摘要：闡述電子產品安全性設計的重要性，接著以人機交互接口設計為例，詳細論述幾點電子設備安全性設計的原則和方法，將這一設計思想應用到整個電子產品設計，將有益于提高產品質量。 關鍵詞：人機交互接口，安全性設計，電子產品 電子產品在中國市場一直表現出國產不如進口產品走俏，但從使用功能或價格上往往都是國內產品具有自身優勢，其最根本的原因是質量上遜色于進口產品。產品質量不僅是產品的性能，還包括可靠性和安全性。產品質量不佳其中一個原因是產品設計時缺少安全意識，另外國內市場的特點導致暴風開發模式，缺少驗證，快速推出新產品，實際上往往是欲速而不達。 欲提高國產電子產品的競爭力，必須從根本上提高產品的可靠性和安全性，可靠性和安全性是有所區分并相互聯系的，目前關于可靠性設計的資料比較多，也深入設計人員的設計思想，而安全性設計卻未得到普遍推廣。安全性是系統在可接受的最小事故損失條件下發揮其功能的一種品質，也定義為不發生事故的能力。對于產品開發，設計人員需要具備產品安全設計意識。這里的安全設計意識是指設計中考慮降低產品各種可能出現的安全隱患（不僅僅指對用戶造成的人身傷害，還包括系統的功能失效）。安全性設計涵蓋內容極廣，文本僅從用戶面板（人機交互接口）設計角度，說明幾點設計的安全意識。安全性設計往往是系統化思維和思想意識問題，希望通過人機交互設計思想為例，融會貫通，最終貫穿整個產品設計。 安全設計從產品設計初期就應該考慮，貫穿產品開發的整個開發周期，安全意識提高有助于提高產品質量，但是安全設計做到了，不代表產品質量就高，產品質量相關的其他因素不在文章講述范圍之內。 人機交互是以人為中心與機器信息交互的過程。人是有感知和認識的主體，用戶的認知模型如圖1所示。人的認知功能分為感覺，信息處理，決定和反應四項子功能，并且皆依賴于大腦記憶。人本身是一個復雜的模型，受操作環境，工作額度影響，還和自身的能力，經驗，情緒等很多因素相關，人機交互設計因而就變得非常復雜，設計中就應該盡量降低復雜度，降低不可預料因素造成的影響，使系統/設備盡可能在預知的安全狀況下運行。 用戶面板是接受用戶操作輸入和顯示輸出的人機交互接口，人機交互的重點是人與機器能準確方便地交流信息。用戶面板的輸入是隨機的，操作次序或組合可能是很多樣的，用戶操作可能是錯誤的，如何降低用戶操作的出錯幾率和如何降低誤操作帶來的風險就是人機交互系統安全性設計考慮的問題。 a） 首先，如何降低用戶操作的出錯幾率呢？ 考慮操作者姿勢帶來的疲勞，否則進入疲勞狀態就容易引起操作失誤，反應遲鈍。操作者需要有舒適的姿勢方便地進行人機交互。比如彎腰，探頭操作極易使得操作者疲勞。設計時還需要考慮操作按鈕和狀態指示的位置，控制面板的傾斜角度，是否可以允許坐姿操作，因為坐姿比站姿不容易產生疲勞。一句話概括就是符合人體工程學設計。 設備的功能布局模塊化，使人機界面更加合理，具有邏輯性。布局清晰，功能類似或安全等級相同的排列在一起。布局清晰使得操作按鈕一目了然，不易失誤。功能上類似的比如都是調節一些參數設定，操作上也方便并且由于這些同一類按鈕的間距較近，容易誤操作，即使誤操作相近的按鈕，也不會有大的影響。安全等級相同也是同樣道理，比如危險開關和常用按鈕最好分開足夠距離，位置也應放在特殊位置。比如急停開關在特殊位置，能確保緊急情況能快速斷電，正常操作時不會誤斷電。 狀態指示應清晰，正確。對于指示燈顯示狀態正常或異常的可以用兩種顏色顯示，比如正常時顯示綠色，警告或異常時顯示更為敏感的黃色或紅色。如果用指示燈亮滅表示正常/異常有不可避免的缺陷――如果指示燈滅還可能是發光器件損壞。開機自檢可以提高器件失效的可探測度，有一定彌補作用。如果是文字指示應避免文字過多，反而對操作者起不到及時提示作用，應注意精簡文字，對關鍵性文字或不同安全等級的文字附加閃爍或不同顏色加以強調，畢竟顏色信息敏感度優于文字信息。另外文字信息還需要考慮用戶的語種，而圖形信息可以避免這一問題，行業標準化圖標對于跨國產品就顯得尤為重要。 用戶操作盡量簡單易學，寧可讓機器多運行也應讓用戶少操作。機器多運行往往是軟件上的處理，當前的計算機技術高速發展速度以不成問題；而用戶操作步驟簡潔降低用戶操作的出錯幾率，減少用戶對系統的干預，降低了系統的故障率。 操作邏輯上也需要設計，比如按鈕步驟互鎖或連鎖，減少操作者可能的操作組合，避免無意義的操作。互鎖功能是系統在使用功能A時就禁止功能B，連鎖指功能B必須在使用功能A的前提下。這樣的設計可以保證用戶操作必須符合一定的規范，對于不規范的操作直接不予接受；這就減少了系統接受用戶輸入的組合，并且還有一個好處是產品測試驗證的操作用例也會減少。 b） 其次，加強對用戶操作的確認和增加提示，使得用戶意識到自己的操作錯誤。 高度的人機交互性需要系統對用戶的操作給出相應的響應和提示。系統進入不同狀態都應該從狀態上清晰地顯示出來，可以根據實際情況采用聲，光狀態指示，一方面操作者可以從狀態反饋得知當前的操作是否成功，另一方面操作者可以根據狀態指示指導下一步操作。比如家用電器中的消毒柜和微波爐在工作時的狀態指示燈和聲音提示給用戶一個良好的狀態反饋和安全警告。 如果系統有錯誤產生，不管是用戶操作錯誤引起還是環境引起的，給出相應的狀態指示可以幫助用戶及時糾正操作或處理錯誤，甚至需要暫停系統工作。良好的用戶接口設計，不僅需要系統具有檢錯或糾錯能力，而且在錯誤出現后應讓用戶清楚了解其錯誤的性質和來源，以便由用戶克服其錯誤，以免在異常狀態下引發更為嚴重的問題。我們可以從Windows系統的文件刪除操作來做例子，刪除文件需要確認刪除，并且先放到回收站而不是直接刪除，這些操作雖然很多情況都是添加了操作步驟，但是如果沒有這些安全措施，一個小孩隨機敲幾下鍵盤就可能將有用的資料從電腦上刪除。手機面板設計也是如此，刪除短信往往需要用戶確認。另外有的手機編輯短信時輸入編碼正常時相應按鍵“嘀”的一聲（設定按鍵有聲音的時候），錯誤長響“嘀 －”的一聲，這樣用戶可以清楚的判斷文字編碼輸入情況。只要有按鍵輸入（不管操作是否有誤）都有個聲音提示的另一個好處是，可以輕易探測按鍵是否失靈。 c） 最后，在用戶誤操作的情況下，如何降低危險的發生？ 還需要考慮操作者誤操作并且可能帶來危害的情況下，如何采取安全保護措施。前面提到幾點是從設計上降低用戶誤操作幾率，但無法保證用戶不誤操作。比如系統在工作狀態中有危險源，需用戶保持一定距離，就應該有禁止用戶接觸的功能，比如需要關上屏蔽罩才允許用戶操作等等。對于有輻射源，高電壓，大機械力的產品這點尤為重要。比如微波爐在工作時上鎖不讓用戶打開柜門，避免工作時用戶誤開門對人體輻射；X線機在放線時誤開門自動通過門開關切斷射線產生。工業切割機在進料切割動作時可以在面板上設計必須雙手按控制按鈕才執行切割動作，目的是防止對人體造成意外傷害。 還有一種方法是通過系統檢測功能使得風險降低，比如X線機的最長曝光時間限制，即使操作人員操作嚴重失誤，并且還沒意識到問題，系統已對風險做了處理，使病人在受線額度上做了限制。 還有其他的安全防護措施，根據實際應用場合考慮是否需要。比如面板上的童鎖功能，按下童鎖鍵后，其他按鍵輸入都暫時失效，除非解除童鎖，這在一些場合有效地降低誤操作。另一種措施是分辨用戶等級，給出相應的操作權限，比如管理人員由于專業技能高，操作權限最高，普通用戶只能進行簡單的操作，實現的辦法可能是密碼管理，通過輸入密碼獲得權限；也可以是硬件鎖，管理員通過專用的鑰匙提高操作權限。 設計產品初期就考慮不同類別的操作者，通過試驗，調查了解各種可能的操作情況和各種風險，再用相應的方法避免或降低風險，提高產品的可靠性和安全性，這樣的設計才可能是優質產品，當然采用的方案也需要考慮產品價格，以提高產品整體競爭力。 參考文獻 《安全管理學》吳穹，許開立 主編，北京：煤炭工業出版社 2002年7月 《嵌入式系統可靠性設計》李伯成 編著，北京：電子工業出版社 2006年1月 《可靠性工程》金偉婭，張康達 編著，北京：化學工業出版社 2005年5月