UI 設計在礦用磨機工業設計中的研究及應用

王靜婕，孫 薛，程 波，劉 秀，胡雅晴，楊柳松

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

工 業設計主要研究產品的實用、美感與環境，強調技術與藝術的結合。隨著人機工程學的加入，工業設計已從純形式的審美設計發展成為方式設計和產品文化設計[1]。人機工程學主要研究人-機-環境相互之間的關系、作用和影響。工業設計師作為人機工程學的應用者，推動了這一獨立的學科在工業設計發展過程中的廣泛應用。在研究產品性能的基礎上，人機工程學的應用讓工業設計師通過合理的造型手段，使產品具備時代特性，符合產品性能和協調環境的形態，使人們得到美的享受。通過對產品的合理性規劃，讓人們能更方便地使用產品，使其更好地發揮效力，為人類創造一種更為合理的生活方式和形態，從而達到人-機-環境相互和諧的創造性活動[2]。

工業設計研究的人機系統主要為人機交互和人機界面。在人機的相互作用中信息的交互最為重要。信息的交互是以人機界面為渠道，信息的輸入、輸出是通過界面進行轉換和傳遞。界面既包括硬件界面，即傳統意義上為人們的身體及四肢服務的界面，如儀表、信號燈、物理按鍵、把手、手柄等，也包括軟件界面，即互聯網日趨發達的當今時代，在顯示器上出現的一切界面，如網頁、車載設備、智能硬件、APP 等[3]。在軟件界面的設計過程中，UI 設計是其視覺傳達的一部分，其中圖形化或可視化部分都是由 UI 設計完成的。筆者所研究的對象便是工業設計人機系統軟件界面中的 UI 設計，也就是用戶界面設計。UI 設計主要以視覺化的方式呈現，其設計過程中不但要考慮配色、字體、排版布局、按鍵形狀、視覺風格等，更需要研究如何根據人的因素進行界面設計，使界面控制系統與人的感官特性相匹配，達到人、機、環境三者交互的最佳狀態。

隨著礦山機械行業工業設計的發展，UI 設計正逐步進入人機交互系統控制界面 (以下簡稱“人機交互界面”) 的設計中。傳統軟件界面的設計需要產品經理提出用戶需求、UI 設計做出形象規劃、研發工程完成后臺搭建。而目前國內礦山機械類產品的人機交互界面設計存在界面布局繁瑣、色彩雜亂、層次結構不清晰等問題，造成人機交互不暢。導致該問題的主要原因是由于目前該類人機交互界面的設計者大多為研發工程師，偏重功能的實現，缺乏對 UI 設計 (規劃布局及視覺傳達) 的正確理解。若要改變此現狀，需要研發工程師與 UI 設計師相互配合。先由 UI 設計師負責可視化部分，包括界面規劃、界面風格、動效設計、圖標設計、控件元素、視覺設計規范等，最后由工程師完成 UI 設計師所作出的可視化部分與后臺控制系統的搭建。筆者針對中信重工機械股份有限公司 (以下簡稱“中信重工”) 所生產的礦用磨機人機交互界面所存在的一系列問題進行 UI 設計研究。

在研究國外礦山機械行業產品人機交互界面的基礎上，中信重工近些年對礦用磨機人機交互界面從布局、層次結構、企業品牌等方面進行了逐步改進。筆者通過研究傳統 UI 設計網頁、車載設備、智能硬件、APP，從使用環境、色彩心理、人機工程、品牌塑造等方面出發，結合礦山機械行業產品人機交互界面現狀，進行人機交互界面的 UI 設計，完成中信重工礦用磨機人機交互界面的統一形象策劃，并形成品牌，打造出特色鮮明、識別度高、美觀大方的礦用磨機人機交互界面，并進一步提升了產品競爭力[4]。

1 UI 設計原則

1.1 簡單

優秀的用戶界面是簡潔的。簡單直接的頁面邏輯和直觀必要的元素可帶給用戶好的體驗。

1.2 清晰

清晰是所有用戶界面都具備的基本屬性。用戶界面存在的目的是讓用戶能夠便捷地與系統進行交互，并清晰地進行溝通。設計過程中要保證按鈕和操作的文字指向性明確，保持清晰的信息傳遞，讓用戶能夠快速弄明白交互的指向性。

1.3 一致

一致的設計能夠讓用戶對界面模式更快認知、熟悉，并在此基礎上快速適應整體的體驗。在整個 UI 設計中保持一致的語言、布局和設計規律，謹慎調節位置、布局，保證要素之間的視覺交互整齊、對稱、呼應，使整個用戶體驗更加順暢。

1.4 層次

層次結構是按項目的重要性或權重在屏幕上進行順序排列。視覺上更具分量的元素易引起用戶的注意。因此，在進行界面設計時，衡量設計布局成為重要的步驟：①在設計內容與元素之間建立視覺上的聯系；② 為每個設計元素添加不同的視覺權重；③最終創造出平衡的視覺層次，引導用戶的視線。

2 人機交互系統設計

人機交互界面是用戶與產品之間的媒介，人機交互界面的 UI 設計需要與產品設計本身相結合，其通過界面中感性的設計元素詮釋產品的設計內涵；通過刺激用戶的感官達到刺激消費的目的；通過獨特的 UI 設計創造獨特的用戶感受，從而樹立牢固的品牌形象。中信重工礦用磨機啟動界面如圖 1 所示。

圖1 中信重工礦用磨機啟動界面Fig.1 Starting interface of mine-used mill produced by CITIC Heavy Industries

磨機人機交互界面的 UI 設計工作主要從以下幾方面進行。

2.1 環境與尺寸

由于礦山機械行業的特殊性，磨機人機交互界面的設計過程中還需考慮其使用環境對人們心理的影響，使用環境包括界面的色彩、亮度和對比度等因素。人機交互界面的背景越亮，對人眼的刺激越大，越不利于眼睛的精準聚焦。無論在廠房嘈雜的環境 (工人工作心理易產生煩躁感)，還是在中控室安靜的環境中 (技術人員長時間注視顯示屏幕易產生疲勞感)，都需要冷色系界面使用戶在操作過程中時刻保持冷靜，降低誤判的概率。

礦山機械類產品用戶操作界面的顯示方式分為中控室電腦顯示屏和廠房電控箱觸摸屏 2 種。目前市場中所使用電腦顯示屏多為 29 英寸，分辨率為 1 920× 1 080；電控箱觸摸屏大多為 10、12、15 英寸，分辨率為 1 280×800。設計者首先應確定使用環境，再決定顯示字符的大小、顏色和權重等。

2.2 品牌與色彩

索尼公司前總裁盛田昭夫曾說過，我們相信今后的競爭對手將會擁有和我們相同的技術、類似的產品性能乃至價格，而唯有設計才能使我們區別于競爭對手。市場發展造就了工業設計，工業設計增強了企業競爭。視覺呈現的結果是人們最易接受信息的形式。UI 設計作為工業設計中極為重要的一部分，通過其形象的表現形式，能更直接地塑造、提升企業品牌形象，凸顯品牌獨特性。優秀的 UI 設計在人機交互界面中能起到指引和推動的作用，能與用戶之間產生最直接的互動，并使其快速掌握產品實時狀態，拉近用戶與產品之間的距離，為企業創造價值。

一代磨機人機交互界面整體明暗對比度較強，對操作人員眼部刺激較大。二代磨機人機交互界面雖然在一代界面的基礎上優化后，品牌凸顯、分區布局、色彩搭配等方面都有所改進，但長期面對淺色背景的操作系統，會造成操作人員視覺疲勞，從而導致操作失誤概率的提高。

考慮色彩以及明度對使用者視覺神經的影響以及色彩搭配平衡原則，摒棄了一代、二代人機交互界面存在的問題，結合兩者的優點，將三代人機交互界面整體色調定為藍色系。藍色中加入黑色或白色形成明度變化，再加入藍色的對比色或互補色形成彩度變化，最終達到豐富又統一的色彩層次感。中信重工礦用磨機系統界面如圖 2 所示。

圖2 中信重礦用磨機系統界面Fig.2 Interface of mine-used mill system produced by CITIC Heavy Industries

(1) 控制系統背景色采用含一定比例紅 (藍的互補色) 的深藍色，深色背景可減小顯示器光線對人眼的刺激；

(2) 主體色彩采用含一定比例黃 (藍的對比色) 的藍綠色，藍綠色有令人鎮定、緩解緊張的作用，并且會起到降低眼壓、緩解視覺疲勞的作用，對人的視覺神經最為適宜；

(3) 標題類文字采用淺藍色，醒目但不突兀且對眼部刺激較小；

(4) 數據類文字采用白色，其背景框采用深藍色，局部明暗對比能突出重點；

(5) 按鍵采用帶有漸變效果的 75% 透明度的藍綠色與背景色透疊產生層次感；

(6) 指示性引導線采用淺藍色，醒目且指示性更強；

(7) 提示色采用帶有背光效果的淺藍色 (正常運行)、預警色采用帶有背光效果的紅色 (非正常運行)，既整體又醒目。

2.3 形式與布局

優秀的用戶界面設計可以利用清晰、統一的視覺層次和內容結構來引導用戶完成任務，并減少非必要的內容和元素，使用戶在界面上完成一項操作或獲取一項信息時，覺得易懂、易用，盡可能地使用戶與界面的交互簡單、高效。

首先，以中信重工礦用磨機系統界面為例，如圖 2 所示。一代、二代人機交互界面磨機系統界面同時顯示數據過多，布局繁雜，指示引導線不夠明確，用戶不易快速讀取可用數據。三代人機交互界面將界面數據根據磨機部件分為 5 個并行二級界面，可保證用戶在使用過程中能迅速有效地準確掌握數據，界面更具層次感。

其次，以中信重工礦用磨機潤滑系統界面為例，如圖 3 所示。二代人機交互界面設計時就已將界面數據根據磨機部件分為 3 個并行二級界面，但布局不具有延續性。三代人機交互界面延續一級界面磨機系統控鍵的布局方式，這種延續布局形式的主次分明，使用戶更易操作。潤滑站、泵的展現形式采用近年流行的扁平化風格，與界面整體風格更統一、更形象。

圖3 中信重工礦用磨機潤滑系統界面Fig.3 Interface of lubrication system of mine-used mill produced by CITIC Heavy Industries

再次，以中信重工礦用磨機趨勢圖、參數設定界面為例，如圖 4 所示。三代人機交互界面將整個界面分為控鍵欄與展示欄 2 部分，功能分區更明確，數據展示更清晰，用戶讀取更精準。

圖4 中信重工一、二、三代礦用磨機趨勢圖、參數設定界面Fig.4 Trend chart and parameter setting interface of mine-used mill produced by CITIC Heavy Industries

最后，三代磨機人機交互界面整體布局繼續沿用二代上下分欄 (系統標題欄、界面導示欄) 設計。從首頁到一級界面、二級界面，在視覺上達到整體的連貫性。按鍵形式設計為開放式邊框與封閉式邊框 2 種，形狀都為切角四邊形。其中開放式邊框按鍵只用于觸發，不彈出或切換界面；封閉式邊框按鍵可彈出界面或切換一級、二級界面。

3 結語

視覺呈現的結果是人們最易接受信息的形式，友好的人機交互界面為用戶營造舒適的操作環境。筆者從礦山機械類產品人機交互系統人機交互界面出發，以礦用磨機人機交互界面為例，研究 UI 設計在礦山機械類產品工業設計中的應用。從使用環境、人機界面、UI 設計原理、色彩心理學等方面著手，設計出有利于用戶操作的人機友好界面，并通過界面的視覺傳達手法提升企業品牌形象，對企業形象的構建具有重要意義。