數(shù)控機床人機界面設計原則
數(shù)控機床是現(xiàn)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(shù)控機床人機界面的設計原則進行了初步探討。
數(shù)控機床是一種高科技的機電一體化產(chǎn)品，是由數(shù)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(yè)的各個領域。與通用機床和專用機床相比，數(shù)控機床最適宜加工結構較復雜、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)。當代的數(shù)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(fā)展。數(shù)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(fā)展趨勢也向著更加人性化、高科技化的方向發(fā)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(tǒng)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(tǒng)向用戶提供的綜合操作環(huán)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(chǎn)品和工程系統(tǒng)。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(shù)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(shù)控機床軟件界面設計原則
軟件在數(shù)控機床中的作用非常重要，其用戶界面直接影響著數(shù)控機床的工作效率和效果。數(shù)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(tǒng)之間及應用系統(tǒng)內(nèi)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(jù)對現(xiàn)實操作物的理解設計出能給用戶帶來方便的界面。例如數(shù)控鉆床CNC5000V200控制系統(tǒng)軟件的圖形界面中，有三個功能獨立的過程（PROCESS）：OPERATE，PROGRAM，CONTROL。每個過程分別服務于系統(tǒng)的操作者，程序員和監(jiān)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(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(yōu)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(shù)控機床硬件界面設計原則
由于數(shù)控機床應用數(shù)字技術實現(xiàn)了對機床的執(zhí)行運動順序和運動位移的直接控制，傳統(tǒng)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(shù)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?shù)膶Ρ刃Ч话悴捎醚b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(chǎn)生堅固有力及穩(wěn)重的視覺感，同時可采用多色配置，避免整體色調(diào)較暗，達到既穩(wěn)重又生動和諧的效果。有些機床形態(tài)，豎向長且有高聳、不穩(wěn)定之感，為達到視覺上的穩(wěn)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(diào)整視覺上的尺寸比例感覺，從而增加穩(wěn)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(xié)調(diào)，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(guī)則、無層次，要有嚴格的層次，要統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，為機床增加精密感、規(guī)則感和穩(wěn)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(guī)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(jù)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(jù)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(qū)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(nèi)。控制面板上按鈕的顏色根據(jù)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。
數(shù)控機床是一種高科技的機電一體化產(chǎn)品，是由數(shù)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(yè)的各個領域。與通用機床和專用機床相比，數(shù)控機床最適宜加工結構較復雜、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)。當代的數(shù)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(fā)展。數(shù)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(fā)展趨勢也向著更加人性化、高科技化的方向發(fā)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(tǒng)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(tǒng)向用戶提供的綜合操作環(huán)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(chǎn)品和工程系統(tǒng)。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(shù)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(shù)控機床軟件界面設計原則
軟件在數(shù)控機床中的作用非常重要，其用戶界面直接影響著數(shù)控機床的工作效率和效果。數(shù)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(tǒng)之間及應用系統(tǒng)內(nèi)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(jù)對現(xiàn)實操作物的理解設計出能給用戶帶來方便的界面。例如數(shù)控鉆床CNC5000V200控制系統(tǒng)軟件的圖形界面中，有三個功能獨立的過程（PROCESS）：OPERATE，PROGRAM，CONTROL。每個過程分別服務于系統(tǒng)的操作者，程序員和監(jiān)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(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(yōu)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(shù)控機床硬件界面設計原則
由于數(shù)控機床應用數(shù)字技術實現(xiàn)了對機床的執(zhí)行運動順序和運動位移的直接控制，傳統(tǒng)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(shù)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?shù)膶Ρ刃Ч话悴捎醚b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(chǎn)生堅固有力及穩(wěn)重的視覺感，同時可采用多色配置，避免整體色調(diào)較暗，達到既穩(wěn)重又生動和諧的效果。有些機床形態(tài)，豎向長且有高聳、不穩(wěn)定之感，為達到視覺上的穩(wěn)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(diào)整視覺上的尺寸比例感覺，從而增加穩(wěn)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(xié)調(diào)，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(guī)則、無層次，要有嚴格的層次，要統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，為機床增加精密感、規(guī)則感和穩(wěn)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(guī)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(jù)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(jù)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(qū)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(nèi)。控制面板上按鈕的顏色根據(jù)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。
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