數(shù)控系統(tǒng)人機接口和用戶體驗設(shè)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(chǎn)品過程中建立起來的、對產(chǎn)品功能和產(chǎn)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(shù)發(fā)展過程中越來越受到重視，其關(guān)注度甚至比傳統(tǒng)的三大可用性指標(biāo)（即效率，效益和基本主觀滿意度）的地位更重要。
交互設(shè)計（Interaction Design）是指人們在設(shè)計產(chǎn)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(biāo)，定義產(chǎn)品在特定場景下的反應(yīng)方式的一種設(shè)計行為。交互設(shè)計起源于信息科技中的網(wǎng)站設(shè)計和圖形設(shè)計，現(xiàn)在已經(jīng)成長為一個獨立的領(lǐng)域，在信息科技、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等各類產(chǎn)品中得到運用。
二、數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成
數(shù)控系統(tǒng)一般包含多種硬件裝置和控制軟件，控制軟件運行于數(shù)控硬件裝置之上，構(gòu)成整套數(shù)控系統(tǒng)。硬件裝置由控制單元、伺服驅(qū)動放大器、PLC單元、UPS電源等部分構(gòu)成。控制單元是機床數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控軟件所構(gòu)成。
數(shù)控裝置的硬件人機接口主要包括數(shù)控面板、各種線纜接口、PLC I/O單元和專用外設(shè)接口以及用戶手持單元等，操作者在長年累月使用數(shù)控機床的過程中均是與這些接口部件打交道。
三、數(shù)控裝置接口設(shè)計
數(shù)控機床的交互對象是操作工人，在數(shù)控面板的設(shè)計過程中需要緊緊圍繞操作員的使用這一個環(huán)節(jié)來進(jìn)行設(shè)計。表1是數(shù)控系統(tǒng)面板設(shè)計中需要重點考慮的因素：
表1 影響用戶體驗的關(guān)鍵因素
3.1數(shù)控顯示屏
顯示屏用于實時顯示數(shù)控機床的運行狀態(tài)和加工數(shù)據(jù)，是數(shù)控系統(tǒng)硬件人機接口中最重要的部件之一。可以將數(shù)控機床的顯示界面分為這樣兩個大的功能區(qū)：狀態(tài)顯示區(qū)和功能菜單區(qū)，每個大區(qū)下面再根據(jù)具體的內(nèi)容細(xì)分為多個小的區(qū)域模塊。當(dāng)顯示面板豎直固定時，顯示屏的中心點高度應(yīng)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(shù)控面板的主要顯示內(nèi)容需要設(shè)置在本區(qū)域范圍內(nèi)。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(qū)域，各種警示燈、告警提示性內(nèi)容要設(shè)計在這個區(qū)間范圍之內(nèi)， 操作人員在正常操作數(shù)控面板的過程中，通過余光就可以及時、準(zhǔn)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(shù)控系統(tǒng)的易學(xué)易用性。除此之外，數(shù)控界面中的字體設(shè)計也有要求，字體形式應(yīng)保持一致，選用簡潔、清晰、識別性強的文字，避免視覺疲勞。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部多個功能版面的風(fēng)格、布局、人機交互方式和信息顯示格式應(yīng)保持一致，有助于操作者在使用設(shè)備的過程中快速建立操作習(xí)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(shù)控面板
數(shù)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(jù)實驗數(shù)據(jù)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(yīng)按照功能板塊進(jìn)行區(qū)域排布，各功能區(qū)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(jù)功能板塊快速地搜索到目標(biāo)按鍵。還應(yīng)按照按鍵的常用程度，將最頻繁使用的按鍵設(shè)置在板塊區(qū)域的邊緣，以方便操作員快速定位到該按鍵。
3.3數(shù)控輔件
按照模塊化對數(shù)控系統(tǒng)的輔件進(jìn)行設(shè)計，是當(dāng)下流行的技術(shù)趨勢。這種設(shè)計方法的好處是，在設(shè)備出現(xiàn)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(fù)機床的正常加工。對于經(jīng)常插拔的總線類接口，需要按照人機工程學(xué)，對插拔力、卡緊力度以及卡座與機械結(jié)構(gòu)之間的空間予以設(shè)計。在接口設(shè)計上還要考慮防呆設(shè)計，使工人在光線不良的車間或機床鈑金罩內(nèi)都能方便的進(jìn)行使用。
對于手持單元類設(shè)備，在設(shè)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(guān)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(guān)不宜設(shè)計的過大，相反，要略小于數(shù)控面板上的同類按鍵開關(guān)。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(chǎn)品的使用壽命。該產(chǎn)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(shè)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(chǎn)品跌落損壞。
四、結(jié)束語
基于用戶體驗的人機交互設(shè)計理念在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用，將會賦予產(chǎn)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(shè)計理論與方法的研究與應(yīng)用突出“以人為本”的理念和以用戶為中心的設(shè)計原則，有利于促進(jìn)建立用戶對機電產(chǎn)品的良好印象，提高產(chǎn)品的用戶體驗，對提升我國先進(jìn)制造裝備的高品質(zhì)設(shè)計不僅具有現(xiàn)實的經(jīng)濟意義，從提升產(chǎn)品的國際競爭力上來說更具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。
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