数控铣床系统人机界面设计原则浅析

朱涛 李争艳

摘要：数控铣床系统是现代制造技术的重要工具，而良好的人机界面能够提高数控铣床工作效率与操作性能。为此，本文对数控铣床系统人机界面的设计原则进行了浅析，从数控铣床人机界面分类、界面设计原则尤其是风格选择、布局、文字与色彩使用几个方面，以及界面的层次化结构设计几个方面进行了研究，所得结果为数控铣床人机界面设计提供了参考与借鉴。

关键词： 数控铣床；人机界面；设计原则

1. 数控铣床系统人机界面分类

人机界面主要用于完成人机交互处理，即在用户的主导下利用各种交互设备完成数控系统的连接、工作模式选择、调试运行管理和维修等工作。数控铣床系统人机界面包括程序控制界面、数据输入界面和交互输出界面三类。

1.1 程序控制界面

程序控制界面的作用是接收用户命令，完成对数控系统运行的控制。

在设计时，需要有命令语言、菜单、窗口和直接控制等形式。设计菜单形式时，在显示器的屏幕上提供一组可选的项目，使用者可以通过各种输入设备进行选择。窗口形式的界面需要同时显示多进程、多任务的运行情况，在一个显示屏幕上提供多个视域，各个视域可完成或显示不同的内容。

1.2 数据输入界面

数据输入界面用于向数控系统提供数据输入，在设计时，应为用户提供数据输入格式，提供缺省值，提供容错和修改功能，并向用户回送输入结果。

数据输入界面需要包括刀具参数设置、系统参数设置和数控加工程序编辑等子界面。

1.3 交互输出界面

交互输出界面的作用是组织数控系统的输出，向用户提供系统运行的信息。交互输出信息应包括：响应信息、提示信息、运行信息、出错信息、帮助信息。

2. 数控铣床人机界面设计原则

2.1界面风格选择原则

考虑到大多数用户对于标准Windows系统较熟悉，在界面设计中尽量兼容标准Windows界面的特征。位图按钮可在操作中实现高亮度、突起、凹陷等效果，使界面表现形式更灵活，同时可以方便用户对控件的识别。界面里使用的对话框、编辑框、组合框等都选用Windows标准控件，对话框中的按钮也使用标准按钮。

2.2系统界面布局原则

数控铣床人机界面的布局设计应按照人因工程学的要求，实现简洁、平衡和风格一致。

典型的界面分为3部分：标题菜单部分、图形显示区以及按钮部分。根据一致性原则，保证屏幕上所有对象，如窗口、按钮、莱单等风格的一致。各级按钮的大小、凹凸效果和标注字体、字号都保持一致，按钮的颜色和界面底色保持一致。

2.3文字的应用原则

界面设计中常用字体有中文的宋体、楷体，英文的扭钔等，因为这些字体容易辨认、可读性好考虑到一致性，数控铣床软件界面所有的文本都选用中文宋体，文字的大小根据控件的尺寸选用了大小两种字号，使显示信息清晰并保证风格统一。

人体工程学要求界面的文本用语简洁，尽量用肯定句和主动语态，英文词语避免缩写。数控铣床人机界面中应用的文本有两类：标注文本和交互文本。标注文本是写在按钮等控件上，表示控件功能的文字，所以尽量使用了描述操作的动词。交互文本是人与计算机以及计算机与总控制台等系统交互信息所需要的文本，包括输人文本和输出文本。

交互文本使用的语句为了在简洁的同时表达清晰，尽量采用用户熟悉的句子和礼貌的表达方式如“请检查交流电压”、“系统警告装置锁定”。对于信｀息量大的情况，采用上下滚动而不用左右滚屏，因为这样更符合人的操作习惯。

2.4界面设计色彩使用原则

人机界面设计中色彩的选择也是非常重要的。人眼对颜色的反应比对文字的反应要快，所以不同的信息用颜色来区别比用文字区别的效果要好，不同色彩给人的生理和心理的感觉是不同的，所以色彩选择是否合理也会对操作者的工作效率产生影响。

在特定的区域，不同颜色的使用效果是不同的。例如：前景颜色要鲜明一些使用户容易识别，而背景颜色要暗淡一些以避免对眼睛的刺激。

使用颜色时应注意几点：

（1）限制同时显示的颜色数一般同一界面不宜超过4或5种，可用不同层次及形状来配合颜色增加的变化。

（2）界面中活动对象颜色应鲜明，而非活动对象应暗淡，对象颜色应不同，前景色宜鲜艳一些，背景则应暗淡。中性颜色（如浅灰色）往往是最好的背景颜色，浅色具有跳到面前的倾向，而黑色则使人感到退到了背景之中。

（3）避免不兼容的颜色放在一起（如黄与蓝，红与绿等），除非作对比时用。

3. 界面的层次结构设计原则

选择界面的概念取决于多个界面。可将界面设计为循环，如果运行大量界面，必须设计一个合理的结构体系来打开界面。设计时应选择简单而统一的层次结构以便用户能够快速了解如何打开界面。界面的层次结构设计原则如下：

3.1单一界面信息量简洁

用户一次处理的信息量是有限的，所以大量信息堆积在屏幕上会影响界面的友好性。为了在提供足够的信息量的同时保证界面的简明，在设计上采用了控件分级和分层的布置方式。分级是指把控件按功能划分成多个组，每一组按照其逻辑关系细化成多个级别。

3.2借助分级思想

用一级按钮控制二级按钮的弹出和隐藏保证了界面的简洁。分层是把不同级别的按钮纵向展开在不同的区域，区域之间有明显的分界线。在使用某个按钮弹出下级按钮的同时对其他同级的按钮实现隐藏，使逻辑关系更清晰。

3.3三层结构

设计人机界面时一般采用3个层面组成。

層面1是总览界面，该层面要包含不同系统部分在系统所显示的信息，以及如何使这些系统部分协同工作。

层面2是过程界面，该层面包含指定过程部分的详细信息，并显示哪个设备对象属于该过程部分，该层面还显示了报警对应的设各对象。

层面3是详细界面，该层面提供各个设备对象的信息，例如控制器、控制阀、控制电机等，并显示消息、状态和过程值。如果合适的话，还包含与其他设备对象工作有关的信息。

4. 参考文献

[1]何加铭主编．嵌入式32位微处理器系统设计与应用．电子工业出版社．2006年

[2]周立功主编．ARM嵌入式系统基础教程．北京航空航天人学出版社．2005年

[3]陈赜主编．ARM9嵌入式技术及Linux高级实践教程．北京航空航天大学出版社．2005年