業(yè)時的行為和反應(yīng)特征：對時間和動作的分析研究；測量人在作業(yè)前后以及作業(yè)過程中的心理狀態(tài)和各種生理指標(biāo)的動態(tài)變化；觀察和分析作業(yè)過程和工藝流程中存在的問題；分析差錯和意外事故的原因：進(jìn)行模型實驗或用計算機進(jìn)行模擬實驗：運用數(shù)字和統(tǒng)計學(xué)的方法找出各變數(shù)之間的相互關(guān)系，以便從中得出正確的結(jié)論或發(fā)展成有關(guān)理論。

    目前常育的研究方法有：

    觀察法：為研究系統(tǒng)中人機的工作狀態(tài)，常采用備種各樣的觀察方法，如工人操作動作的分析、功能分析和工藝流程分析等大都采用觀察法。

    實測法：是一種借助于機器設(shè)備進(jìn)行實際測量的方法。例如對人體靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)的測量對系統(tǒng)參數(shù)及作業(yè)環(huán)境參數(shù)的測量等。

    實驗法：它是當(dāng)實測法受到限制時采用的一種研究方法，一般在實驗室進(jìn)行．但也可以在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行，如為了獲得人對各種不同顯示儀表的認(rèn)讀速度和差錯率的數(shù)據(jù)時，一股在實驗室進(jìn)行。

    模擬和模型實驗法：由于機器系統(tǒng)一般比較復(fù)雜，因而在進(jìn)行人機系統(tǒng)研究時常采用模擬的方法。模擬方法包括各種技術(shù)和裝置的模擬，如操作訓(xùn)練模擬器、機器模型以及各種人體模型等。

    計算機數(shù)值仿真法：由于人機系統(tǒng)中的操作者是具有主觀意志的生命體，模擬和模型方法研究人機系統(tǒng)，往往不能完全反映系統(tǒng)中生命體的特征，其結(jié)果與實際相比必有一定誤差。數(shù)值仿真是在計算機上利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真性實驗研究，如人體動作分析仿真等。在電子計算機的推動下，最優(yōu)化理論與方法在經(jīng)濟(jì)計劃、工程設(shè)計、生產(chǎn)管理、交通運輸?shù)确矫娴玫搅藦V泛應(yīng)用，成為一門十分活躍的學(xué)科。將優(yōu)化設(shè)計理論和方法應(yīng)用于機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的范疇來說，大致可分為結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。產(chǎn)品設(shè)計首先要解決的是參數(shù)優(yōu)化，也是最早引入機械設(shè)計中的內(nèi)容之一 。通過尋找最佳參數(shù)可以直接得到好的設(shè)計，它是在已定結(jié)構(gòu)方案、零部件結(jié)構(gòu)形狀和選擇材料下完成參數(shù)設(shè)計的優(yōu)化。形狀優(yōu)化是在結(jié)構(gòu)類型、材料和布局已定條件下，對結(jié)構(gòu)幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化，包括二維和三維的形狀優(yōu)化及與形狀有關(guān)的參數(shù)優(yōu)化，這是優(yōu)化設(shè)計的深化。而拓?fù)鋬?yōu)化是對結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件布局和節(jié)點的聯(lián)接關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，即在外部設(shè)計要求下首先要從結(jié)構(gòu)方案、類型、布局等方面去尋優(yōu)，這是更高層次的優(yōu)化也是更富有創(chuàng)新的概念設(shè)計。從目前研究和應(yīng)用的成熟程度來看，形狀優(yōu)化的提出盡管已經(jīng)歷了近20多年，還處在研究和應(yīng)用探索階段。

    分析法：它是在上述各種方法中獲得了一定的資料和數(shù)據(jù)后采用的一種研究方法。目前人機工程學(xué)研究采用的分析法包括瞬間分析法、知覺與運動信息分析法、動作負(fù)荷分析法、頻率分析法、危象分析法和相關(guān)分析法。

    調(diào)查研究法：人機工程學(xué)專家采用各種調(diào)查研究方法來抽樣分析操作者或使用者的意見和建議。