基于安全人机工程学的atm机设计安全工程技术课程大学本科毕业论文

前言

ATM(Automatic Teller Machine)即自动柜员机,又叫自动取款机,它是计算机控制的持卡人自我服务型的一种现代化金融专用设备,是银行电子化的一个重要组成部分；它的推广使用,打破了银行营业时间的界限(ATM 24小时运行),突破了银行营业地点的限制,是银行业务的扩展和延伸大大降低了银行人力投入,有效提高了金融行业的效率和服务质量。据中国银联总裁2005年5月透露,我国已成为世界上银行卡数量最多的国家,全国银行卡总量已达8.27亿张,有ATM机10万多台,银行卡年交易额已达18万亿元；

随着我国社会主义市场经济的建立、银行电子化建设迅速发展、ATM自动取款机的数量不断增加和使用，ATM机在方便百姓生活，活跃金融市场等方面起到积极的作用。但正因为ATM机具有的自动取款功能和无人值守这一使用环境，使得利用ATM机犯罪的案件和纠纷不断增加。如何保证ATM机的安全运行，防范和降低银行与储户的风险，打击利用ATM机的犯罪保护银行与储户的利益是一个亟待解决的问题。本设计就本人对ATM的认识并结合安全人机工程学的原理与相关知识对ATM的设计原则、要求及一般方法进行简要的分析，对我校现有的ATM进行初步分析评价与设计，并应用人的视觉特性、安全色的使用原则等知识，对安全标志的设计进行进一步的研究与分析探讨，希以此造福人类，促进真正实现人类舒适、安全、高效、健康地生活。

第一章 ATM机简介

1.1 ATM的定义

ATM是Automatic Teller Machine 的缩写，意为自动柜员机。它是一种高度精密的机电一体化设备，利用磁卡或智能IC卡储存用户信息并通过加密键盘【EPP】输入密码然后通过银行内部网络验证并进行各种交易的金融自助设备。ATM的出现减轻了银行柜面人员的工作压力，更为人类提供了安全方便的金融服务体验。

1.2 ATM的构成

1.2.1 ATM的硬件系统

硬件系统由下半部分的保险箱和上半部分的电子柜构成主体框架，保险柜中包含现金处理模板—机芯，电子柜中包含PC、读卡器、流水打印机、凭条打印机、通信控制板或者输入输出【IO】控制板;机器外部为面板部分，面板部分都是按照人体工程原理设计，考虑了读卡口位置、键盘位置、闸门位置、显示器位置及其角度等。ATM的结构一般为如下所示

1.2.2 ATM的软件系统

软件系统：软件系统一般分3级，第一级为介质程序，是各个模板的底层驱动，第二级为动态库级，负责封装介质层程序并且向上给ATMC(ATM控制软件)提供接口，第三就是ATMC，它向下负责调度各个模块，向上负责和英航系统通信，完成整个服务控制过程。

1.3 ATM的主要功能

ATM的功能主要包括，现金取款、现金存款、余额查询、本行或异行转账、密码修改等基本功能，有些多功能ATM还提供诸如存折打印、对账单打印、支票存款、信封存款、缴费等一系列便捷式服务。

1.4 ATM机工作原理

1.4.1 ATM机的数据传输

见下图：

1.4.2 ATM机交易操作流程

客户将银行卡插入ATM机，磁卡读写器检查是该卡是否为合法的银行卡;核对后进入选择语言界面，选择自己所熟悉的语言;输入密码界面，客户输入密码，ATM机对密码进行验证，密码输入错误需从新输入;密码验证通过则进入功能选择界面，选择所需的服务，图2.7介绍了查询和取款的流程。选择项目进行相应操作时，ATM机都会将这些请求信息发送到主处理机上进行校验，以确定其可执行性，若主处理机对请求信息校验无误，则进行相应的账务处理并向ATM机发出响应信息，ATM机则根据主机的响应信息进行吐钞、转账、打印凭单、吐卡等处理

A TM交易流程

1.5 A TM的发展情况：

国外银行非常重视ATM，在美国平均100万人就拥有1100台，2500张银行卡就有1台ATM。ATM在银行支付方式中所占比例也越来越大，1998年，占交易比重的31﹪。每年不断上升。国内1987年引进首台ATM，是为了树立银行高科技、现代化的崭新形象，基本上处于闲置状态。上世纪90年代，银行竞争加剧，ATM开始快速发展，我国各大银行纷纷开始大规模投入使

用自动取款机，据统计：2005年北京市有ATM约3200台，平均6000人拥有1台；广州市2500台，平均2900人拥有1台。到目前为止，我国自动取款机的总数将近20万台。大部分银行都建立了自己的自动取款机系统，而规模最大的是工商银行和建设银行。使用人数也呈逐年递增趋势，但由于我国人口总量大，平均使用的自动取款机数量仍大大低于世界水平。自动取款机的生产厂商目前仍以外商为主，主要有西门子、NCR、IBM等，国内生产和运营商所占的市场份额偏小。

当前ATM设计也存在很多不足，其中ATM的外观设计不符合用户的消费心理，首先要有吸引力，其次要有尽可能简捷的操作和指示，要符合人体工程学。

第二章 ATM人机设计

现有的人机工程学理论主要包括系统、人机界面以及人的作业效能。系统是人机工程学中最重要的概念和思想。人机工程学的特点：它不是孤立地研究人、机、和环境，而是从系统的高度，将人、机、和环境看成一个相互作用的、相互依存的具有特定目标的系统[3]。

人机工程学研究的内容包括以下三方面内容:

（1）人因：主要包括人体生理心理人体测量及生物力学、人的可靠性。

（2）机因：主要包括显示器和控制器等物的设计。

（3）环境因素：主要包括采光、照明、尘土、噪声等对人身心产生的影响因素。

2.1认知心理学与人机界面设计

认知心理学与界面设计通常在进行人机界面设计时，设计者更多的是上来就考虑如何编程实现界面功能，而忽略了对用户认知特性的分析。事实上，了解并遵循人类认知规律是进行应用系统人机界面设计的基础，它对人机界面的设计有很强的指导意义。基于此,我们在现代展示方式的主题检索系统设计中，将从人类认知规律特性的角度出发，探讨如何运用人机工程学原理来指导应用系统的人机界面设计。

以认知心理学为基础理论体系，人机界面衍生出如下一些指导界面交互设计的基本原则。

（1）界面操作的一致性，界面操作的一致性通常表现在以下几个方面：

a.风格的一致性：例如色彩搭配、系统术语、图标与符号等；

b.控件的一致性：将控件根据操作习惯和交互需要进行分类组合；

c.操作的一致性：对于那些常用或重要功能，要保持操作方式的一致性，同时还要注意要符合用户的使用习惯。

（2）界面的总体布局，一个人机界面的屏幕布局要做到以用户为主，力求呈现给用户一个“简洁、友好、一致”的人机界面。

（3）界面色彩的使用，经过长时间的科学研究后发现，不同的色彩具有不同的感情特征，会对人造成不一样的影响。

我们界面设计的色调应该是统一的，协凋的。但是统一并不代表只能用一种颜色，我们可以通过调整明度、饱和度，小面积的使用对比色的方法丰富画面效果。

有认知心理学的指导，人机界面会在任务、信息的表达界面控制操作方面与用户熟悉的模式达到一致。

2.2 ATM人体尺度的确定

人体尺寸数据在设计中的应用关系到所设计产品的适用性，使用的舒适性，操作的准确性以及显示装置的可辨性、易读性和结构的宜人性，是一个非常重要而复杂的问题。ATM界

面设计涉及人体尺寸，所以其各装置尺寸的确定要依据是人体尺寸百分位数。GB/T12985一91标准中，依据产品使用者人体尺寸的设计上限值(最大值)和下限值(最小值)对产品尺寸设计进行了分类。产品尺寸设计的类型、等级与人体尺寸百分位数的关系下表。

表：人体尺寸百分位数的选择

ATM是为不具有专业知识的社会大众服务的自助服务设备，根据上表可知其属于I型产品尺寸设计的成年男女通用的一般工业产品。所以可选用男性的P95作为尺寸上限值的依据;女性的P5作为尺寸下限值的依据。此外不管是穿墙式ATM还是大堂式ATM都采用立姿操作，一般的测量数据是根据棵体或穿单薄内衣的条件下测得的，测量时不穿鞋或穿着纸拖鞋。而设计中所涉及的人体尺度应该是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽条件下的人体尺寸。因此：

(1)考虑有关人体尺寸时，必须给衣服、鞋、帽留下适当的余量，也就是在人体尺寸上增加适当的“着装修正量”，如由于鞋子高度站姿眼高应加36mm。

(2)在人体测量时要求躯干为挺直姿势，而人在正常作业时，躯干则为自然放松姿势，为此应考虑由于姿势不同而引起的变化量，即“操作姿势修正量”，如放松立姿下眼高应减10mm。

(3)还需考虑实现ATM不同操作功能所需的修正量，即“操作功能修正量”，如按键设计时上肢前展长要减12mm。

(4)另外，若要达到最佳功能尺寸还需考虑用户的“心理修正量”。

以下为用户ATM功能尺寸的计算公式:

最小功能尺寸二人体尺寸的分位数+功能修正量；

最佳功能尺寸=人体尺寸的分位数+功能修正量+自理修正量；

功能修正量=着装修正量+操作姿势修正量十操作功能修正量。

2.2.1所用人体尺度的数据及处理

全国男女身高数据表

（单位：mm）

男（18—25岁）女（18—25岁）

P1 P5 P10 P50 P90 P95 P99 P1 P5 P10 P50 P90 P95 P99 1554 1591 1611 1686 1764 1789 1830 1457 1494 1512 1580 1647 1667 1709

全国男女站立姿势尺寸

（单位：mm ）

运用人体测量学对用户进行统计分析,用其身体尺寸百分位数来表示身材;一般以第95百分位数(错误！未找到引用源。)作为大身材,以第5百分位数(错误！未找到引用源。)作为小身材,第50百分位数(错误！未找到引用源。)则为平均身高。根据全国人体的测量数据下表：选取其中四个变量（眼高、肩高、肘高、手功能高）进行数据处理： ①、均值 ②、方差

③、标准差

④、第a 百分位对应的人体测量尺寸

错误！未找到引用源。

其中K 值如下表：

∑

==n

i i

x n x 11()

??

? ??--=--=∑∑==n i i n

i i x n x n x x n s 122

21211112

/1122

11?????

???? ??--=∑=n i i D x n x n s

求各个百分数下的数据，如下表所示：

2.2.2人体立姿活动范围的确定

ATM界面设计必须要符合用户的视觉特性和立姿人体立姿尺度，下边着重分析立姿状态下操作时手的活动空间范围对ATM界面布局的影响。

用户站立操作ATM时，应有舒适的操作状态，各种操作装置应设置在人手的功能可及范围内，因此ATM界面设计时要考虑到在躯干不动的前提下，人手的空间活动范围。下图为人在站立时，躯干不动，手臂在正前方向的活动范围，大圆弧为手臂的最大能及范围，小圆弧表示前臂的正常活动范围，而阴影区表示最有利的活动范围。

图：人立姿时手活动范围

2.2.3视野范围的确定

在头部保持静止,而眼睛正常活动的状态下,在视野中,根据人眼对视觉信号的觉察效果的

优劣可分为3个区域:良好视区,有效视区和条件视区[4]。水平方向视区划分:左右各25°为良好视区;左25°到左50°和右25°到右50°为有效视区;其他区为条件视区;垂直方向视区划分:下0°到下30°为良好视区;上0°到上25°和下30°到下55°为有效视区;其他区为条件视区。具体划分如下图所示：

水平方向视区划分垂直方向视区划分

2.2.4 ATM具体尺寸的确定

通过以上测量计算，并根据ATM尺寸确定的规则，可以确定具体的ATM机设计数据：（mm）

a．取款机高度（不包括顶部的存钱柜）：1554

b．取款机宽度：780—830

c．显示屏幕上沿距地面高度：1300

d．显示屏幕上沿深度：182

e．显示屏幕与铅垂面的夹角：14．1度

分析：根据人体的最佳视野(直接视野和眼动视野)可知，人在水平线下30度上下15。25度的视线最佳，此角度满足人机需求。视线到屏幕的距离为182*cosl4．1=176．6，由于L屏幕的高度为225，根据据视角和视距的关系，当D／L>l时，看的清晰，所以设计合理。

f．显示屏幕下沿深度：110

分析：根据视野到屏幕的夹角14．4度以及操作屏幕上沿深度计算可知，视线到屏幕的距离为182*cosl4．1=176．6。人体P50的立姿眼高为(P50男+P50女)，2=1523。计算显示屏幕中间的深度为(182+1 10)／2=146，设计是合理的。

g．显示屏幕尺寸：295(长)*225(高)

h．出钞口距地面高度：820

分析：这属于大尺十设计，根据男子I'90立姿手功能+穿鞋修正量+姿势修正=787+25一10=802，根据上图。阴影部分是最佳范围，综合两图，在1018—1370之问。小圆圈的范围是人前臂活动的正常范围，在750—1370之间。也就是说，操作部分在此高度范围都是合理的。

i．键盘距地面高度：920

分析：在(平均立姿肘高一平均立姿手功能高)+姿势修正量+平均穿鞋修正量之间，计算得735～1004之间，所以设计合理。

j．屏幕两侧按钮尺寸：20*25

分析：按钮为10*10有圆角的方形，材料是优质不锈钢拉丝面板。

根据以上尺寸画取款机的简图如下：

取款机的正视图

取款机的侧视图

取款机的效果图

2.3屏幕的色彩设计

根据班级同学测量的的彩色分辨视野范围，可以知道人体的彩色视野范（主要是红、绿、蓝、黄色）如下图所示：

图：双眼色觉有效视区

(a)垂直方向；(b)水平方向

2.3.1色彩辨识

颜色本身就是一种辅助的信息形式，它可以引起用户注意并产生关联。在ATM界面设计时，为了达到最好的显示效果，避免造成用户视觉认识困难，显示器和控制面板上文字(字母或图形符号)色彩与背景要有一定对比度，并且应使用有限的颜色，在颜色的选择上必须符合交互需要和适应用户的心理认知规律，颜色的搭配上应尽量美观、协调并使用户容易集中注意力。如果选择了不适合的文字(字母或图形符号)色彩和背景色彩的组合，就会延长文字(字母或图形符号)的辨认时间，甚至产生差错。研究人员发现两种颜色匹配使用时，清晰度如下表。

文字颜色不适合用蓝色，字母和数字较适合用绿色、黄色、红色和深红色。但在实际应用中，由于颜色会受到人们主观喜好程度的影响，清晰度最高的黑一黄配色的识别效率并不是最高的[5]。因此在实际设计的过程中要综合考虑多方面的因素。

表：颜色的匹配及清晰度

2.3.2避免视觉干扰

视觉干扰指与刺激物无关的某方面引发的心理过程，干扰刺激物的相关方面的处理。主要按键操作区是ATM用户输入信息的最主要操作区域，也是用户接触最多最频繁的操作区域。在设计过程中要避免指示文字内容与文字颜色的意义相冲突，比如红色表示“停止”，绿色表示“确定”，黄色表示“修改”。在任务分析过程中，还发现辅助屏选按键经常由于与屏幕内提示文字“不对齐”，导致认知差异出现误操作。所以在布置辅助屏选按键时候必须要求按键与屏幕提示文字分别对齐，避免指示不明。

2.4按键设计

2.4.1按键排序设计

减少前摄干扰。前摄干扰指已存的记忆干扰当前操作。如：学习新语言时，试图把母语语法运用到新语言中，就会出现错误。在ATM自助系统使用过程中，发现误操作最多的是在主要按键操作。目前市面上ATM主要键盘数字部分有2种形式：升序式排列,降序式排列，见图4

此2种键盘数字排列方式差别容易被操作者忽略，由习惯性记忆为标准，导致操作过程效率下降或误操作。主要键盘设计时候应该更注重使用者日常记忆和习惯，通过一般使用者的调查，95%以上有使用手机的经历并经常使用。所以可以参照手机键盘设计的方式，采用升序式排列数字，更有助于用户的感知与操作。

2.4.2按键尺寸设计

AlTM上按键的尺寸应根据人手指端的尺寸和操作要求而定，太大可能引起操作费力，太小则可能导致误操作。一般来讲，操作Al，M按键时常用食指，按键形状多为方形和矩形。食指按压方形按键时，按键的边长为10一20mm为宜，食指按压矩形按键时，则矩形按键的边长以10mmx15mln、15mmx20mLm为宜。

2.5照明设计

人能感知到的光有两个来源，一个是热发光物体，如太阳、反光灯和火焰等;另一个是冷发光物体，如反射和夜光物体。照明光源主要采用点光源，包括热辐射光源(如白炽灯、卤钨灯等)和放电光源(如荧光灯、汞灯)两大类。照明光源通常要考虑光源的发光强度、发光效率和颜色三个要素。

为满足视觉工作和环境舒适性的需要，ATM光环境设计应遵循以下原则:

(l)照明的强度、均匀性和稳定性要适宜，使人的眼睛感觉舒适和视觉优良；

(2)避免光线直接照射眼睛，避免产生眩光；

(3)光照均匀，避免产生干扰阴影，但要保留必要的阴影，使密码键盘、出钞口、插卡口、凭条口有立体感便于识别；

(4)光源光色要合理，照明和色调相适宜，营造另用户满意的气氛。