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數控係統人機接口和用戶體驗設計

2021-10-28 來源：- 作（zuò）者：蘭海軍屈昕蔡飛

一、前言

用戶體（tǐ）驗（User Experience，簡稱（chēng）UE/UX）是用戶在使用產品過程中（zhōng）建立（lì）起來的、對產品功能和產品易用性的一種（zhǒng）綜合感覺。近些年來，用戶體驗（yàn）在人機交互技術發展過程中越來越（yuè）受到重視，其關注度甚至比傳統（tǒng）的三大可用性指標（即（jí）效率，效益和基本主（zhǔ）觀滿意度）的地位更重要。

交互設（shè）計（Interaction Design）是指人們（men）在設計產品的過程中，遵循一定的（de）方法，以用戶最終良好的使用體驗為目標，定（dìng）義產品（pǐn）在特定場景下的反應方式的一種設計行為。交互設計起源於（yú）信（xìn）息（xī）科技中的網站設計和圖形設計，現在已經（jīng）成（chéng）長為一個（gè）獨立的領域（yù），在信息科技、人工智能、工業互聯網等（děng）各類產品中得到運用。

二、數控係統的構成

數控係統一般包含多種硬（yìng）件裝（zhuāng）置和控製（zhì）軟件（jiàn），控製軟件運行於數控硬件裝置之上，構成整套數控係統。硬件裝置由控製單元、伺服驅動放大器、PLC單元、UPS電（diàn）源等（děng）部分構成。控製單（dān）元是機床數控係統的主要部分，由（yóu）微處理器、存儲器、輸入/輸（shū）出（I/O）接口與通信模塊、人機顯示界麵、操動按鈕（按鍵）等硬件電路和（hé）特定的數控軟件所構成（chéng）。

數控裝置的硬件人機接口主（zhǔ）要包括數控麵板、各（gè）種線纜接口、PLC I/O單元和專用外設接口以及用戶手（shǒu）持單元等，操作者在長年累月使用（yòng）數控機床的過程中均是與這些（xiē）接口部件打交道（dào）。

三、數控裝置接（jiē）口設（shè）計（jì）

數控機床的交互對象是（shì）操作工人，在數控麵板的設計過程中需要緊緊圍繞操作員的使用這一個環節來進行（háng）設計。表1是數控係統麵板設計中需要（yào）重點考慮的（de）因素：

表1 影響用戶體驗的關鍵因（yīn）素

3.1數控（kòng）顯示屏

顯示屏用於實時顯（xiǎn）示數控機床的運行狀（zhuàng）態和加（jiā）工數據，是數控（kòng）係（xì）統硬（yìng）件人機接口（kǒu）中最重要的部件之（zhī）一。可以（yǐ）將數控機床的（de）顯示界麵分為（wéi）這樣兩個大的功能（néng）區（qū）：狀態顯示區和功能菜單區，每個大區下麵再根據具體的內容細（xì）分為多個小的區域模塊。當顯示麵板豎直固（gù）定時，顯示屏的中心點高度應小於或等於人站立時候的眼（yǎn）高。操作者目視水平線以上10°至（zhì）以下 30°的（de）範圍為人體站姿最佳視（shì）野，所以數控麵板（bǎn）的主要顯示內容（róng）需要（yào）設置在本區域範圍內。操作者視線以（yǐ）上 10°至視線以上25°的範圍為人體站姿次要顯示區域，各種警示燈、告警提示性內容要設計在這個區間範圍（wéi）之內，操作人員在正常操作（zuò）數（shù）控麵板的過程中，通過餘光就可以及時、準確讀取警示（shì）燈所傳遞（dì）的信息。

圖（tú）形具有（yǒu）直觀、形象、信息量大的特點，在顯示界麵合理使用，可增加數（shù）控係統（tǒng）的易學（xué）易用（yòng）性。除此之外，數控界（jiè）麵中的字體設計也（yě）有要求（qiú），字體形式應保持一（yī）致，選用簡潔、清晰、識別性強的（de）文字，避免（miǎn）視（shì）覺（jiào）疲勞。數控係統內部多個功能版麵的風格、布局（jú）、人機交互方式和信息顯示格（gé）式應保持一致，有助於操作者在使用設備的過程中快速建立操作習慣，固化操作流程，可大幅度提高操作實效性並減少（shǎo）出（chū）錯率。

3.2數（shù）控麵板

數控麵板上有大量的物理按鍵（jiàn）和操作鈕，通（tōng）常來（lái）說（shuō），按鍵的物理尺寸需要略大於人的手指端的麵積。根據實驗數據顯示，按鍵最小尺寸長度為10 mm，較適（shì）宜（yí）尺寸長度為 18 mm，最大尺（chǐ）寸長度（dù）為25 mm。

按（àn）鍵的（de）分布應按照功能板塊進行區域排布，各功能（néng）區（qū）域間要在顏色上具有（yǒu）明顯的界限，用戶在（zài）操作麵板的過程中，可以根據功能（néng）板塊（kuài）快速地搜索到目標按鍵（jiàn）。還應（yīng）按照按鍵的常用程度，將最頻繁使用（yòng）的按鍵設置在板塊區域的邊緣，以方便操作員快速定位到（dào）該按鍵。

3.3數控（kòng）輔件

按照模塊化對數控係統的輔件進行設計，是（shì）當下流行（háng）的技術趨勢（shì）。這種設（shè）計（jì）方法的好處是，在設備出（chū）現故障時可以快速通過故障診斷確定故障源，以較低的成本代價更換或者維修損壞（huài）件，即可恢複機（jī）床的正常加工。對於經常（cháng）插拔的（de）總線類接口，需要按照人機工程學，對插拔力、卡緊（jǐn）力度以及卡座與機械結構之間的空間予（yǔ）以設計。在接口設計上還要考慮防呆設計，使工人在光線不良（liáng）的車間（jiān）或機床鈑金罩（zhào）內都能方便的進行使用。

對於手（shǒu）持單元類設備，在設計（jì）過程中就（jiù）需要重點考慮人體手掌的握持姿勢以及各個功能開關按（àn）鈕的使用便利情況（kuàng）。為了便於握（wò）持和操控，手持（chí）單元上的按鈕開關不宜設計的過大，相（xiàng）反，要略小於數控麵（miàn）板（bǎn）上的同類按鍵開（kāi）關。這樣操作員在使用（yòng）時，會在潛意識中使用更小的力量去操（cāo）作，避免暴力使用，可以大幅度提高手持單元產品的使用壽（shòu）命。該產品通常（cháng）通過（guò）掛（guà）鉤和磁鐵懸掛於機床床身鈑（bǎn）金上，磁鐵的吸力需要設計在合理水平，磁吸力既不能過大造成手持（chí）單元吸附時對外殼的撞擊力（lì）太（tài）大，磁吸力也不能過小，容（róng）易造成產品跌落損壞。

四、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（gāo）的附加價值，為（wéi）用戶提供（gòng）不僅僅是功能上的需求，更能滿足用戶使（shǐ）用上的心理需求。其設計（jì）理論與方法的研究與應用（yòng）突出“以人為本”的理念和以用戶為（wéi）中（zhōng）心的設計原則，有利（lì）於促（cù）進建立用戶對機電產品的良好印象，提高產品的用戶體驗（yàn），對（duì）提升我國先進製造裝備的高品質設計不僅具（jù）有現實的經（jīng）濟意義，從提（tí）升產品的國際競爭力上來說更具有長遠的戰略意義（yì）。

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