维普资讯 http://www.cqvip.com 科ｌ技『论Ｉ坛 王剑 科 浅析数控机床人机界面的开发与设计 （大兴安岭呼中区呼中林场，黑龙江加格达奇１６５０３６） 摘要：数控机床是一种高科技的机电一体化产品，是由数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置构成的可编程的通用加工设备，它 被广泛应用在加工制造业的各个领域。数控机床的人机界面设计直接影响其工作效率和操作舒适性。因为良好的人机界面操作简单、有效，且具有 引导功能，使用户感觉愉快、增强兴趣，从而提高使用效率。从人机界面设计的概念及研究方向入手，充分考虑人的因素，对数控机床人杌界面的设 计原则进行了初步探讨。 关键词：数控机床；人机界面；设计；原则 装备工业的技术水平和现代化程度决定着 整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及 装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的智 能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种 经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样 生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就 是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技 术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。 当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高 制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能 力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将 数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅 采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业， 而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我 国实行封锁和。总之，大力发展以数控 技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达 国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的 重要途径。 １数控机床人机界面的基本含义 人机界面是人与机器进行交互的操作方 式，即用户与机器互相传递信息的媒介，其中包 括信息的输入与输出。应结合心理学、人机工程 学、计算机语言学、艺术设计、智能人机界面、社 会学与人类学等多学科知识对人机界面设计进 行研究。其发展趋势也向着更加人性化、高科技 化的方向发展。 人机界面设计可理解为广义的人机界面设 计和狭义的人机界面设计。狭义的人机界面是计 算机系统中的人机界面，又称人机接口、用户界 面，它是计算机科学与心理学、图形艺术、认知科 学和人机工程学的交叉研究领域，是人与计算机 之间传递和交换信息的媒介，是计算机系统向用 户提供的综合操作环境。从广义的人机界面角度 来讲，它主要是研究人与机关系的合理性。人机 界面中的“人”是指作为工作主体的人，包括操作 人员、决策人员等。人的生理特征、心理特征以及 人的适应能力都是重要的研究方向。人机界面中 的“机”是指人所控制的一切对象的总称，包括人 操作和使用的一切产品和工程系统。设计满足人 的要求、符合人的特点的“机”是人机界面设计探 讨的重要问题。数控机床的人机界面可分为软件 人机界面和硬件人机界面。 ２关于数控系统设计开发规范 开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适 应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施 战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统 规范（ｏｍａｅ、ｏｓａｅａ、ｏ ｃ１的研究和制定，世界三个 最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学 计划和规范的制定，预示了数控技术的—个新的 变革时期的来临。我国在２０００年也开始进行中 不超过３－５种。 ４．５选择适合的字型和大小 个界面中，最好不要有太多的字型，更不 ３关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。 宜选用字型太复杂或软弱无力的字体，越简洁清 数控技术诞生后的５Ｏ年问的信息交换都是基于 晰则辨识性越佳。例如，字符高宽比可取２：１或 ｉｓｏ６９８３标准，即采用ｇ，ＩＩ１代码描述如何（ｈｏｗ）￣Ｊ１］ １：１，以便清晰识别。 工，其本质特征是面向加工过程，显然，它已越来 ５数控机床硬件界面设计原则 由于数控机床应用数字技术实现了对机床 越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此， 国际上正在研究和制定一种新的ｅｎｅ系统标准 的执行运动顺序和运动位移的直接控制，传统机 ｉｓｏ１４６４９（ｓｔｅｐ－ｎｃ），其目的是提供一种不依赖于具 床的变速箱结构被取消或部分取消了，因而机械 体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期 结构也大大简化了。数控机床的硬件人机界面的 内的统—数据模型，从而实现整－￣－￣Ｊ造过程，乃至 设计原则可归纳如下： 各个工业领域产品信息的标准化。 ５．１机床外观色彩的设计原则 ｓｔｅｐ－ｎｅ的出现可能是数控技术领域的一次 机床固定安置，工作气氛平静，因此色彩不 ，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将 宜过于刺激与兴奋，也不宜过于沉闷，应使操作 产生深远的影响。首先，ｓｔｅｐ－ｎｅ提出一种崭新的 者在工作时心情愉快。一般以纯度低而明度高的 制造理念，传统的制造理念中，ｎｅ加工程序都集 颜色为宜，不宜大面积采用有刺激和兴奋作用的 中在单个计算机上。而在新标准下，ｎｅ程序可以 色彩，但应有适当的对比效果，一般采用装饰色 分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络 带、面板色及警惕色与主体形成对比。 化发展的方向。其次，ｓｔｅｐ—ｎｅ数控系统还可大大 ５．２机床外观尺度与比例的设计原则 机床主要部件之间以及它们与整个机床结 减少加工图纸（约７５％）、加工程序编制时间（约 ３５％）和加工时间（约５０％）。 构之间的尺度与比例，对机床造型设计来说是至 ４数控机床软件界面设计原则 关重要的。例如，在确定机床的基本尺寸时，运用 软件在数控机床中的作用非常重要，其用 了“黄金分割”的原则，机床的高度与长度之比为 户界面直接影响着数控机床的工作效率和效果。 ０．１６１８，使机床的轮廓更紧凑、机床各部件的尺 寸关系更协调，增加了机床造型的美感。机床是 数控机床软件界面的设计原则可归纳如下： ４．１一致性原则 以水平线作为整体布局的基准，各个部件之间均 软件人机界面的一致性原则主要是指在不 以水平线分割。水平线忌不整齐、无规则、无层 要有严格的层次，要统一和协调，为机床增加 同的系统之间及应用系统内部具有相似的界面 次，外观、布局、人机交互方式及信息显示格式等。一 精密感、规则感和稳定感。机床的垂直划分线不 致性原则有助于用户学习机床的操作，并减少使 多，在其衬托下使机床的水平划分更加突出。垂 用时的出错率。 直划分线应简明、规则、大方。此外，机床表面忌 ４．２提供信息反馈 凹凸部位过多，以防积存油污灰尘，不易清理。 ５－３机床工作台面和控制面板的布置原则 信息反馈是指机床对用户的操作所作的反 应，它可以表明用户的操作是否为机床所接受、 主工作台面的高度应根据操作要求，按立 是否正确以及操作的效果怎样。反馈方式可以是 姿、坐姿、坐，立姿的操作要求进行设计。工作台 文本、图形和声音等。 面上，像手轮和摇把类的手动操纵器的设计，应 ４－３保持界面空间布局的合理性 根据功能和使用方式的不同，进行大小、形状、类 界面空间的布局应简洁明了。设计师应根 别及位置的设计。控制面板上的控制按钮和显示 应按功能区进行划分，同时满足显示—控 据对现实操作物的理解设计出能给用户带来方 仪表，便的界面。例如数控钻床ｅｎｅ５ＯＯＯｖ２００控制系统 制相合性的要求，其位置高度和布置排列应符合 软件的图形界面中，有三个功能的过程 人机关系，使人方便操纵和观察。 （ｐｒｏｃｅｓｓ）：ｏｐｅｒａｔｅ，ｐｒｏｇｒａｍ，ｃｏｎｔｒｏｌｏ每个过程分 参考文献 别服务于系统的操作者，程序员和监控者（ｓｕｐｅｒ－ 【１】罗仕鉴，朱上上，孙守迁．人机界面设计【Ｍ】■ｂ ｖｉｓｏｒ）。每一个过程都有自己的菜单行，在菜单行 京：机械工业出版杜，２００２． 下的菜单是下拉菜单，具有自己的子菜单。子菜 【２】颜声远，许或青．人机工程与产品设计【Ｍ】．哈尔 单可以被选择，以进行下一步的操作。 滨：哈尔滨工程大学出版社，２００３． ４－４合理利用颜色和图形 界面上使用颜色可以更好地进行提示操 作，还能缓解操作者的视觉疲劳。所用颜色一般 一国的ｏｎｃ数控系统的规范框架的研究和制定。 责任编辑：杨帆 一３７—
