Проектирование панелей и пультов.

Средства отображения информации.

В соответствии с используемыми типами восприятия существуют визуальные, акустические и тактильные средства отображения информации.

Естественно, наибольшее распространение имеют визуальные средства, или индикаторы. Прежде всего индикаторы следует разделить по характеру отображаемой информации: аналоговые, дискретные, дисплеи и мнемосхемы.

Аналоговые:

· стрелочные с дуговой или круговой шкалой;

· линейные с перемещающейся точкой (стрелкой) или с заполнением.

Дискретные:

· единичные;

· знакосинтезирующие одноразрядные.

Дисплеи:

· однострочные;

· алфавитно-цифровые многострочные,

· комбинированные (универсальные), предназначенные для отображения визуальной информации любого характера.

Комбинированные (универсальные) - это мониторы ЭВМ, медицинских приборов, экраны радиолокаторов, некоторых наиболее крутых осциллографов и др.

Мнемосхемы в традиционном понимании: изображение функциональной или технологической схемы устройства или установки неизменно и нанесено прямо на панель, а индикаторы располагаются ассоциированно с изображением структурных элементов и отображают их режимы, потоки энергии или реагентов. В виде мнемосхем удобно представлять крупные системы с централизованным управлением: технологические установки, энергосистемы, транспортные системы.

Естественно, можно отображать мнемосхему на экране ЭВМ, только размеры при этом слишком малы для серьезных случаев и годятся разве что для подсистем среднего размера.

Все разновидности индикаторов имеют свои особенности восприятия.

Аналоговые индикаторы.

Аналоговые индикаторы не обспечивают высокой точности, но зато лучше, чем цифровые, дают представление о динамике процесса, о соотношении считываемого значения с какими-то ключевыми значениями: на шкале легко выделить эти ключевые значения или зоны.

Форма шкалы влияет на восприятие: быстрее точнее считываются показания с дуговой, круговой и линейной горизонтальной шкал, хуже всего в этом плане вертикальная линейная. Линейная шкала с заполнением применяется, когда главным образом важна оценка уровня величины, а не соотношения с ключевыми значениями. Наиболее характерный пример - индикаторы уровня в звуковой аппаратуре. Кстати, здесь проявляется преимущество вертикальной шкалы: она удобнее для оценки соотношения нескольких (особенно больше двух) величин, при этом шкалы располагаются рядом. Мой собственный опыт: дуговые шкалы при двух каналах - еще неплохо, при четырех уже совершенно никуда не годится, а при линейных горизонтальных шкалах все время хочется и голову установить горизонтально, тем более что каналы-то в стереосистеме все-таки ЛЕВЫЙ и ПРАВЫЙ, а не верхний и нижний.

Еще некоторые тонкости. Возрастание значений должно идти слева направо и снизу вверх. Вероятно, в арабских странах на этот счет свои соображения - они пишут справа налево. Цифры должны располагаться так, чтобы стрелка их не перекрывала. В площади, отведенной под индикатор, не должно быть ни конструктивных элементов, ни символов, не имеющих отношения к функции ндикатора.

Дискретные индикаторы.

Единичные ндикаторы - светодиоды, лампы накаливания, электромеханические и другие - используются для отображения состояний “включено” и “выключено”, но, используя мигающий режим, можно отображать и дополнительную информацию.

Сейчас существуют светодиоды, в одном корпусе объединяющие два - красный и зеленый (АЛС331). Здесь возможности еще шире, вплоть до синтеза цвета за счет широтно-импульсной модуляции тока каждого светодиода.

Уместно напомнить о назначении цветов индикаторов согласно стандартам ССБТ: красный - отказ, мигающий красный - авария; желтый, непрерывно горящий или мигающий - предупреждение о включении, зеленый - штатный установившийся режим. Зеленым мигающим хорошо отображать штатный переходный режим.

Знакосинтезирующие индикаторы обычно используются для построения однострочных дисплеев, на которых может отображаться не только числовая, но и несложная текстовая информация типа ЕГГОГ. Несколько обособленно стоят случаи, когда индикаторы отображают целые числа типа номера (кода) режима или адреса устройства - такая информация просто воспринимается быстрее.

Многострочные сообщения обычно намного более емки информационно и требуют много времени не только для восприятия, но и для осмысления, поэтому самую оперативную информацию в таком виде представлять не следует. Для отображения многострочных сообщений практически используются не наборы одноразрядных индикаторов, а специальные многострочные дисплеи, как правило, со встроенным управлением. Могут использоваться электронно-лучевые трубки или газоразрядные индикаторные панели (ГИП), но это уже практически монитор ЭВМ как по возможностям, так и по сложности управления. Есть еще так назыаемые полупроводниковые модули экрана (светодиодные матрицы 8 х 8 точек), из которых можно набрать достаточно большое поле, и микросхемы управления к ним (АЛС347, КИПГО1А- 8х8Л - КИПГО3А- 8х8Л, 514ИР2). Конечно, они по возможностям покруче, чем многострочные дисплеи - на них можно и графическую информацию отображать, но управление соответственно намного сложнее.

Знакосинтезирующие индикаторы делают на светодиодах (одно - и многоразрядные, семисегментные, матричные 7х5 точек и спецсимвольные, есть и с большим числом сегментов), вакуумно - люминесцентные (одно- и многоразрядные, семи-, одиннадцатисегментные, всякие спецсимвольные и для очень конкретных применений), жидкокристаллические (здесь вообще разнообразие невероятное, поскольку технология их очень гибкая, а затраты на разработку невелики - можно даже сделать спецзаказ).

Светодиодные, ВЛ и газоразрядные индикаторы - активные, но их плохо видно, когда на них попадает прямой яркий свет, а ЖКИ - пассивные и нуждаются в подсветке независимо от того, в проходящем или в отраженном свете они работают.

В электромеханических единичных индикаторах сам элемент индикации имеет флуоресцентное покрытие, и при ярком свете контрастность не теряется. При слабом внешнем освещении нужна подсветка. Эти индикаторы крупные, обычно компонуются в целое знакоместо и очень хороши для табло общего обзора (на вокзалах или стадионах, например), тем более что они не очень критичны к температуре окружающей среды. Конструкция их основана на повороте подвижного элемента (блинкера), включающего в себя постоянный магнит, под действием магнитного поля катушки. С одной стороны этот элемент черный, а с другой покрашен флуоресцентной краской. Их существенный недостаток - малое быстродействие. Дело в том, что для эффективного взаимодействия в обмотку требуется подать импульс тока с амплитудой несколько сот миллиампер, и приходится переключать отдельные индикаторы по очереди.

Обычно активные индикаторы прикрывают стеклом, цвет которого соответствует цвету свечения индикатора, а обрамление делают черным. При этом свечение индикатора практически не ослабляется, а контрастность значительно повышается.

Цифровые индикаторы предназначены для отображения конкретных числовых значений, они воспринимаются медленнее показаний аналоговых приборов, поэтому быстро меняющуюся информацию на них выводить вряд ли стоит. Конечно, опытный человек может извлечь полезную информацию и из мелькания цифр, но это уже не ремесло, а искусство, а расчитывать нужно на оператора обычного уровня.

Иногда факт смены показаний не менее важен, чем сами показания. Если на пульте несколько индикаторов, должны быть средства привлечения внимания оператора к тому индикатору. показания которого сменились: например, “бип” и загорание светодиода у нужного индикатора.

Акустические средства куда менее разнообразны. Мы уже говорили об этом: несмотря на то, что ухо человека - весьма чувствительный инструмент, в качестве источника информации воспринимаются лишь изменения акустической обстановки, и то не всякие: появление (не исчезновение!) сигнала, достаточно резкое и частое изменение тона, изменение характера сигнала - с непрерывного на импульсный или наоборот, значительное изменение частоты следования импульсов. Надо помнить о том, что при большой продолжительности акустический сигнал перестает восприниматься в качестве источника информации вследствие адаптации. Резюме: акустическими средствами лучше отображать изменения, а не длительно сохраняющиеся состояния. Тем не менее, поскольку звуковая информация поступает в мозг по другим каналам, оператор может воспринимать ее в дополнение, а не взамен визуальной информации.

Технические средства: обычные динамики, пьезокерамические излучатели (звонки), сирены, колокола и др. Развитие техники синтеза речи позволяет расширить возможности акустического отображения информации.

В качестве примера тактильного отображения информации можно привести использование вибровызова в некоторых мобильных телефонах.

Элементы управления.

Для обеспечения высокой скорости и точности работы оператора органы управления должны быть легко различимы зрительно и на ощупь, должны иметь размеры, ход (угол поворота) и усилие переключения, соответствующие антропометрическим данным человеческой руки. Это, между прочим, означает, что при всем стремлении к миниатюризации аппаратуры корпуса должны быть такими, чтобы взять рукой, а не пинцетом, а кнопки - чтобы нажимать пальцем, а не иголкой, и индикаторы должны быть различимы без лупы.

Самые распространенные органы управления - кнопки и клавиши. Наиболее естественная форма их поверхности - слегка вогнутая. При нажатии обычной кнопки или клавиши естественным будет некоторое сопротивление, даже щелчок - это придает опреатору уверенность в том, что команда по крайней мере выдана. Такого рода обратная связь может быть не тактильной. а визуальной или слуховой, но быть должна обязательно.

Тумблеры - обычно двухпозиционные, реже трехпозиционные, имеют свои особенности восприятия. У тумблера тактильная обратная связь с оператором гораздо сильнее, чем у кнопки или клавиши, а самое главное в том, что одного взгляда достаточно для определения, в каком режиме работает аппаратура, по положению рычажка.

Мне представляется, что тумблеры лучше применять там, где оба положения относятся к равнозначным режимам, а кнопки с фиксацией и клавиши там, где один режим основной, а другой вспомогательный или специальный, или т. п. При этом, на мой взгляд, индикацию режима делать необходимо, поскольку при взгляде с фронта практически нельзя определить, нажата кнопка или нет.

Знающие люди считают, что при большом количестве тумблеров лучше располагать их горизонтальными рядами, чтобы рычажок перемещался в вертикальной плоскости, а не вертикальными рядами с горизонтальным движением рычажка - в принципе это хорошо согласуется с материалом прошлой лекции насчет того, какие движения рук наиболее быстры и точны. Варианты же с вертикальными рядами с вертикальным перемещением рычажка и горизонтальными рядами с горизонтальным перемещением очень неудобны, и вряд ли какие функциональные соображения могут заставить использовать такие компоновки.

Существует довольно много органов управления аналогового типа: вращающиеся рукоятки, штурвалы, рычаги, движки. Известные всем мыши, джойстики, трэкболы я бы отнес к комбинированным - в них есть и кнопки. Можно заметить. что при работе с аналоговыми органами управления никогда не полагаются на тактильную обратную связь - только на визуальную или акустическую.

Иногда аналоговые органы управления сочетают с интегратором: от положения органа управления зависит скорость изменения регулируемой величины. Для работы с такими вещами нужен навык, но в ряде случаев, когда надо подстраиваться под параметр, меняющийся с почти постоянной скоростью (например, при ручном сопровождении цели на экране РЛС), выигрыш налицо.

Структура лицевых панелей и панелей пультов.

В серьезных случаях панели содержат десятки, а то и сотни элементов, которые в соответствии с назначением могут быть объединены в зоны индикации, управления и коммутации. Зоны неминуемо перекрываются, поскольку связаны функционально.

Мы уже говорили о том, что возможности человека по восприятию и перевариванию информации ограничены, что заставляет искать такое расположение элементов, чтобы свести действие этого ограничения к минимуму и сделать работу операторов более эффективной.

Профессионалы сформулировали несколько принципов, помогающих это сделать. Они, конечно, основаны на психофизиологии человека, несмотря на несколько формальный вид.

Принцип группировки заключается в том, что большое количество однородных элементов (кучу кнопок или тумблеров, например) разбивают на нескоько визуально обособленных групп по логическим или формальным признакам. В первом случае в группу объединяются функционально связанные элементы, во втором - по чисто внешней однотипности. Второй подход используется лишь тогда, когда первый сильно затруднен.

Принцип взаимосвязи.

Здесь речь идет об объединении разнотипных элементов (индикаторов. органов управления и коммутации) в группы по принципу их функциональной взаимосвязи.

Принцип приоритетов.

В соответствии с этим прнципом элементы группируются по их оперативной значимости либо по частоте обращения к ним в процессе работы. Элементы и функциональные группы с наивысшим приоритетом располагаются в оптимальных зонах обзора и доступности.

Теперь о некоторых подробностях из области психофизиологии.

Зрительная система человека имеет функциональную асимметрию. Так, непроизвольная фиксация взгляда всегда распределяется неравномерно: если разбить плоскость лицевой панели на четыре квадранта, то на верхнюю часть будет приходиться около 3/4 всех фиксаций взгляда, из них большая часть - на левый верхний квадрант. Ясно, что наиболее значимые элементы (индикаторы во всяком случае) следует располагать именно там.

Далее, при углах обзора больше 25^о от центральной оси информация с левой стороны панели считывается медленнее.

Существует также естественное и почти не осознаваемое (о происхождении судить не берусь) убеждение, что увеличению регулируемой величины должно соответствовать движение регулятора снизу вверх, слева направо или по часовой стрелке; то же относится к индикаторам. Это, кстати, называется принцпом стимула и реакции.

Функционально связанные элементы управления и индикации должны располагаться так, чтобы оператор, работая с органом управления, не загораживал рукой соответствующий индикатор, т. е. индикатор должен быть расположен либо сверху, либо слева при работе правой рукой, либо справа при наоборот.

Чаще всего алгоритм работы с лицевой панелью можно прогнозировать, т. е. заранее предвидеть, в какой последователдьности оператор будет оглядывать индикаторы и в какой последователдьности нажимать кнопки. Так вот, при компоновке следует учитывать, что предпочтительная направленность движений и обзора - слева направо и сверху вниз.

Несколько слов об элементах коммутации - разъемах для подключения внешних устройств. В идеале их вообще не должно быть на панели управления, но так получается не всегда - измерительные прибры тому пример. Если уж они есть, то располагать их надо в нижней части панели, чтобы не перекрывать оперативные зоны.

Стараются не размещать на лицевых панелях ничего, не несущего информации - ни лишних надписей, ни крепежа, ни подстроечных элементов, оперативно не используемых.

Поэтому предпочтительнее использование таких комплектующих изделий, крепеж которых не вылезает на панель. В тяжелых случаях используют фальшпанели: элементы крепятся на несущей панели винтами с потайной головкой, а затем все это накрывается панелью с надписями.

Хорошая идея: если какая-то группа элементов используется нечасто, то она может быть скрыта в корпусе, а при необходимости откидываться, выдвигаться или просто открываться - в бытовой технике можно часто наблюдать и то, и другое, и третье.

Оптимальная компоновка панелей и пультов с учетом всего вышеизложенного - необходимое, но не достаточное условие полного кайфа, поскольку оператор, будучи живым человеком, воспринимает свой пульт не только с функциональной и эргономической точки зрения, но и с эстетической тоже. Он просто в силу профессии должен быть достаточно восприимчивым человеком, а если пульт производит впечатление уродины - угадайте, как ему будет работаться, да еще изо дня в день?

Дизайн - это в широком смысле промышленное искусство.

Дизайн включает в себя различные виды проектной деятельности, направленной на формирование эстетических и функциональных качеств предметной среды; дизайн синтезирует подходы самых разнообразных областей человеческой деятельности: техники. эстетики, эргономики, психологии, социологии, экономики и др.

Роль дизайна трудно переоценить: он позволяет создавать не просто красивую, удобную, эффективную в эксплуатации аппаратуру, но непосредственно влияет на ее эксплуатационную надежность и в очень значительной степени - на конкурентоспособность.

Теоретической базой дизайна является техническая эстетика, а практической реализацией - художественное конструирование.

При создании целого комплекса изделий разрабатыается дизайн-программа, которая предусматривает не просто стилевое единство во внешнем виде, но и унификацию конструктивов, органов управления и индикации, в какой-то степени алгоритмов работы с этими изделиями. Мало того, крупная дизайн-программа может включать выработку того, что называется фирменным стилем: товарный знак (логотип), бланки документов, вплоть до интерьера офисов и униформы персонала.

В журнале “Техническая эстетика” за 1976 год была серия статей о реализации дизайн-программы по созданию системы средств измерительной техники. Пересказывать их бесполезно, но найти и посмотреть рекомендую. Расскажу лишь то, что меня поразило в то время: прибор в выключенном состоянии выклядит как совершенно черный ящик с одной кнопкой “Сеть”, при нажатии на которую загорается цифровой индикатор, подсвечиваются изнутри надписи около сенсорных органов управления, откидывается крышка, за которой входные гнезда - и вперед.

Речь в данном случае идет о том, что при реализации дизайн-программы вырабатыается масса конструкторских и художественно - конструкторских решений самого передового характера, и не грех кое-что творчески заимствовать.

Поскольку мое отношение к дизайну немного похоже на отношение лисы к винограду, не стану даже излагать основ и ограничусь лишь резюме: ограничиваясь при проектировании аппаратуры лишь функциональной стороной, вы неминуемо снижаете ее потребительские качества и не укрепляете свою профессиональную репутацию. Читайте книжки или зовите на помощь профессионалов.