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。由于人機界面設計中個元部件幾何未知的布置非常重要。所以優(yōu)化設計機械系統(tǒng)人機界面至關重要。

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)濟上的可行性，技術上的可能性，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。為了適應這些情況，就要求對人的因素予以限制和訓練，盡量發(fā)揮人的因素有一定可塑性的特點，讓人去適應機器的要求，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備外，還應該包括操作規(guī)程，維護手冊的等。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)人機界面構成要素

    機械系統(tǒng)人機界面設計包含多重因素。根據(jù)人機工程學得基本原理和機械系統(tǒng)人機界面設計原則，借鑒一般機械系統(tǒng)人機界面的特點和設計要求，可以認為機械系統(tǒng)人機界面的構成要素主要包括，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根據(jù)實際情況把系統(tǒng)的操作看作一個整體，同時也應注意為操作人員創(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行加工、解釋，轉(zhuǎn)化為實際狀態(tài)的信息，并把它與預期的結果進行比較、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的信息。顯示器一般可分為視覺、聽覺、觸覺和嗅覺等顯示器。控制器：控制器是人機界面中另一個重要組成部分，其功能是將人的有關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

    人機工程學的研究廣泛采用了人體科學和生命科學等相關科學的研究方法及手段，也采取了系統(tǒng)工程、控制理論、統(tǒng)計學等其它學科的一些研究方法，而且本學科的研究也建立了一些獨特的新方法，以探討人、機、環(huán)境要素間復雜的關系問題。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：進行模型實驗或用計算機進行模擬實驗：運用數(shù)字和統(tǒng)計學的方法找出各變數(shù)之間的相互關系，以便從中得出正確的結論或發(fā)展成有關理論。

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

    模擬和模型實驗法：由于機器系統(tǒng)一般比較復雜，因而在進行人機系統(tǒng)研究時常采用模擬的方法。模擬方法包括各種技術和裝置的模擬，如操作訓練模擬器、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)學模型進行仿真性實驗研究，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)濟計劃、工程設計、生產(chǎn)管理、交通運輸?shù)确矫娴玫搅藦V泛應用，成為一門十分活躍的學科。將優(yōu)化設計理論和方法應用于機械產(chǎn)品結構設計的范疇來說，大致可分為結構參數(shù)優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓撲優(yōu)化。產(chǎn)品設計首先要解決的是參數(shù)優(yōu)化，也是最早引入機械設計中的內(nèi)容之一 。通過尋找最佳參數(shù)可以直接得到好的設計，它是在已定結構方案、零部件結構形狀和選擇材料下完成參數(shù)設計的優(yōu)化。形狀優(yōu)化是在結構類型、材料和布局已定條件下，對結構幾何形狀進行優(yōu)化，包括二維和三維的形狀優(yōu)化及與形狀有關的參數(shù)優(yōu)化，這是優(yōu)化設計的深化。而拓撲優(yōu)化是對結構中的構件布局和節(jié)點的聯(lián)接關系進行優(yōu)化，即在外部設計要求下首先要從結構方案、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)新的概念設計。從目前研究和應用的成熟程度來看，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、動作負荷分析法、頻率分析法、危象分析法和相關分析法。

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