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數控係統人機接口和用戶體驗設計

2021-10-19 來源：數控機床市場雜誌作者：蘭（lán）海軍屈昕蔡飛

一、前言

用戶體驗（yàn）（User Experience，簡稱UE/UX）是用（yòng）戶在使用產品過程中建立起來的、對產品功能和產品易用性的一種綜合感覺。近些年來，用戶體驗在（zài）人機交互（hù）技術發展過程中越來越受到重視，其關注度甚至比傳統的三大可用性指標（即效率，效益和基本主觀滿意度）的地位更重要。

交互設計（Interaction Design）是指人們在設計產品的過程中，遵循一定的方法（fǎ），以用（yòng）戶最終良好的使用體驗為目標（biāo），定義產品在特定場景下的反應方式的一種設計行為。交（jiāo）互設計起源於信（xìn）息科技（jì）中的網站設計和圖形設（shè）計，現在已經成長為（wéi）一個獨立的領域，在信息科技、人工智能（néng）、工業互聯網等各類產品中得到運（yùn）用。

二（èr）、數控係統的構成

數控係統一般包含多種硬件裝（zhuāng）置和控（kòng）製軟（ruǎn）件，控製（zhì）軟件運行於（yú）數控硬（yìng）件裝置之上（shàng），構成整（zhěng）套（tào）數控係統。硬件（jiàn）裝置由控製單元、伺服驅動放大器、PLC單（dān）元、UPS電源等（děng）部分構成。控製單元是機床數控係統（tǒng）的（de）主要部（bù）分，由微處（chù）理器、存儲器、輸入/輸出（I/O）接（jiē）口與通信（xìn）模塊、人機顯示界麵、操動按鈕（按鍵）等硬件電（diàn）路（lù）和特定（dìng）的數控軟件所構成。

數控裝置的（de）硬件人機接口主要包（bāo）括數（shù）控麵（miàn）板、各種線纜接口、PLC I/O單元和專用（yòng）外設（shè）接口以及用戶（hù）手持單元等，操作者在長年累月使用數控機床的過（guò）程中均是與這些接口部件打交道。

三、數（shù）控裝置接口設計

數控機床的交互對象是操作工人，在數控麵板的設計（jì）過程中需要緊（jǐn）緊圍繞操作員的（de）使用這一個環節來進行設計。表1是數控係統麵板設計中需要重（chóng）點考慮的因素：

3.1數控（kòng）顯示屏

顯示屏用（yòng）於實時顯示數控（kòng）機床的運行狀態（tài）和加工數據，是數控係統硬件人機（jī）接口中最重要的部件之一。可以（yǐ）將數控機床的顯示界麵分為（wéi）這樣兩個大的功（gōng）能區：狀態顯示區和功能菜單區，每個大區下（xià）麵再根據具體的內容細分為多個（gè）小的區域模（mó）塊。當顯示麵板豎直固定時，顯示屏的中心點高（gāo）度應小於（yú）或等於人站立時候的眼高。操作者目視水平線以上10°至（zhì）以（yǐ）下 30°的範圍為人體站姿最佳視野（yě），所以數控麵板的（de）主要顯示內容需要設置在本區域（yù）範圍內（nèi）。操作者視線以上 10°至視線以上25°的範圍為人體站姿次（cì）要顯示區域，各種警示燈、告警（jǐng）提示性內容要設計在（zài）這個區間範圍之內，操作人（rén）員在（zài）正常操作（zuò）數（shù）控麵板的過程中，通過餘光就可以及時（shí）、準確讀取警示燈所（suǒ）傳遞的（de）信息。

圖形具有直觀、形象、信息量大的特點，在顯示（shì）界麵合（hé）理使用，可增加數控係統的易學易（yì）用性。除此之外，數控界麵中的字體設計也有要求，字體形式應（yīng）保持一（yī）致，選用簡潔、清晰、識別性強的文字，避免（miǎn）視覺疲勞。數控係統內部多個功能（néng）版麵的風格、布局、人機（jī）交互方式和信息顯示格式（shì）應保持一致，有助於操作者在使用設備的過程中快速（sù）建立（lì）操（cāo）作習慣，固（gù）化操作流程，可大幅度提高操作實（shí）效性並減少出錯率。

3.2數控麵板

數控麵板上（shàng）有大量的物理按鍵和操作鈕，通常來說，按鍵（jiàn）的物理尺寸需要略大於人的手指端的麵積。根據（jù）實驗（yàn）數（shù）據顯示，按鍵最小尺寸長度為10 mm，較適宜尺寸（cùn）長度（dù）為 18 mm，最大尺寸長度為25 mm。

按鍵的分布應按照功能板塊進行區域排布，各功能區域間要在顏色上具有明顯的界限，用戶在操作麵板的過程（chéng）中（zhōng），可（kě）以根據功能板塊快速地搜索到目標按鍵。還應按照按（àn）鍵的常用程度（dù），將最頻繁使用的按鍵設置在板塊區域（yù）的邊緣，以方便操作（zuò）員快速定（dìng）位到該按鍵。

3.3數控輔件

按照（zhào）模塊化對數控係統的輔件進行（háng）設計，是（shì）當（dāng）下流行的技術趨勢。這種設計方（fāng）法的好處是，在設備出現故障時可以快速通過故障（zhàng）診斷確定故障源，以較低（dī）的成本代價更換或者維修損壞件，即可恢複機床的正常加工。對於經常插拔的總線類接口，需要按照人機（jī）工程學，對插（chā）拔力、卡緊力度以及卡座與機械結構之間的空間予以設計。在接口設計上還要考慮防呆設計，使（shǐ）工人在光（guāng）線（xiàn）不良（liáng）的（de）車間或機床鈑金罩內都能方便的進行使用。

對於手持單元類設備，在（zài）設計過程中就需要重（chóng）點考慮人體手掌的握持姿勢以及各個功能開關按鈕的使用便（biàn）利（lì）情況。為了便於握持（chí）和操控，手持單（dān）元上的按鈕開關不（bú）宜（yí）設計的過大，相反，要略小於數控麵板上的同類按鍵開關。這樣操作員在使用時，會在潛（qián）意識中使用更小的力量去操作，避免暴力使用，可（kě）以大幅度提高手持單元產品的使用壽命。該產品通常通過掛鉤和磁鐵懸掛於機床床身鈑金上，磁鐵的吸力需要設計在合理水平，磁吸力既不（bú）能過大造成手持單元吸附時對外殼的撞擊力太（tài）大，磁吸力也不能過小，容易造成（chéng）產品跌落損（sǔn）壞。

四（sì）、結束語

基於用戶體驗的人機交互設計理念在工業產品中的應用，將會賦予產品更高的附加價值，為用戶提供不僅僅是功能上的需求，更能滿足用戶使用上的心理需求。其設計理論與方法的研究與應用突出“以人為本”的理念和以用戶為中心的設計原則，有利於促進建立用戶對機電產品的良好（hǎo）印象（xiàng），提高產（chǎn）品（pǐn）的用戶體驗，對提升我國先（xiān）進製造裝備的（de）高品質設（shè）計不僅具有現（xiàn）實的經濟意義，從提（tí）升產品的（de）國際競爭力上來說更（gèng）具有長遠的（de）戰略意義。

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