數控系統人機接口和用戶體驗設計
2021-10-28 來源：- 作者： 蘭海軍 屈昕 蔡飛
一、前言
用戶體驗（User Experience，簡稱UE/UX）是用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，用戶體驗在人機交互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，以用戶最終良好的使用體驗為目標，定義產品在特定場景下的反應方式的一種設計行為。交互設計起源于信息科技中的網站設計和圖形設計，現在已經成長為一個獨立的領域，在信息科技、人工智能、工業互聯網等各類產品中得到運用。
二、數控系統的構成
數控系統一般包含多種硬件裝置和控制軟件，控制軟件運行于數控硬件裝置之上，構成整套數控系統。硬件裝置由控制單元、伺服驅動放大器、PLC單元、UPS電源等部分構成。控制單元是機床數控系統的主要部分，由微處理器、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口與通信模塊、人機顯示界面、操動按鈕（按鍵）等硬件電路和特定的數控軟件所構成。
數控裝置的硬件人機接口主要包括數控面板、各種線纜接口、PLC I/O單元和專用外設接口以及用戶手持單元等，操作者在長年累月使用數控機床的過程中均是與這些接口部件打交道。
三、數控裝置接口設計
數控機床的交互對象是操作工人，在數控面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設計。表1是數控系統面板設計中需要重點考慮的因素：
表1 影響用戶體驗的關鍵因素
3.1數控顯示屏
顯示屏用于實時顯示數控機床的運行狀態和加工數據，是數控系統硬件人機接口中最重要的部件之一。可以將數控機床的顯示界面分為這樣兩個大的功能區：狀態顯示區和功能菜單區，每個大區下面再根據具體的內容細分為多個小的區域模塊。當顯示面板豎直固定時，顯示屏的中心點高度應小于或等于人站立時候的眼高。操作者目視水平線以上10°至 以下 30°的范圍為人體站姿最佳視野，所以數控面板的主要顯示內容需要設置在本區域范圍內。操作者視線以上 10°至視線以上25°的范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范圍之內， 操作人員在正常操作數控面板的過程中，通過余光就可以及時、準確讀取警示燈所傳遞的信息。
圖形具有直觀、形象、信息量大的特點，在顯示界面合理使用，可增加數控系統的易學易用性。除此之外，數控界面中的字體設計也有要求，字體形式應保持一致，選用簡潔、清晰、識別性強的文字，避免視覺疲勞。數控系統內部多個功能版面的風格、布局、人機交互方式和信息顯示格式應保持一致，有助于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并減少出錯率。
3.2數控面板
數控面板上有大量的物理按鍵和操作鈕，通常來說，按鍵的物理尺寸需要略大于人的手指端的面積。根據實驗數據顯示，按鍵最小尺寸長度為10 mm，較適宜尺寸長度為 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，用戶在操作面板的過程中，可以根據功能板塊快速地搜索到目標按鍵。還應按照按鍵的常用程度，將最頻繁使用的按鍵設置在板塊區域的邊緣，以方便操作員快速定位到該按鍵。
3.3數控輔件
按照模塊化對數控系統的輔件進行設計，是當下流行的技術趨勢。這種設計方法的好處是，在設備出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件，即可恢復機床的正常加工。對于經常插拔的總線類接口，需要按照人機工程學，對插拔力、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，使工人在光線不良的車間或機床鈑金罩內都能方便的進行使用。
對于手持單元類設備，在設計過程中就需要重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利情況。為了便于握持和操控，手持單元上的按鈕開關不宜設計的過大，相反，要略小于數控面板上的同類按鍵開關。這樣操作員在使用時，會在潛意識中使用更小的力量去操作，避免暴力使用，可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于機床床身鈑金上，磁鐵的吸力需要設計在合理水平，磁吸力既不能過大造成手持單元吸附時對外殼的撞擊力太大，磁吸力也不能過小，容易造成產品跌落損壞。
四、結束語
基于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，有利于促進建立用戶對機電產品的良好印象，提高產品的用戶體驗，對提升我國先進制造裝備的高品質設計不僅具有現實的經濟意義，從提升產品的國際競爭力上來說更具有長遠的戰略意義。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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