數(shù)控機(jī)床人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則初探

    數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造技術(shù)的重要工具。本文從人機(jī)界面設(shè)計(jì)的概念及研究方向入手，充分考慮人的因素，對(duì)數(shù)控機(jī)床人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了初步探討。 

     數(shù)控機(jī)床是一種高科技的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是由數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置構(gòu)成的可編程的通用加工設(shè)備，它被廣泛應(yīng)用在加工制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。與通用機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床最適宜加工結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求高的零件，以及產(chǎn)品更新頻繁、生產(chǎn)周期要求短的多品種小批量零件的生產(chǎn)。當(dāng)代的數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度化、智能化、多功能化、高可靠性的方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的人機(jī)界面設(shè)計(jì)直接影響其工作效率和操作舒適性。因?yàn)榱己玫娜藱C(jī)界面操作簡(jiǎn)單、有效，且具有引導(dǎo)功能，使用戶(hù)感覺(jué)愉快、增強(qiáng)興趣，從而提高使用效率。

     人機(jī)界面（Human-Machine Interface）是人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式，即用戶(hù)與機(jī)器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入與輸出。應(yīng)結(jié)合心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言學(xué)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、智能人機(jī)界面、社會(huì)學(xué)與人類(lèi)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)對(duì)人機(jī)界面設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。其發(fā)展趨勢(shì)也向著更加人性化、高科技化的方向發(fā)展。

     有學(xué)者認(rèn)為，人機(jī)界面設(shè)計(jì)可理解為廣義的人機(jī)界面設(shè)計(jì)和狹義的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。狹義的人機(jī)界面是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的人機(jī)界面，又稱(chēng)人機(jī)接口、用戶(hù)界面，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)與心理學(xué)、圖形藝術(shù)、認(rèn)知科學(xué)和人機(jī)工程學(xué)的交叉研究領(lǐng)域，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞和交換信息的媒介，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向用戶(hù)提供的綜合操作環(huán)境。從廣義的人機(jī)界面角度來(lái)講，它主要是研究人與機(jī)關(guān)系的合理性。人機(jī)界面中的“人”是指作為工作主體的人，包括操作人員、決策人員等。人的生理特征、心理特征以及人的適應(yīng)能力都是重要的研究方向。人機(jī)界面中的“機(jī)”是指人所控制的一切對(duì)象的總稱(chēng)，包括人操作和使用的一切產(chǎn)品和工程系統(tǒng)。設(shè)計(jì)滿(mǎn)足人的要求、符合人的特點(diǎn)的“機(jī)”， 是人機(jī)界面設(shè)計(jì)探討的重要問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床的人機(jī)界面可分為軟件人機(jī)界面和硬件人機(jī)界面。

     1、數(shù)控機(jī)床軟件界面設(shè)計(jì)原則

     軟件在數(shù)控機(jī)床中的作用非常重要，其用戶(hù)界面直接影響著數(shù)控機(jī)床的工作效率和效果。數(shù)控機(jī)床軟件界面的設(shè)計(jì)原則可歸納如下：

     (1) 一致性原則。

     軟件人機(jī)界面的一致性原則主要是指在不同的系統(tǒng)之間及應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部具有相似的界面外觀(guān)、布局、人機(jī)交互方式及信息顯示格式等。一致性原則有助于用戶(hù)學(xué)習(xí)機(jī)床的操作，并減少使用時(shí)的出錯(cuò)率。

     (2) 提供信息反饋。

     信息反饋是指機(jī)床對(duì)用戶(hù)的操作所作的反應(yīng)，它可以表明用戶(hù)的操作是否為機(jī)床所接受、是否正確，以及操作的效果怎樣。反饋方式可以是文本、圖形和聲音等。

     (3) 保持界面空間布局的合理性。

     界面空間的布局應(yīng)簡(jiǎn)潔明了。設(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)對(duì)現(xiàn)實(shí)操作物的理解設(shè)計(jì)出能給用戶(hù)帶來(lái)方便的界面。例如數(shù)控鉆床CNC5000V200控制系統(tǒng)軟件的圖形界面中，有三個(gè)功能獨(dú)立的過(guò)程（PROCESS）：OPERATE，PROGRAM，CONTROL。每個(gè)過(guò)程分別服務(wù)于系統(tǒng)的操作者，程序員和監(jiān)控者（SUPERVISOR）。每一個(gè)過(guò)程都有自己的菜單行，在菜單行下的菜單是下拉菜單，具有自己的子菜單。子菜單可以被選擇，以進(jìn)行下一步的操作。

     (4) 合理利用顏色和圖形。

     界面上使用顏色可以更好地進(jìn)行提示操作，還能緩解操作者的視覺(jué)疲勞。所用顏色一般不超過(guò)3～5種。例如在數(shù)控鉆床CNC5000V200控制系統(tǒng)軟件的圖形界面中，高光表示被激活的過(guò)程（PROCESS），被激活的過(guò)程具有自己的色彩，并顯示為屏幕的前景，OPERATE對(duì)應(yīng)綠色，PROGRAM對(duì)應(yīng)深藍(lán)色，CONTROL對(duì)應(yīng)淺藍(lán)色。圖形具有直觀(guān)、形象、信息量大等優(yōu)點(diǎn)，在界面中使用圖形可增強(qiáng)操作的可理解性及易學(xué)易用性。

     (5) 選擇適合的字型和大小。

     一個(gè)界面中，最好不要有太多的字型，更不宜選用字型太復(fù)雜或軟弱無(wú)力的字體，越簡(jiǎn)潔清晰則辨識(shí)性越佳。例如，字符高寬比可取2∶1或1∶1， 以便清晰識(shí)別。

     2、數(shù)控機(jī)床硬件界面設(shè)計(jì)原則

     由于數(shù)控機(jī)床應(yīng)用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)床的執(zhí)行運(yùn)動(dòng)順序和運(yùn)動(dòng)位移的直接控制，傳統(tǒng)機(jī)床的變速箱結(jié)構(gòu)被取消或部分取消了，因而機(jī)械結(jié)構(gòu)也大大簡(jiǎn)化了。數(shù)控機(jī)床的硬件人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則可歸納如下：

     (1) 機(jī)床外觀(guān)色彩的設(shè)計(jì)原則。機(jī)床固定安置，工作氣氛平靜，因此色彩不宜過(guò)于刺激與興奮，也不宜過(guò)于沉悶，應(yīng)使操作者在工作時(shí)心情愉快。一般以純度低而明度高的顏色為宜，不宜大面積采用有刺激和興奮作用的色彩，但應(yīng)有適當(dāng)?shù)膶?duì)比效果，一般采用裝飾色帶、面板色及警惕色與主體形成對(duì)比。對(duì)于大型機(jī)床設(shè)備，不宜采用太淺的顏色，如略帶中性灰的顏色可產(chǎn)生堅(jiān)固有力及穩(wěn)重的視覺(jué)感，同時(shí)可采用多色配置，避免整體色調(diào)較暗，達(dá)到既穩(wěn)重又生動(dòng)和諧的效果。有些機(jī)床形態(tài)，豎向長(zhǎng)且有高聳、不穩(wěn)定之感，為達(dá)到視覺(jué)上的穩(wěn)定性，可用線(xiàn)條或色帶對(duì)床身進(jìn)行橫向分割，利用分割錯(cuò)覺(jué)調(diào)整視覺(jué)上的尺寸比例感覺(jué)，從而增加穩(wěn)定感。

     (2) 機(jī)床外觀(guān)尺度與比例的設(shè)計(jì)原則機(jī)床主要部件之間，以及它們與整個(gè)機(jī)床結(jié)構(gòu)之間的尺度與比例，對(duì)機(jī)床造型設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。例如，在確定機(jī)床的基本尺寸時(shí)，運(yùn)用了“黃金分割”的原則，機(jī)床的高度與長(zhǎng)度之比為0.1618，使機(jī)床的輪廓更緊湊、機(jī)床各部件的尺寸關(guān)系更協(xié)調(diào)，增加了機(jī)床造型的美感。機(jī)床是以水平線(xiàn)作為整體布局的基準(zhǔn)，各個(gè)部件之間均以水平線(xiàn)分割。水平線(xiàn)忌不整齊、無(wú)規(guī)則、無(wú)層次，要有嚴(yán)格的層次，要統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，為機(jī)床增加精密感、規(guī)則感和穩(wěn)定感。機(jī)床的垂直劃分線(xiàn)不多，在其襯托下使機(jī)床的水平劃分更加突出。垂直劃分線(xiàn)應(yīng)簡(jiǎn)明、規(guī)則、大方。此外，機(jī)床表面忌凹凸部位過(guò)多， 以防積存油污灰塵，不易清理。

     (3) 機(jī)床工作臺(tái)面和控制面板的布置原則主工作臺(tái)面的高度應(yīng)根據(jù)操作要求， 按立姿， 坐姿，坐/立姿的操作要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。工作臺(tái)面上，像手輪和搖把類(lèi)的手動(dòng)操縱器的設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)功能和使用方式的不同，進(jìn)行大小、形狀、類(lèi)別及位置的設(shè)計(jì)�？刂泼姘迳系目刂瓢粹o和顯示儀表，應(yīng)按功能區(qū)進(jìn)行劃分，同時(shí)滿(mǎn)足顯示-控制相合性的要求，其位置高度和布置排列應(yīng)符合人機(jī)關(guān)系，使人方便操縱和觀(guān)察。例如，顯示儀表應(yīng)盡量放置在人的水平視線(xiàn)向下0～30°的水平視野和人的垂直視野左右各15°的范圍內(nèi)。控制面板上按鈕的顏色根據(jù)用途進(jìn)行分類(lèi)，例如，紅色表示危險(xiǎn)、停止、禁止等，可用于車(chē)床的自動(dòng)報(bào)警按鈕、停止按鈕等。綠色表示安全、正常、運(yùn)行等，如機(jī)床的啟動(dòng)按鈕就采用綠色。工作臺(tái)面上，位于操縱器上或側(cè)旁， 用文字或符號(hào)標(biāo)明其功能的標(biāo)號(hào)編碼， 宜用白色和黑色。

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