浅谈人机界面的安全分析

宋建伟

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

浅谈人机界面的安全分析

宋建伟

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

随着数字电路和计算机技术的发展，HMI的功能将越来越丰富，信息化、数字化、网络化的人机界面将越来越多的应用在现代控制系统中。这就要求无论从操控设备的人的角度出发，还是从被控制的设备系统出发，都需要在设计人机界面时考虑到系统安全、信息安全和人为因素。

人机界面；安全性；信息交互

1 引言

人机界面HMI是Human Machine Interface 的缩写，也叫“人机接口”。人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介， 它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。

2 人机界面安全分析的主要内容

2.1 人机界面安全性

多数人机界面产品的安全危害我们都是清楚的，例如表面漏电、电路短路、过热起火等。我们规定其产品的安全指标就是要把其可能预知的后果和可能造成的伤害控制在可以接受的水平上。

2.2 人机界面的可靠性

人机界面在设计条件和设计寿命下完成设计指标规定的功能的能力，就是人机界面的可靠性，一般来说产品可靠性还可以分为结构可靠和功能可靠。

2.3 人机界面的安全防护措施

安全防护措施在设计中必须具有以下要求：发生故障和失效时能有效及时隔离人机交互，停止机器运转并伴有报警；人机界面本身无污染，无有毒元素释放保障人身安全；视觉交互、听觉交互、触觉交互符合人体工程学要求，减少声光电以及辐射对人体的伤害和长时间工作时疲劳现象的产生。

人机界面安全分析最终的目的是实现任何机器的合理匹配，为了获得最好系统性能和安全性能除了对人机界面产品要有合理的标准外，操作者的素质也是非常重要的因素。我们还要求操作者能技术熟练、心里稳定、安全意识强和操作规范。

3 影响人机界面的安全性主要因素

人机界面是操作者和机电设备信息交换的接口，其安全性主要涉及人体特性、机器特性和环境因素的匹配协调，人机界面的安全分析包含了人体工程、系统工程、安全工程、计算机、心理学等多个学科的有机集成。

人作为人机系统的主要因素，他主要是通过视觉、听觉和触觉与机械系统进行人机交互的，其中视觉交互在人机系统中占据的比例比较大。这一过程主要通过视觉显示器来实现。

显示器的安全性主要体现在其功能是否完善，能否准确的显示信息。其具体的功能可以分为定量、定性、警告三种。在信息交互过程中定量的安全性主要是指显示器能将机器的运行过程中参数的变化真实的反应出来；定性的功能是能分析机器运行过程中的状态和变化趋势；而警告要对交互过程进行监控，对人进行明显的视觉刺激，提示突发状况，提示处理方法和报警源。

听觉交互是利用声音进行人机之间的信息交换，所以声音为此系统的载体，多数人机听觉交互都是单向的，是从机器到人的信息反馈过程，常见的交互方式有报警、语音提示和铃声等。听觉系统的安全性要按硬件和软件来分析。硬件的安全性主要指扬声器、声呐、电铃的发声装置，因为发声装置直接将声波传入人体，人进行刺激，所以其系统应符合人体工程，其信息在人体能接受和承受的范围以内。软件主要起到译码的过程，将声音编码并准确无误的展现出来。

人通过视觉和听觉可以从人机系统中获取信息，但是实现真正的交互还需要向机器发出指令，之一功能的实现一般靠控制器。控制器是将人的操控信号传递给机器，通过显示装置显示共同形成人机联系。控制装置的可靠性和安全性直接影响人机界面的系统安全。所以控制系统设计时要求能准确的、迅速的、安全的将人的指令发送给机器并实现操控。另外随着现代社会对人性化的要求人在操控设备时还更加追求舒适度，减少紧张和疲劳，因此控制器除了有操控机器的基本功能外还必须考虑到人的生理和心理因素，满足人的生理特点和心理习惯。

4 设计过程中保障人机界面安全的措施

好的人机界面应该是友好的、人性的和安全的，这要求设计人机界面时，设计者要有足够的经验和对人性化设计的追求。这里涉及到人体学，心理学，工程学等多个学科，下面我浅谈一下设计过程中的保障人机界面安全的注意事项。

1)生理安全。健康的姿势，合理的操作强度是人性化友好界面的一个标准，设计时需考虑显示器的界面，如亮度、清晰度、视觉疲劳等，还有包括控制位置、按键的强度舒适性等。

2)心理安全。对于一些频繁操作，注意力高度集中设备，如数控机床、监控设备、交通运输等机器往往会造成操作者心里紧张，负担过重，所以设计时尽量使界面柔和友好。

3)设备安全。人机界面表面可能伤人的角、棱等要充分考虑，电气安全也是重要的设计内容，强弱电分开，交直流分开，要有漏电保护和静电防护。

5 结束语

随着社会的发展对人机界面进行安全分析，越来越重视对人的因素的分析和认识，在工业生产中人的因素是变化的，相对于机器，在人机环境系统中仍然难以建立或难以完整地建立起人与机械、环境的合理关系。我们不能孤立的、简单的、分割看待机器和操作者。当今人们对人机进行的安全分析、设计和评价，都是受到其认识水平的局限和制约，这样的系统只能是在一定时间和条件下才是安全的，不可能有所谓的绝对安全，在人一机一环境系统中，安全分析是一个十分重要而又值得不断深入研究的项目。

[1]景国勋,张迪.于人机工程学的工业设备人机界面安全分析[J].中原工学院学报,2012(1).

[2]王炳实.机床电气控制[M].北京：机械工业出版社,2009（7）.

[3]刘伟.人机界面设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2011（5）.

宋建伟（1981-），男，汉，黑龙江五常，硕士研究生，讲师，研究方向：电机与电器