數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)接口和用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)
2021-10-28 來(lái)源：- 作者： 蘭海軍 屈昕 蔡飛
一、前言
用戶體驗(yàn)（User Experience，簡(jiǎn)稱UE/UX）是用戶在使用產(chǎn)品過(guò)程中建立起來(lái)的、對(duì)產(chǎn)品功能和產(chǎn)品易用性的一種綜合感覺(jué)。近些年來(lái)，用戶體驗(yàn)在人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展過(guò)程中越來(lái)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(jì)（Interaction Design）是指人們?cè)谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品的過(guò)程中，遵循一定的方法，以用戶最終良好的使用體驗(yàn)為目標(biāo)，定義產(chǎn)品在特定場(chǎng)景下的反應(yīng)方式的一種設(shè)計(jì)行為。交互設(shè)計(jì)起源于信息科技中的網(wǎng)站設(shè)計(jì)和圖形設(shè)計(jì)，現(xiàn)在已經(jīng)成長(zhǎng)為一個(gè)獨(dú)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(lèi)產(chǎn)品中得到運(yùn)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(yùn)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(dòng)放大器、PLC單元、UPS電源等部分構(gòu)成。控制單元是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的主要部分，由微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）接口與通信模塊、人機(jī)顯示界面、操動(dòng)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(jī)接口主要包括數(shù)控面板、各種線纜接口、PLC I/O單元和專(zhuān)用外設(shè)接口以及用戶手持單元等，操作者在長(zhǎng)年累月使用數(shù)控機(jī)床的過(guò)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(jì)
數(shù)控機(jī)床的交互對(duì)象是操作工人，在數(shù)控面板的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要緊緊圍繞操作員的使用這一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。表1是數(shù)控系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的因素：
表1 影響用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素
3.1數(shù)控顯示屏
顯示屏用于實(shí)時(shí)顯示數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)和加工數(shù)據(jù)，是數(shù)控系統(tǒng)硬件人機(jī)接口中最重要的部件之一。可以將數(shù)控機(jī)床的顯示界面分為這樣兩個(gè)大的功能區(qū)：狀態(tài)顯示區(qū)和功能菜單區(qū)，每個(gè)大區(qū)下面再根據(jù)具體的內(nèi)容細(xì)分為多個(gè)小的區(qū)域模塊。當(dāng)顯示面板豎直固定時(shí)，顯示屏的中心點(diǎn)高度應(yīng)小于或等于人站立時(shí)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(jì)在這個(gè)區(qū)間范圍之內(nèi)， 操作人員在正常操作數(shù)控面板的過(guò)程中，通過(guò)余光就可以及時(shí)、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(diǎn)，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(jì)也有要求，字體形式應(yīng)保持一致，選用簡(jiǎn)潔、清晰、識(shí)別性強(qiáng)的文字，避免視覺(jué)疲勞。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部多個(gè)功能版面的風(fēng)格、布局、人機(jī)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(guò)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(shí)效性并減少出錯(cuò)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(lái)說(shuō)，按鍵的物理尺寸需要略大于人的手指端的面積。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，按鍵最小尺寸長(zhǎng)度為10 mm，較適宜尺寸長(zhǎng)度為 18 mm，最大尺寸長(zhǎng)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(guò)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(duì)數(shù)控系統(tǒng)的輔件進(jìn)行設(shè)計(jì)，是當(dāng)下流行的技術(shù)趨勢(shì)。這種設(shè)計(jì)方法的好處是，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可以快速通過(guò)故障診斷確定故障源，以較低的成本代價(jià)更換或者維修損壞件，即可恢復(fù)機(jī)床的正常加工。對(duì)于經(jīng)常插拔的總線類(lèi)接口，需要按照人機(jī)工程學(xué)，對(duì)插拔力、卡緊力度以及卡座與機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的空間予以設(shè)計(jì)。在接口設(shè)計(jì)上還要考慮防呆設(shè)計(jì)，使工人在光線不良的車(chē)間或機(jī)床鈑金罩內(nèi)都能方便的進(jìn)行使用。
對(duì)于手持單元類(lèi)設(shè)備，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就需要重點(diǎn)考慮人體手掌的握持姿勢(shì)以及各個(gè)功能開(kāi)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(kāi)關(guān)不宜設(shè)計(jì)的過(guò)大，相反，要略小于數(shù)控面板上的同類(lèi)按鍵開(kāi)關(guān)。這樣操作員在使用時(shí)，會(huì)在潛意識(shí)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(guò)掛鉤和磁鐵懸掛于機(jī)床床身鈑金上，磁鐵的吸力需要設(shè)計(jì)在合理水平，磁吸力既不能過(guò)大造成手持單元吸附時(shí)對(duì)外殼的撞擊力太大，磁吸力也不能過(guò)小，容易造成產(chǎn)品跌落損壞。
四、結(jié)束語(yǔ)
基于用戶體驗(yàn)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)理念在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用，將會(huì)賦予產(chǎn)品更高的附加價(jià)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(jì)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(jì)原則，有利于促進(jìn)建立用戶對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的良好印象，提高產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)，對(duì)提升我國(guó)先進(jìn)制造裝備的高品質(zhì)設(shè)計(jì)不僅具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義，從提升產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力上來(lái)說(shuō)更具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。
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