CK6150数控机床人—机界面设计研究与应用

杨冰　张剑

【摘要】文章将CK6150数控车床作为研究对象，分析数控机床的人机界面存在的问题，研究产品人机界面设计相关理论并应用于数控机床的设计当中，提升人机界面在数控机床中的作用和效率，并且运用交互设计的方法与手段，呈现出数控机床人-机界面的交互设计结果，主要目的在于提升产品的附加值，进而提高产品在市场上的竞争力，对智能数控机床理论研究与实践应用的发展，具有很好的参考和借鉴。

【关键词】数控机床 界面设计 用户体验 智能化创新

一、前言

国际金融危机后，许多国家开始重视制造业转型升级，纷纷提出制造业国家战略，对国内市场最有冲击力的莫过于德国“工业4.0计划”，面对各国的战略举措，中国也出台了《中国制造2015》，数控机床一直是经济发展的主导产业，作为国家战略的重要转型对象，走向“互联网+工业”时代。而针对智能数控机床，日本三菱公司展出了高速直线导轨的概念机床；德国西门子也全面地推出了一系列高端数控系统。纵观世界，而在数控机床人-机界面设计方面的相关研究还很少见。

二、CK6150数控机床人-机界面设计及其可行性

数控机床的人机界面设计强调对用户体验的重视，使人们最大限度的发挥效率并且不受到损害。人机界面设计是机床的结构设计、造型设计与计算机技术的完美结合，以保证其技术功能的同时，给予更多人性化的体验。该机床具有高精度、高效率的加工方式。这款机床采用流线型设计，但造型、色彩略显古板和灰暗，控制面板的显示区、操作区结构复杂，按键排布密，容易给操作者造成视觉疲劳，还存在误操作带来的安全隐患问题。随着计算机技术的发展，界面设计要和机械设计、计算机技术共同提高产品的整体造型效果，对经济效益的提高具有重要作用，所以数控机床界面的创新设计具有很高的可行性。

三、CK6150数控机床的界面设计方法与原则

（一）数控机床的人机界面的设计框架

如图3-2所示：

（二）数控机床人-机界面设计原则

优秀的控制面板设计具有提高产品外在品质的效果，控制面板是数控机床的重要组成部分，整体设计直接关系到产品质量。

1.矩形比例设计原则

面板构图是整体设计的核心。面板上的显示和操作装置是指显示器、控制按钮和开关这3类内容，面板尺寸宜选用特征矩形—正方形，看起来简约大方，直观易看；避免单调和不灵活的对等性分割；采用非对称的分割方法，注重布局的平衡效果，便于实现变化又统一的视觉效果。

2.色彩布局原则

（1）多元性配色风格

多样性色彩风格在目前发达国家的机床市场上，设计丰富多彩，能满足人们审美需求的广泛性。

（2）双色制风格

双色系以冷色调为主，往往缺乏大胆，快速识别等特点，用暖色可以在产品销售的颜色中占有一定的竞争优势。双色系在设计数控机床的色彩风格上未来可能更为成熟和规范化。

3.数据网络与智能终端连接的原则

在未来，机床操作者只要通过摇动手机或者其他智能终端，就能完成简单的任务。新型交互方式-语音交互应用于数控机床的设计当中，操作者可以与数控设备进行自然语言的交流，数控机床不再是一个冰冷的物体，使其更加拟人化，对错误操作或者危险操作，发出警报语音，从而提高操作工人的工作效率以及操作的安全性。

（三）数控机床人机界面设计方法

1.调查收集法

以CK6150数控车床为研究对象，调查对象是身高为1700mm-1800mm 的男性，调查出目前数控机床界面设计存在着许多不足之处，15%的操作者认为控制面板的安放位置不合理，不便于操作者进行正确操作；50%的操作人员认为控制面板上的按键分布过乱，容易造成误操作；35%的操作者认为面板屏幕过小，比较落后，由此可见，这些问题是研究中需要注意的重点问题。

2.技术移植法

随着技术的发展，控制面板的界面设计已经不局限于按键的排列，逐渐引入菜单界面，菜单界面相对于按钮排列比其它方式更容易使用。菜单界面是由系统驱动，提供各种选择条目给用户使用，用户在选择过程中不需要故意记忆应用功能命令，通过菜单提示和指导完成相应的系统功能。界面设计是基于用户为中心的设计，完成对用户友好的人机界面。菜单类型软件界面应该具有效率高、易学性，通用性，引导性等等优点。

四、CK6150数控机床的界面设计与应用

（一）控制面板的造型设计

根据数控机床人机界面的调查与数据分析，得出，随着技术的发展、工作人员的知识水平不断提升、年龄不断趋于年轻化，人们更倾向于接受信息技术、智能技术产品。因此根据分析的结果，对于机床界面设计的造型，给出以下设计方案。

（二）控制面板的色彩设计

为了体现机床的功能特征，加工特性，此次控制面板的色彩设计，采用灰色、黑色为主色调，体现沉稳大气，高技术性，另外，以红色、橘黄色为辅色调，体现时代感。

（三）控制面板的软界面设计

1.显示屏倾斜度：面板显示屏幕可在5～30°范围内进行无级调整，可在最清晰的角度显示，方便操作者观察。

2.为常用的显示内容或操作序列设置任意的快捷键。

3.带传动技术，个性化授权，给不同的操作者提供相应的访问控制系统和机床访问权限。配置个性化的数据操作，操作模式选择开关，可以防止未经授权操作的先进安全系统。

五、结论

通过对 CK6150 数控车床人机界面设计的市场调查与数据分析，找出该数控机床的存在的问题点并提出问题点的解决办法，并分析了人机界面设计的可行性，对人机界面提出新的设计方案，以数控机床为载体的新设计思想应用，为用户提供了不仅是一种功能的需求，更满足用户的心理需求。有利于建立用户对机械和电气产品的良好印象，提高产品用户体验的互动，促进我国的先进制造设备的高品质设计与现实的经济意义。

参考文献：

[1]覃京燕.SoLoMo网络中的敏捷交互设计方法研究[C].北京：清华大学，2013.

[2]基于组件的数控系统OpenHMI研究与设计[J].组合机床与自动化加工技术，2014，9 （1）.