數控銑床系統人機界面設計原則淺析

朱濤 李爭艷

摘要：數控銑床系統是現代制造技術的重要工具，而良好的人機界面能夠提高數控銑床工作效率與操作性能。為此，本文對數控銑床系統人機界面的設計原則進行了淺析，從數控銑床人機界面分類、界面設計原則尤其是風格選擇、布局、文字與色彩使用幾個方面，以及界面的層次化結構設計幾個方面進行了研究，所得結果為數控銑床人機界面設計提供了參考與借鑒。

關鍵詞： 數控銑床；人機界面；設計原則

1. 數控銑床系統人機界面分類

人機界面主要用于完成人機交互處理，即在用戶的主導下利用各種交互設備完成數控系統的連接、工作模式選擇、調試運行管理和維修等工作。數控銑床系統人機界面包括程序控制界面、數據輸入界面和交互輸出界面三類。

1.1 程序控制界面

程序控制界面的作用是接收用戶命令，完成對數控系統運行的控制。

在設計時，需要有命令語言、菜單、窗口和直接控制等形式。設計菜單形式時，在顯示器的屏幕上提供一組可選的項目，使用者可以通過各種輸入設備進行選擇。窗口形式的界面需要同時顯示多進程、多任務的運行情況，在一個顯示屏幕上提供多個視域，各個視域可完成或顯示不同的內容。

1.2 數據輸入界面

數據輸入界面用于向數控系統提供數據輸入，在設計時，應為用戶提供數據輸入格式，提供缺省值，提供容錯和修改功能，并向用戶回送輸入結果。

數據輸入界面需要包括刀具參數設置、系統參數設置和數控加工程序編輯等子界面。

1.3 交互輸出界面

交互輸出界面的作用是組織數控系統的輸出，向用戶提供系統運行的信息。交互輸出信息應包括：響應信息、提示信息、運行信息、出錯信息、幫助信息。

2. 數控銑床人機界面設計原則

2.1界面風格選擇原則

考慮到大多數用戶對于標準Windows系統較熟悉，在界面設計中盡量兼容標準Windows界面的特征。位圖按鈕可在操作中實現高亮度、突起、凹陷等效果，使界面表現形式更靈活，同時可以方便用戶對控件的識別。界面里使用的對話框、編輯框、組合框等都選用Windows標準控件，對話框中的按鈕也使用標準按鈕。

2.2系統界面布局原則

數控銑床人機界面的布局設計應按照人因工程學的要求，實現簡潔、平衡和風格一致。

典型的界面分為3部分：標題菜單部分、圖形顯示區以及按鈕部分。根據一致性原則，保證屏幕上所有對象，如窗口、按鈕、萊單等風格的一致。各級按鈕的大小、凹凸效果和標注字體、字號都保持一致，按鈕的顏色和界面底色保持一致。

2.3文字的應用原則

界面設計中常用字體有中文的宋體、楷體，英文的扭鍆等，因為這些字體容易辨認、可讀性好考慮到一致性，數控銑床軟件界面所有的文本都選用中文宋體，文字的大小根據控件的尺寸選用了大小兩種字號，使顯示信息清晰并保證風格統一。

人體工程學要求界面的文本用語簡潔，盡量用肯定句和主動語態，英文詞語避免縮寫。數控銑床人機界面中應用的文本有兩類：標注文本和交互文本。標注文本是寫在按鈕等控件上，表示控件功能的文字，所以盡量使用了描述操作的動詞。交互文本是人與計算機以及計算機與總控制臺等系統交互信息所需要的文本，包括輸人文本和輸出文本。

交互文本使用的語句為了在簡潔的同時表達清晰，盡量采用用戶熟悉的句子和禮貌的表達方式如“請檢查交流電壓”、“系統警告裝置鎖定”。對于信｀息量大的情況，采用上下滾動而不用左右滾屏，因為這樣更符合人的操作習慣。

2.4界面設計色彩使用原則

人機界面設計中色彩的選擇也是非常重要的。人眼對顏色的反應比對文字的反應要快，所以不同的信息用顏色來區別比用文字區別的效果要好，不同色彩給人的生理和心理的感覺是不同的，所以色彩選擇是否合理也會對操作者的工作效率產生影響。

在特定的區域，不同顏色的使用效果是不同的。例如：前景顏色要鮮明一些使用戶容易識別，而背景顏色要暗淡一些以避免對眼睛的刺激。

使用顏色時應注意幾點：

（1）限制同時顯示的顏色數一般同一界面不宜超過4或5種，可用不同層次及形狀來配合顏色增加的變化。

（2）界面中活動對象顏色應鮮明，而非活動對象應暗淡，對象顏色應不同，前景色宜鮮艷一些，背景則應暗淡。中性顏色（如淺灰色）往往是最好的背景顏色，淺色具有跳到面前的傾向，而黑色則使人感到退到了背景之中。

（3）避免不兼容的顏色放在一起（如黃與藍，紅與綠等），除非作對比時用。

3. 界面的層次結構設計原則

選擇界面的概念取決于多個界面。可將界面設計為循環，如果運行大量界面，必須設計一個合理的結構體系來打開界面。設計時應選擇簡單而統一的層次結構以便用戶能夠快速了解如何打開界面。界面的層次結構設計原則如下：

3.1單一界面信息量簡潔

用戶一次處理的信息量是有限的，所以大量信息堆積在屏幕上會影響界面的友好性。為了在提供足夠的信息量的同時保證界面的簡明，在設計上采用了控件分級和分層的布置方式。分級是指把控件按功能劃分成多個組，每一組按照其邏輯關系細化成多個級別。

3.2借助分級思想

用一級按鈕控制二級按鈕的彈出和隱藏保證了界面的簡潔。分層是把不同級別的按鈕縱向展開在不同的區域，區域之間有明顯的分界線。在使用某個按鈕彈出下級按鈕的同時對其他同級的按鈕實現隱藏，使邏輯關系更清晰。

3.3三層結構

設計人機界面時一般采用3個層面組成。

層面1是總覽界面，該層面要包含不同系統部分在系統所顯示的信息，以及如何使這些系統部分協同工作。

層面2是過程界面，該層面包含指定過程部分的詳細信息，并顯示哪個設備對象屬于該過程部分，該層面還顯示了報警對應的設各對象。

層面3是詳細界面，該層面提供各個設備對象的信息，例如控制器、控制閥、控制電機等，并顯示消息、狀態和過程值。如果合適的話，還包含與其他設備對象工作有關的信息。

4. 參考文獻

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[2]周立功主編．ARM嵌入式系統基礎教程．北京航空航天人學出版社．2005年

[3]陳賾主編．ARM9嵌入式技術及Linux高級實踐教程．北京航空航天大學出版社．2005年