数控机床的人机界面设计策略_皇甫瑞云.pdf

第 50 卷第 1 期农业工程与装备2023 年 2 月Vol.50No.1AGRICULTURAL ENGINEERINGAND EQUIPMENTFeb.2023数控机床的人机界面设计策略皇甫瑞云(新乡职业技术学院，河南 新乡 453006)摘要：数控机床是计算机数字控制机床的简称，是集成了电气、液压、机械、信息等多项技术优势的机电一体化产品，由于具有加工效率高、加工精度高、自动化程度高、柔性化高等特点，又被称为工业母机。近年来随着科技的发展，数控机床正朝着控制自动化、系统开放化、操作智能化、运行高速化的方向发展，因此人机界面设计的优劣，直接影响着数控机床的综合性能。在人机界面设计过程中，根据国家相关设计标准，采用标准化和人性化的界面布局，不但利于操作人员作业，简化操作流程，提升操作体验感，还能有效提升机床作业效率，保证作业质量，充分展现出产品的使用价值和审美价值。关键词：数控机床；人机界面；设计策略中图分类号：TG659文献标志码：A文章编号：20968736(2023)01002602Design strategy of human-machine interface for CNC machine toolsHUANGFU Ruiyun(Xinxiang Vocational and Technical College,Xinxiang,Henan 453006,China)【Abstract】CNC machine tool is the abbreviation of computer numerical control machine tool,which integratesmultiple technological advantages such as electrical,hydraulic,mechanical,and information.It is also known as theindustrial mother machine due to its high processing efficiency,precision,automation,and flexibility.In recent years,with the development of technology,CNC machine tools are moving towards control automation,system openness,intelligent operation,and high-speed operation.Therefore,the quality of human-machine interface design directly affectsthe comprehensive performance of CNC machine tools.In the process of human-machine interface design,according torelevant national design standards,a standardized and humanized interface layout is adopted,which not only facilitatesthe operation of operators,simplifies the operation process,improves their operating experience,but also effectivelyimproves the efficiency of machine tool operation,ensures the quality of machine operation,and fully demonstrates theproducts use value and aesthetic value.【Keywords】CNC machine tool;human-machine interface;design strategy人机界面是指人和计算机之间实现指令和信息交换的媒介，在进行设计时需要以实现数控机床操作的人性化、高效化、可视化、便捷化为原则，从人、机、环境三个要素着手，处理好三者之间的关系，充分展现出机床产品的使用价值和审美价值。首先，人的因素。每个人受生长和学习环境的影响，在个体上存在很大差异1。设计人员科学分析适用人群的视觉偏好和心理需求尤为关键。其次，机的因素。数控车床产品类型多样，要充分考虑到界面的作者简介：皇甫瑞云(1983)，女，河南新乡人，大学本科，中级讲师，主要研究方向为机械设计及其自动化。规范性、一致性、合理性，以充分发挥出数控产品在加工效率和加工精度上的优势2。最后，环境因素。构建舒适的工作环境，需要结合工作人员的操作习惯对人机界面的图形和按键进行合理布局。1设计原则1.1一致性原则目前，数控机床产品的竞争愈发激烈，专业化程度高、适用性强、强调操作人性化的数控机床深受用户的青睐，其人机界面都体现出设备性能与操第 50 卷第 1 期皇甫瑞云数控机床的人机界面设计策略27作环境的一致性3。和谐、友善的人机界面是实现数控机床人机之间信息高效传递的关键，操作人员通过人机界面下达指令，同时机床的运行情况和执行结果也可以通过人机界面直接呈现。现阶段，计算机互联网技术开始与数控机床高度融合，通过搭载远程控制系统还可以实现远程监控。机床的作业效率不但取决于其综合性能和运行参数，还受操作人员的工作状态、外界环境所影响，因此在人机界面的设计过程要注重人、机、环境的一致性。从人机界面显示屏的可识别性、控制器的稳定性、界面布局的合理性入手；从操作人员的操作习惯、视觉审美、作业流程入手；从数控机床的作业环境、作业需求入手，协调好人的因素、环境因素、设备因素三者的关系。1.2适应性原则数控机床的作业环境复杂，作业效率和加工精度容易受到温度、气压等外界因素的影响，操作人员的经验和状态也会影响其作业性能4。进行数控机床人机界面设计时，不但需要平衡好产品与使用环境之间的关系，使其在复杂的作业环境中保持良好的工况，还要考虑到操作人员的特征，例如人的生理特征，人的视觉特征，人的社会特征等，全面提升人机界面的适应性。1.3审美原则数控机床产品人机界面的设计是美学法则的具体表现，其目的主要是为了让数控机床人机界面更加生动形象，有效强化产品的形态，突出产品的性能。在设计过程中要考虑到人的审美习惯，视觉习惯，选择色彩、线条、形状对界面元素进行合理布局，使人机界面简洁明了、美观大方。与此同时，还需要考虑人机界面的可用性、易用性，让操作人员拥有便捷、和谐、亲切的操作体验感5。2设计策略2.1人机界面的可视化人机界面的可视化，主要是指操作人员通过人机界面可以了解和掌握数控机床作业的运行参数和运行逻辑。数控机床人机界面的可视化设计，可以有效提升操作人员与数控系统的交互性，及时了解设备的运行状态，降低设备的故障率。完成人机界面的可视化设计要以功能模型、任务模型、分析模型、环境模型作为基础，功能模型主要是指通过人机界面展示机床部件的功能；任务模型主要以树状图的形式展示机床的任务分类、任务内容、任务流程、任务进度等信息，例如操作者可以通过功能模型掌握切削作业的内容、作业的进度；分析模型主要显示数控系统采集和分析的作业参数、决策原则、决策过程等；环境模型主要显示数控机床运行的环境，例如：湿度、温度、噪音等。2.2人机界面的人性化人机界面的人性化，主要指从人体工程学入手提升数控机床人机界面操控的舒适度和便捷性。例如，人机界面的显示装置可以采用无级调节，便于操作人员根据个人的视觉习惯和操作习惯调整显示装置的角度；搭载信息传输和远程操作功能，实现人界面的分级授权和远程操控，减轻操作人员的工作量，提高管理和沟通效率；采用液晶显示屏便于操作人员掌握关键数据；进行按键设计时遵循重要性和功能性的排布原则，常用的任务指令可以设置快捷按键，简化操作流程，重要的功能按键用不同的色彩进行区分；采用双程按键便于操作人员在发出操作指令时可以根据按键指示灯的颜色变化完成再次确认，可有效避免错误操作的发生；创造良好的光环境，构造良好的光照作业氛围，辅助照明装置的设计要避免阴影阻挡和影响操作人员的视线，减轻操作人员的视疲劳。2.3人机界面的拟人化人机界面的拟人化，主是指给数控机床产品人机界面赋予一定程度的人类特征。拟人化设计可以将数控机床操作系统表象化和具体化，通过人机界面赋予数控机床操作系统感情色彩和人类属性，例如：名字、性别、声音、行为等，甚至可以在设计时赋予人类的角色，以提升人机交互性。人在从事社会活动和生产活动时，心理要素分为三类：一是（下转第 33 页）第 50 卷第 1 期陶旭电梯制动器电气控制系统的检测与优化33因此检测的重点在于独立接触器所传递的电气控制信号是否可以进行叠加、统一处理。如果在检测运行阶段发生接触点粘黏、制动器抱团等问题，但电梯的正常运行不受影响，则说明电梯制动器电气控制系统运行稳定性较高。3.4线路的检测要点线路检测是电梯制动器电气控制系统检测的基础工作内容之一。在电梯运行过程中，如果接触器主触点长时间处于吸合状态，会存在较大的安全隐患。为降低此类故障的发生概率，运维人员在检测过程中应重点关注主触点的工作状态，并对系统中不同的接触器线圈回路开展细致检测，确保电气线路在实际运行过程中始终处于正常状态。4结语电梯制动器是电梯主要的工作和安全部件，主要功能是控制电梯的位移和制动，因此其电气控制系统的检测和维修极为重要。电梯制动器电气控制系统由多电器元件构成，结构复杂，触点繁多，要保证其检测质量和维护效率，应从提升系统的自动化程度、建立规范的检测和维护制度、灵活运用检测技术三个方面着手，严格按照制度规定和操作流程，定期对电气控制系统的关键部件进行检测维护，以保证电梯的安全稳定运行。参考文献1陆春松.电梯制动器电气控制与检验问题研究J.南方农机,2019,50(22):135,141.2杨帆,林野.电梯制动器电气控制及检验问题探析J.装备维修技术,2019(3):168.3华颢.电梯制动器电气控制及检验问题探析J.中国设备工程,2016(7):52-52,55.4胡健.对电梯制动器电气控制及检验问题的探讨J.科技视界,2017(33):86,140.5刘靖宇.电梯制动器电气控制及检验问题探析J.中小企业管理与科技(下旬刊),2017(5):185-186.责任编辑：张亦弛英文编辑：吴志立（上接第 27 页）描述人类相关知识；二是描述他人行为和动机；三是与他人互动沟通，因此通过拟人化的人机交互，不但能满足操作人员的心理需求，还可以通过描述功能，展示任务，监督运行，修正行为，提高作业效率，提升数控机床运行的逻辑性和便捷性，为操作人员创造一个良好、安全、轻松的操作环境。3结语近年来随着科技的发展，数控机床正朝着控制自动化、系统开放化、操作智能化、运行高速化的方向升级，因此人机界面设计的优劣，直接影响着数控机床的综合性能。在人机界面设计过程中，根据国家相关设计标准，采用标准化和人性化的界面布局，坚持一致性、适应性、审美原则，以实现数控机床操作的人性化、高效化、可视化、便捷化为目标，处理和协调好人、机、环境三个关键要素之间的关系，有利于简化机床操作流程，为操作人员创造一个良好、安全、轻松的操作环境，充分展现出产品的使用价值和审美价值。参考文献1王天培.论人工智能对产品设计的影响J.明日风尚,2017(1):47.2张燕.人机交互在数字化老年人产品设计中的应用J.现代经济信息,2019(22):331.3王建,周炳海.数控机床装配线改善J.精密制造与自动化,2020(4):46-51,61.4吴勘,胡鑫苑,门龙龙.无人驾驶电动汽车人机交互界面设计探索J.湖南包装,2021,36(3):100-104,132.5王国庆.基于层次分析法的 UI 界面功能排序设计研究J.工业设计,2020(9):81-82.责任编辑：阳湘晖英文编辑：吴志立