UI 设计在矿用磨机工业设计中的研究及应用

王静婕，孙 薛，程 波，刘 秀，胡雅晴，杨柳松

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

工 业设计主要研究产品的实用、美感与环境，强调技术与艺术的结合。随着人机工程学的加入，工业设计已从纯形式的审美设计发展成为方式设计和产品文化设计[1]。人机工程学主要研究人-机-环境相互之间的关系、作用和影响。工业设计师作为人机工程学的应用者，推动了这一独立的学科在工业设计发展过程中的广泛应用。在研究产品性能的基础上，人机工程学的应用让工业设计师通过合理的造型手段，使产品具备时代特性，符合产品性能和协调环境的形态，使人们得到美的享受。通过对产品的合理性规划，让人们能更方便地使用产品，使其更好地发挥效力，为人类创造一种更为合理的生活方式和形态，从而达到人-机-环境相互和谐的创造性活动[2]。

工业设计研究的人机系统主要为人机交互和人机界面。在人机的相互作用中信息的交互最为重要。信息的交互是以人机界面为渠道，信息的输入、输出是通过界面进行转换和传递。界面既包括硬件界面，即传统意义上为人们的身体及四肢服务的界面，如仪表、信号灯、物理按键、把手、手柄等，也包括软件界面，即互联网日趋发达的当今时代，在显示器上出现的一切界面，如网页、车载设备、智能硬件、APP 等[3]。在软件界面的设计过程中，UI 设计是其视觉传达的一部分，其中图形化或可视化部分都是由 UI 设计完成的。笔者所研究的对象便是工业设计人机系统软件界面中的 UI 设计，也就是用户界面设计。UI 设计主要以视觉化的方式呈现，其设计过程中不但要考虑配色、字体、排版布局、按键形状、视觉风格等，更需要研究如何根据人的因素进行界面设计，使界面控制系统与人的感官特性相匹配，达到人、机、环境三者交互的最佳状态。

随着矿山机械行业工业设计的发展，UI 设计正逐步进入人机交互系统控制界面 (以下简称“人机交互界面”) 的设计中。传统软件界面的设计需要产品经理提出用户需求、UI 设计做出形象规划、研发工程完成后台搭建。而目前国内矿山机械类产品的人机交互界面设计存在界面布局繁琐、色彩杂乱、层次结构不清晰等问题，造成人机交互不畅。导致该问题的主要原因是由于目前该类人机交互界面的设计者大多为研发工程师，偏重功能的实现，缺乏对 UI 设计 (规划布局及视觉传达) 的正确理解。若要改变此现状，需要研发工程师与 UI 设计师相互配合。先由 UI 设计师负责可视化部分，包括界面规划、界面风格、动效设计、图标设计、控件元素、视觉设计规范等，最后由工程师完成 UI 设计师所作出的可视化部分与后台控制系统的搭建。笔者针对中信重工机械股份有限公司 (以下简称“中信重工”) 所生产的矿用磨机人机交互界面所存在的一系列问题进行 UI 设计研究。

在研究国外矿山机械行业产品人机交互界面的基础上，中信重工近些年对矿用磨机人机交互界面从布局、层次结构、企业品牌等方面进行了逐步改进。笔者通过研究传统 UI 设计网页、车载设备、智能硬件、APP，从使用环境、色彩心理、人机工程、品牌塑造等方面出发，结合矿山机械行业产品人机交互界面现状，进行人机交互界面的 UI 设计，完成中信重工矿用磨机人机交互界面的统一形象策划，并形成品牌，打造出特色鲜明、识别度高、美观大方的矿用磨机人机交互界面，并进一步提升了产品竞争力[4]。

1 UI 设计原则

1.1 简单

优秀的用户界面是简洁的。简单直接的页面逻辑和直观必要的元素可带给用户好的体验。

1.2 清晰

清晰是所有用户界面都具备的基本属性。用户界面存在的目的是让用户能够便捷地与系统进行交互，并清晰地进行沟通。设计过程中要保证按钮和操作的文字指向性明确，保持清晰的信息传递，让用户能够快速弄明白交互的指向性。

1.3 一致

一致的设计能够让用户对界面模式更快认知、熟悉，并在此基础上快速适应整体的体验。在整个 UI 设计中保持一致的语言、布局和设计规律，谨慎调节位置、布局，保证要素之间的视觉交互整齐、对称、呼应，使整个用户体验更加顺畅。

1.4 层次

层次结构是按项目的重要性或权重在屏幕上进行顺序排列。视觉上更具分量的元素易引起用户的注意。因此，在进行界面设计时，衡量设计布局成为重要的步骤：①在设计内容与元素之间建立视觉上的联系；② 为每个设计元素添加不同的视觉权重；③最终创造出平衡的视觉层次，引导用户的视线。

2 人机交互系统设计

人机交互界面是用户与产品之间的媒介，人机交互界面的 UI 设计需要与产品设计本身相结合，其通过界面中感性的设计元素诠释产品的设计内涵；通过刺激用户的感官达到刺激消费的目的；通过独特的 UI 设计创造独特的用户感受，从而树立牢固的品牌形象。中信重工矿用磨机启动界面如图 1 所示。

图1 中信重工矿用磨机启动界面Fig.1 Starting interface of mine-used mill produced by CITIC Heavy Industries

磨机人机交互界面的 UI 设计工作主要从以下几方面进行。

2.1 环境与尺寸

由于矿山机械行业的特殊性，磨机人机交互界面的设计过程中还需考虑其使用环境对人们心理的影响，使用环境包括界面的色彩、亮度和对比度等因素。人机交互界面的背景越亮，对人眼的刺激越大，越不利于眼睛的精准聚焦。无论在厂房嘈杂的环境 (工人工作心理易产生烦躁感)，还是在中控室安静的环境中 (技术人员长时间注视显示屏幕易产生疲劳感)，都需要冷色系界面使用户在操作过程中时刻保持冷静，降低误判的概率。

矿山机械类产品用户操作界面的显示方式分为中控室电脑显示屏和厂房电控箱触摸屏 2 种。目前市场中所使用电脑显示屏多为 29 英寸，分辨率为 1 920× 1 080；电控箱触摸屏大多为 10、12、15 英寸，分辨率为 1 280×800。设计者首先应确定使用环境，再决定显示字符的大小、颜色和权重等。

2.2 品牌与色彩

索尼公司前总裁盛田昭夫曾说过，我们相信今后的竞争对手将会拥有和我们相同的技术、类似的产品性能乃至价格，而唯有设计才能使我们区别于竞争对手。市场发展造就了工业设计，工业设计增强了企业竞争。视觉呈现的结果是人们最易接受信息的形式。UI 设计作为工业设计中极为重要的一部分，通过其形象的表现形式，能更直接地塑造、提升企业品牌形象，凸显品牌独特性。优秀的 UI 设计在人机交互界面中能起到指引和推动的作用，能与用户之间产生最直接的互动，并使其快速掌握产品实时状态，拉近用户与产品之间的距离，为企业创造价值。

一代磨机人机交互界面整体明暗对比度较强，对操作人员眼部刺激较大。二代磨机人机交互界面虽然在一代界面的基础上优化后，品牌凸显、分区布局、色彩搭配等方面都有所改进，但长期面对浅色背景的操作系统，会造成操作人员视觉疲劳，从而导致操作失误概率的提高。

考虑色彩以及明度对使用者视觉神经的影响以及色彩搭配平衡原则，摒弃了一代、二代人机交互界面存在的问题，结合两者的优点，将三代人机交互界面整体色调定为蓝色系。蓝色中加入黑色或白色形成明度变化，再加入蓝色的对比色或互补色形成彩度变化，最终达到丰富又统一的色彩层次感。中信重工矿用磨机系统界面如图 2 所示。

图2 中信重矿用磨机系统界面Fig.2 Interface of mine-used mill system produced by CITIC Heavy Industries

(1) 控制系统背景色采用含一定比例红 (蓝的互补色) 的深蓝色，深色背景可减小显示器光线对人眼的刺激；

(2) 主体色彩采用含一定比例黄 (蓝的对比色) 的蓝绿色，蓝绿色有令人镇定、缓解紧张的作用，并且会起到降低眼压、缓解视觉疲劳的作用，对人的视觉神经最为适宜；

(3) 标题类文字采用浅蓝色，醒目但不突兀且对眼部刺激较小；

(4) 数据类文字采用白色，其背景框采用深蓝色，局部明暗对比能突出重点；

(5) 按键采用带有渐变效果的 75% 透明度的蓝绿色与背景色透叠产生层次感；

(6) 指示性引导线采用浅蓝色，醒目且指示性更强；

(7) 提示色采用带有背光效果的浅蓝色 (正常运行)、预警色采用带有背光效果的红色 (非正常运行)，既整体又醒目。

2.3 形式与布局

优秀的用户界面设计可以利用清晰、统一的视觉层次和内容结构来引导用户完成任务，并减少非必要的内容和元素，使用户在界面上完成一项操作或获取一项信息时，觉得易懂、易用，尽可能地使用户与界面的交互简单、高效。

首先，以中信重工矿用磨机系统界面为例，如图 2 所示。一代、二代人机交互界面磨机系统界面同时显示数据过多，布局繁杂，指示引导线不够明确，用户不易快速读取可用数据。三代人机交互界面将界面数据根据磨机部件分为 5 个并行二级界面，可保证用户在使用过程中能迅速有效地准确掌握数据，界面更具层次感。

其次，以中信重工矿用磨机润滑系统界面为例，如图 3 所示。二代人机交互界面设计时就已将界面数据根据磨机部件分为 3 个并行二级界面，但布局不具有延续性。三代人机交互界面延续一级界面磨机系统控键的布局方式，这种延续布局形式的主次分明，使用户更易操作。润滑站、泵的展现形式采用近年流行的扁平化风格，与界面整体风格更统一、更形象。

图3 中信重工矿用磨机润滑系统界面Fig.3 Interface of lubrication system of mine-used mill produced by CITIC Heavy Industries

再次，以中信重工矿用磨机趋势图、参数设定界面为例，如图 4 所示。三代人机交互界面将整个界面分为控键栏与展示栏 2 部分，功能分区更明确，数据展示更清晰，用户读取更精准。

图4 中信重工一、二、三代矿用磨机趋势图、参数设定界面Fig.4 Trend chart and parameter setting interface of mine-used mill produced by CITIC Heavy Industries

最后，三代磨机人机交互界面整体布局继续沿用二代上下分栏 (系统标题栏、界面导示栏) 设计。从首页到一级界面、二级界面，在视觉上达到整体的连贯性。按键形式设计为开放式边框与封闭式边框 2 种，形状都为切角四边形。其中开放式边框按键只用于触发，不弹出或切换界面；封闭式边框按键可弹出界面或切换一级、二级界面。

3 结语

视觉呈现的结果是人们最易接受信息的形式，友好的人机交互界面为用户营造舒适的操作环境。笔者从矿山机械类产品人机交互系统人机交互界面出发，以矿用磨机人机交互界面为例，研究 UI 设计在矿山机械类产品工业设计中的应用。从使用环境、人机界面、UI 设计原理、色彩心理学等方面着手，设计出有利于用户操作的人机友好界面，并通过界面的视觉传达手法提升企业品牌形象，对企业形象的构建具有重要意义。