小噸位履帶起重機操作界面視覺設計優化研究

陳冉，韓曉東

1.湖州職業技術學院藝術設計學院，浙江湖州，313000；2.浙江三一裝備有限公司，浙江湖州，313000

0 引言

隨著科技與社會的發展，機械裝備制造業將人工智能引入其中，裝備的高科技化、智能化、多功能化體現得越來越多，以往的操作系統需要進行更新迭代以適應飛速發展的設備科技以及時代特點。這不僅僅體現在內在的設備更新和技術升級，同時體現在外在的界面視覺設計優化和操控形式的更迭。視覺作為重要的感官系統承載了人們所能感受到的外界信息的80%，界面的視覺設計合理與否對于機械裝備操作精準度有著重要意義，因而，在機械裝備制造過程中對于界面視覺的設計優化尤為重視[1]。

對于小噸位履帶起重機來說，駕駛室是全車的核心，其中操作屏的界面視覺實時體現設備運轉狀況，同時在故障或危險情況下彈出報警框，發出報警信號。其設計得科學與否、便捷與否直接影響到作業效率和作業的安全可靠。目前的小噸位履帶起重機操作界面在視覺上還存在以下問題：①顯示屏視覺布局不合理，影響信息的視覺抓取速率；②主界面復雜，部分系統層級跳轉不合理；③圖標圖示風格不統一，功能提示不明顯。④操作界面在部分特殊環境下看不清。

針對以上問題，在對某企業小噸位履帶起重機操作界面進行設計時通過建立視覺設計規范，確定核心UI組件在不同狀態下的視覺形態；改版主界面，優化系統層級并對二級界面進行統一修改完善；對部分特殊界面進行視覺優化的形式來完成對操作界面視覺設計的優化。

1 建立視覺設計規范，確定核心UI組件

根據屏幕大小結合操作員的操作習慣和系統功能需求構建與之相呼應的視覺設計規范，確定核心視覺元素。

1.1 色彩規范

在履帶起重機的操作界面使用過程中，安全性需放在首位，因而，在界面視覺設計過程中色彩搭配應首先考慮對比度和層次感，此二者目的在于帶給操作人員準確、明晰的心理暗示從而防止誤觸提高操作準確性。同時需考慮操作環境，例如高溫環境、冰凍環境、黑夜環境、雨雪環境等，在主色彩選擇上首選明度較高的色彩以保證在各種環境下界面內容的高辨識度。在為某企業小噸位履帶起重機人機界面視覺設計時日夜間模式中心主配色分別選用了藍色和綠色、背景色選用了淺灰色和黑色來進行設計，輔助色多選用無色相的黑白灰，最大限度減少因為色彩帶給操作人員的視覺負擔[2]。

1.2 字體規范

在小噸位履帶起重機的操作界面使用過程中，由于受到顯示屏幕大小限制，在界面內容上常常呈現復合型和多任務性，一個界面上最多時承載了超過20組數據，如此眾多的數據在顯示時需要通過字體的大小、粗細以及動態變化來實現視覺的聚焦。在進行設計時首先需要考慮字形，通常選擇無襯線型字體，該字體筆畫勻稱、粗細對比均勻，同時字體需要去個性化以保證操作人員的視覺焦點關注數據本身，減少不必要的視覺干擾。大小根據屏幕分辨率進行分級設置，通常可以設置為三級，在為某企業小噸位履帶起重機人機界面視覺設計時顯示屏為1024x768，中文標準字體大小使用了38pt、30pt、24pt，再根據字體大小匹配合適的粗細衍生出輔助文字規范。

1.3 網格系統

約瑟夫·米勒-布洛克曼曾提出“通過網格系統來控制視覺元素的數量和組合，可以創造出一種緊湊的、清晰易懂的、整潔有序的設計，整潔有序的同時也增強了信息的可靠性”。在對某企業小噸位履帶起重機的操作界面設計時利用合理的網格布局將界面分為了五個部分：左側信息欄、中部車況動畫顯示區、頂部狀態顯示欄、右側車體信息區以及底部菜單欄。見圖1。信息劃分整潔有序，提高了信息提取速率。

1.4 核心UI組件

核心UI組件是小噸位履帶起重機界面視覺呈現的關鍵，也決定著觸摸屏操控系統能否達到操作預期，其組成包括圖標、按鈕、表單及控件等，具有獨立性、完整性和可自由組合的特征。在設計時所有元素和結構需要保持一致，由于系統組件數量多、分類多，因而可利用包括描邊、填色、投影、圓角、文本顯示顏色等設計元素進行各類別的區分設計。

在對某企業小噸位履帶起重機的操作界面設計時按鈕根據狀態分為正常、按下、報警三種，在設計時利用擬物化和色彩做出不同了凹凸效果用來區分；文本顯示框有強調文本框、數據選擇文本框、狀態選擇文本框以及切換選擇文本框，除強調文本框利用字體標紅來進行強調外，其他具有選擇功能的文本框均利用正反向配色顯示信息選擇狀態，分為選中及未選中[3]。

組件設計規范后可以使操作人員通過頁面元素變化來清晰地感知自己的操作，同時幫助構建簡潔、高效、直觀的操作流程，便于操作人員快速識別，減輕記憶負擔；界面語言清晰且表意明確，也便于操作人員快速理解并作出決策，從而提高工作效率。

2 改版主界面，優化系統層級及二級界面

2.1 主界面改版

在對某企業小噸位履帶起重機的操作界面進行優化時最大的問題是主界面冗余信息過多導致字體偏小，重要數據顯示不清晰，部分參數狀態提示不明顯等問題。修改后主界面主要有以下幾點優化：①經過重新調整布局，只保留必要的顯示參數，使得車況圖片清晰，重要變化參數加粗放大顯示，方便操作手觀察。②主機區域做變幅動畫展示，配合相關數據變化直觀清晰。③狀態指示區改為圖符可見性顯示，取消狀態指示燈，減少占用空間。④設計隱藏主界面，將原本顯示在主界面上的回轉區域限制、接地比壓和發動機信息等參數通過上拉按鈕，放置在上拉主界面當中，便于隨時輔助查看。⑤顯示器硬件增加感光元件，自動進行亮度調節，加入日夜間模式以適應各類工作環境。

2.2 優化系統層級及二級界面

已有研究表明，順暢地感知次序能夠積極影響大腦的信息編碼過程，通過對信息的時間維度和空間維度進行優化設計，使用者可以更高效地開展較為復雜的認知任務，快速且精確地獲取信息，進行分析、歸納、推理與決策。因而在對某企業小噸位履帶起重機的操作界面進行優化時，首先針對用戶對不同產品的功能使用頻次初步分類，按照權重劃分主要功能、次要功能，同時再對功能類型進行區分，劃定功能模塊，最后盡可能地簡化操作流程和步驟以保證每一個功能都有明確的操作序列并符合操作人員的操作邏輯。

通過整合將大部分的功能集中在主界面底部功能菜單欄中，方便操作員最快速地進行操作。主體層級框架設計三級層級：以主控操作為主的第一層級；以系統設置、輔助功能、信息查詢為核心功能的第二層級；以輔助功能及參數展示為主的第三層級。并在系統層級分級的基礎上規定各部件的大小和位置及顯示區域。由于系統操作復雜，在每個層級功能按鈕處都增加了對應語言文字標注，幫助識圖，減少學習成本。在對次級界面進行設計時以可用、易用為原則分級分類設計各種圖標以及各類控件樣式和不同操作下的作用形式。從整體出發進行統一風格下的多機型設計轉換，豐富和完善界面視覺設計的適用性[4]。

3 特殊功能界面視覺優化

對于小噸位履帶起重機的操作界面視覺設計優化還需要考慮到部分特殊功能頁面的處理，例如狀態顯示、系統報警頁面、限動條件信息提示頁面、自由落鉤狀態提示等。

主界面狀態指示區優化前以指示燈形式展示狀態，展示形式為狀態圖標加圓形虛擬指示燈，指示燈顏色變化指示其狀態變化，優化后取消狀態指示燈，改為圖符可見性顯示，減少占用空間，同時減少信息的冗余，視覺上更加友好、明晰。

系統報警頁面、限動條件信息提示頁面由于信息的重要性和警示性，在設計上采取了全屏浮框彈出的形式。此形式可最大限度減少底部信息干擾，讓重要信息得到應有的關注，同時在設計上采用列表式，內容文字簡明扼要，能有效傳達重要信息，便于操作人員在遇到問題時第一時間了解并解決。

自由落鉤狀態提示是在設備處于自由落鉤狀態或剎車自鎖狀態時彈出的，此設計模擬實體指示燈形式放大彈出提示，利用灰色、紅色、綠色模擬實體指示燈顏色展示自由落鉤目前狀態，擬物化的設計能讓操作人員立刻聯想到實體操作按鈕，減少學習成本，操作友好易用。

4 小噸位履帶起重機操作界面視覺設計優化要點

通過對某企業小噸位履帶起重機操作界面視覺設計優化過程的分析提出了小噸位履帶起重機操作界面的設計要點有：①視覺元素規范化；②界面布局合理化；③系統層級科學化；④操作方式人性化。

視覺元素規范化可以幫助建立統一的視覺規范，體現企業的品牌專業度，保證交互效果和視覺風格的一致性，大幅度提高用戶的體驗感。同時利用相同組件進行操作界面設計可以最大限度減少代碼和控件的冗余，方便后期開發工程師進行迭代以及日常維護。

界面布局合理化對同一個操作系統集成不同型號的機器操作內容具有重要意義，在對某企業小噸位履帶起重機操作界面視覺設計優化過程中10寸屏涉及約16個履帶起重機機型，每個機型操作重點不盡相同，但核心功能點基本一致，這就要求在布局時需要設計出一套能夠適配所有機型，并且能夠向上和向下兼容所有數據的界面視覺，合理的布局能夠最大化利用屏幕有限的空間，讓操作人員的視覺始終聚焦在需要重點觀測的動態車況數據，減少視覺的干擾，從而提升操作效率，減少安全事故。

系統層級科學化有利于建立以目標問題為導向的操作路徑，對于標準化操作流程的制定有很大幫助。同時嚴格的層級關系使得各層級功能點相對獨立，如此可以將復雜問題簡化使整個系統的靈活性更好，對于某個具體參數進行調試和更迭變得相對容易。最后，合理的系統層級便于操作人員建立操作邏輯體系，操作方式人性化體現在小噸位履帶起重機操作界面視覺設計優化的方方面面。例如使用高清10寸工業屏代替原有7寸屏，屏幕操作空間加大，模塊式、導航式的設計使得操作便捷度提升；菜單按鈕采用輕擬物化設計，利用投影高光等制造出按鈕凹凸效果，符合按鍵心理預期，更加人性化；部分原有物理指示燈集成在顯示屏中以3D虛擬指示燈的形式呈現，色彩造型與物理指示燈保持一致，減少學習成本，使操作人員更快上手等等[5]。

5 結語

通過對某企業小噸位履帶起重機操作界面視覺設計的優化研究可以發現，在目前智能化的大背景下，重型機械裝備制造更加注重對其操作界面的革新，其中的視覺優化也占有重要位置。對重型機械操作界面視覺進行優化不僅僅需要考量到企業訴求，更需要關注操作人員的操作習慣，在將新功能新技術融入其中的同時考慮到復雜信息數據的整合，最大限度利用關鍵視覺元素進行呈現，以期高效準確地傳遞車況信息、操作命令及提升操作準確度，減少操作失誤，為企業和用戶帶來最大的利益和回報。