數控機床人機界面設計原則初探

??? 數控機床是現代制造技術的重要工具。本文從人機界面設計的概念及研究方向入手，充分考慮人的因素，對數控機床人機界面的設計原則進行了初步探討。

???? 數控機床是一種高科技的機電一體化產品，是由數控裝置、伺服驅動裝置、機床主體和其他輔助裝置構成的可編程的通用加工設備，它被廣泛應用在加工制造業的各個領域。與通用機床和專用機床相比，數控機床最適宜加工結構較復雜、精度要求高的零件，以及產品更新頻繁、生產周期要求短的多品種小批量零件的生產。當代的數控機床正朝著高速度、高精度化、智能化、多功能化、高可靠性的方向發展。數控機床的人機界面設計直接影響其工作效率和操作舒適性。因為良好的人機界面操作簡單、有效，且具有引導功能，使用戶感覺愉快、增強興趣，從而提高使用效率。

???? 人機界面（Human-Machine Interface）是人與機器進行交互的操作方式，即用戶與機器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入與輸出。應結合心理學、人機工程學、計算機語言學、藝術設計、智能人機界面、社會學與人類學等多學科知識對人機界面設計進行研究。其發展趨勢也向著更加人性化、高科技化的方向發展。

???? 有學者認為，人機界面設計可理解為廣義的人機界面設計和狹義的人機界面設計。狹義的人機界面是計算機系統中的人機界面，又稱人機接口、用戶界面，它是計算機科學與心理學、圖形藝術、認知科學和人機工程學的交叉研究領域，是人與計算機之間傳遞和交換信息的媒介，是計算機系統向用戶提供的綜合操作環境。從廣義的人機界面角度來講，它主要是研究人與機關系的合理性。人機界面中的“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能力都是重要的研究方向。人機界面中的“機”是指人所控制的一切對象的總稱，包括人操作和使用的一切產品和工程系統。設計滿足人的要求、符合人的特點的“機”， 是人機界面設計探討的重要問題。數控機床的人機界面可分為軟件人機界面和硬件人機界面。

???? 1、數控機床軟件界面設計原則

???? 軟件在數控機床中的作用非常重要，其用戶界面直接影響著數控機床的工作效率和效果。數控機床軟件界面的設計原則可歸納如下：

???? (1) 一致性原則。

???? 軟件人機界面的一致性原則主要是指在不同的系統之間及應用系統內部具有相似的界面外觀、布局、人機交互方式及信息顯示格式等。一致性原則有助于用戶學習機床的操作，并減少使用時的出錯率。

???? (2) 提供信息反饋。

???? 信息反饋是指機床對用戶的操作所作的反應，它可以表明用戶的操作是否為機床所接受、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。

???? 界面空間的布局應簡潔明了。設計師應根據對現實操作物的理解設計出能給用戶帶來方便的界面。例如數控鉆床CNC5000V200控制系統軟件的圖形界面中，有三個功能獨立的過程（PROCESS）：OPERATE，PROGRAM，CONTROL。每個過程分別服務于系統的操作者，程序員和監控者（SUPERVISOR）。每一個過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行提示操作，還能緩解操作者的視覺疲勞。所用顏色一般不超過3～5種。例如在數控鉆床CNC5000V200控制系統軟件的圖形界面中，高光表示被激活的過程（PROCESS），被激活的過程具有自己的色彩，并顯示為屏幕的前景，OPERATE對應綠色，PROGRAM對應深藍色，CONTROL對應淺藍色。圖形具有直觀、形象、信息量大等優點，在界面中使用圖形可增強操作的可理解性及易學易用性。

???? (5) 選擇適合的字型和大小。

???? 一個界面中，最好不要有太多的字型，更不宜選用字型太復雜或軟弱無力的字體，越簡潔清晰則辨識性越佳。例如，字符高寬比可取2∶1或1∶1， 以便清晰識別。

???? 2、數控機床硬件界面設計原則

???? 由于數控機床應用數字技術實現了對機床的執行運動順序和運動位移的直接控制，傳統機床的變速箱結構被取消或部分取消了，因而機械結構也大大簡化了。數控機床的硬件人機界面的設計原則可歸納如下：

???? (1) 機床外觀色彩的設計原則。機床固定安置，工作氣氛平靜，因此色彩不宜過于刺激與興奮，也不宜過于沉悶，應使操作者在工作時心情愉快。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，但應有適當的對比效果，一般采用裝飾色帶、面板色及警惕色與主體形成對比。對于大型機床設備，不宜采用太淺的顏色，如略帶中性灰的顏色可產生堅固有力及穩重的視覺感，同時可采用多色配置，避免整體色調較暗，達到既穩重又生動和諧的效果。有些機床形態，豎向長且有高聳、不穩定之感，為達到視覺上的穩定性，可用線條或色帶對床身進行橫向分割，利用分割錯覺調整視覺上的尺寸比例感覺，從而增加穩定感。

???? (2) 機床外觀尺度與比例的設計原則機床主要部件之間，以及它們與整個機床結構之間的尺度與比例，對機床造型設計來說是至關重要的。例如，在確定機床的基本尺寸時，運用了“黃金分割”的原則，機床的高度與長度之比為0.1618，使機床的輪廓更緊湊、機床各部件的尺寸關系更協調，增加了機床造型的美感。機床是以水平線作為整體布局的基準，各個部件之間均以水平線分割。水平線忌不整齊、無規則、無層次，要有嚴格的層次，要統一和協調，為機床增加精密感、規則感和穩定感。機床的垂直劃分線不多，在其襯托下使機床的水平劃分更加突出。垂直劃分線應簡明、規則、大方。此外，機床表面忌凹凸部位過多， 以防積存油污灰塵，不易清理。

???? (3) 機床工作臺面和控制面板的布置原則主工作臺面的高度應根據操作要求， 按立姿， 坐姿，坐/立姿的操作要求進行設計。工作臺面上，像手輪和搖把類的手動操縱器的設計，應根據功能和使用方式的不同，進行大小、形狀、類別及位置的設計。控制面板上的控制按鈕和顯示儀表，應按功能區進行劃分，同時滿足顯示-控制相合性的要求，其位置高度和布置排列應符合人機關系，使人方便操縱和觀察。例如，顯示儀表應盡量放置在人的水平視線向下0～30°的水平視野和人的垂直視野左右各15°的范圍內。控制面板上按鈕的顏色根據用途進行分類，例如，紅色表示危險、停止、禁止等，可用于車床的自動報警按鈕、停止按鈕等。綠色表示安全、正常、運行等，如機床的啟動按鈕就采用綠色。工作臺面上，位于操縱器上或側旁， 用文字或符號標明其功能的標號編碼， 宜用白色和黑色。

???? 參考文獻

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