數(shù)控技術(shù)是制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個(gè)工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國力的強(qiáng)弱。當(dāng)代數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、、智能化、性方向發(fā)展。人機(jī)界面作為人和機(jī)床之間交互的紐帶，直接影響到數(shù)控機(jī)床的的加工效率、操作的性和性等等，因此人機(jī)界面設(shè)計(jì)是數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1 數(shù)控機(jī)床人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則

人機(jī)交互是指人和機(jī)器之間互相施加影響，交換信息的方式，是聯(lián)系人和機(jī)器之間的橋梁和紐帶。狹義上的人機(jī)交互主要是指人和計(jì)算機(jī)的信息交換，也稱用戶界面。針對數(shù)控機(jī)床來講，人機(jī)交互的界面主要包括人對數(shù)控機(jī)床的操作方式、數(shù)控機(jī)床的外觀造型、數(shù)控機(jī)床的控制面板以及相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)等等。人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則，從傳統(tǒng)的功能主義過渡到現(xiàn)在的人本主義，即以人為本，滿足人的要求，符合人的特點(diǎn)，考慮人的感受。下面就從人機(jī)工程學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)等角度對數(shù)控機(jī)床的人機(jī)界面設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行探討和分析。

1.1 數(shù)控機(jī)床的整體造型設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床的整體造型是人機(jī)交互的最直觀界面，主要包括數(shù)控機(jī)床外觀尺寸和比例、形態(tài)和結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等。數(shù)控機(jī)床在整體造型上要兼顧功能性、審美性和經(jīng)濟(jì)性的要求。機(jī)床的尺寸要符合人體尺寸的參數(shù)要求，造型的比例要符合審美原則，一般長和高采用黃金分割比例或者平方根比例。形態(tài)和結(jié)構(gòu)上在滿足功能的前提下，要符合人的審美心理和性的原則。造型特征以穩(wěn)重、為主，加上的靈活、輕快的變化。這些可以通過結(jié)構(gòu)單元的造型組合和顏色分割來實(shí)現(xiàn)。

1.2 數(shù)控機(jī)床控制面板的設(shè)計(jì)

控制面板是數(shù)控機(jī)床和人之間交互的一個(gè)部分，也是人對機(jī)床直接操作的工具?？刂泼姘宓陌卜乓话阌兴姆N形式，如圖1所示。具體采用哪種形式，要根據(jù)總體布局和要求來確定，同時(shí)要考慮人的操作要求?？刂泼姘逡话惴譃閮刹糠?，一部分是數(shù)控系統(tǒng)操作面板，另一部分是機(jī)床操作面板。

（1）數(shù)控系統(tǒng)操作面板也叫 JGDX 423 面板，它由JGD顯示器（或IJ2顯示器）和423鍵盤兩部分組成，主要功能是顯示機(jī)床的各種參數(shù)和功能以及編輯、顯示、存儲、執(zhí)行加工程序等等。顯示器是數(shù)控機(jī)床的重要輸出設(shè)備，也是人對機(jī)床的主要認(rèn)知手段。人通過視覺，認(rèn)知顯示器的顯示數(shù)據(jù)，從而做出判斷和決定。良好的顯示能和準(zhǔn)確地分析、解釋傳遞的信息。

從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，顯示器的位置應(yīng)該擺放在人的視野范圍，垂直方向的視野如圖2所示。水平方向以雙眼中線左右15°為佳，視距在50cm以內(nèi)。鍵盤的按鍵目前多采用薄膜開關(guān)，其具有體積小、重量輕、功能全、等優(yōu)點(diǎn)。按鍵形狀應(yīng)該符合人機(jī)工程學(xué)，按鍵要有適當(dāng)?shù)淖枇?，布局符合人的一般認(rèn)知規(guī)律。例如，數(shù)字鍵的分布符合普通分布規(guī)律，重要的、經(jīng)常使用的按鍵要布置在操作者的視野和控制區(qū)。

（2）機(jī)床操作面板主要功能是對機(jī)床的手動控制和操作，包括機(jī)床的進(jìn)給、刀具的選擇、裝夾工件、照明和冷卻等控制，也是人對機(jī)床的主要作業(yè)區(qū)。用戶對操作的滿意度取決于產(chǎn)品控制器的舒適性、性、控制器的類型、尺寸和空間、以及控制-顯示比和控制器的布局等等。

控制器的類型主要有按鈕、滑動開關(guān)、肘節(jié)開關(guān)、搖臂開關(guān)、旋鈕、指輪、曲柄、方向盤等等。我們要根據(jù)控制器的特點(diǎn)和人的操作特征來設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制類型。例如在重型的工程機(jī)械中，我們一般采用需要操作力大的控制器，即觸覺-重型控制器，比如操縱桿、踏腳、手輪等，而在電器、機(jī)電控制裝置中，我們多采用旋鈕、開關(guān)、按鈕等輕型的控制器。

控制-顯示比C/D是控制器的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它是指控制動作的量和現(xiàn)實(shí)動作的量的比值，也有人稱之為"系統(tǒng)反應(yīng)"。粗調(diào)時(shí)要求C/D比小，這時(shí)較小的控制動作會引起顯示上的顯著變化。微調(diào)時(shí)要求C/D比大，這時(shí)很大的控制動作引起顯示上的很小變化。因此設(shè)計(jì)控制器時(shí)要兼顧到粗調(diào)和微調(diào)兩方面的要求，選擇粗調(diào)和微調(diào)控制-顯示比的比值。如圖3所示，兩條曲線的交點(diǎn)就是的比值。

在控制器的布局上，應(yīng)符合認(rèn)知心理規(guī)律。要考慮到人的一般習(xí)慣模式和操作的舒適性、性。例如旋鈕的設(shè)計(jì)，人類的習(xí)慣模式是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)是增大，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)是減小?？刂破鞯拇笮　⑿螤?、顏色和布局也要充分考慮到人的認(rèn)知性和人機(jī)工程學(xué)性能。所有主要功能的控制器都要有功能標(biāo)注，可以由文字、圖形或者實(shí)物圖解組成，一般標(biāo)注應(yīng)該放在控制器的上方。在操縱控制器時(shí)，標(biāo)注應(yīng)處于操作者的視野內(nèi)。

1.3 數(shù)控機(jī)床的色彩設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床的色彩設(shè)計(jì)包括機(jī)床外觀的色彩、控制面板的色彩、控制器的色彩、鍵盤的色彩等等。

在外觀的色彩設(shè)計(jì)中，考慮到數(shù)控機(jī)床的工作環(huán)境比較固定，工作氣氛平靜，因此色彩不宜過于刺激和興奮，也不能過于沉悶。為了操作者在工作中能夠精力集中、心情愉悅、避免厭倦和疲勞，一般采用純度低而明度高的顏色，例如銀灰色、淡藍(lán)色、綠色等等；不宜大面積采用刺激興奮的顏色，例如紅色、黃色。純度比較高的顏色都比較刺激，一般不用。在色彩的搭配上，要給機(jī)床整體以穩(wěn)定、、和諧的感覺。還要避免"傻大黑粗"的傳統(tǒng)機(jī)床的特征。例如機(jī)床的底座、立柱等大件一般采用堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)重而又避免笨重的顏色，例如銀灰色、綠色。

控制器和按鍵的顏色要根據(jù)功能來設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行色彩編碼和分區(qū)，便于人的操作。例如機(jī)床的MDI面板，采用單獨(dú)的色彩分區(qū)，控制面板根據(jù)不同的控制功能進(jìn)行分布和使用不同的色彩。功能的按鈕根據(jù)功能和人的認(rèn)知心理設(shè)計(jì)成單獨(dú)的顏色，如報(bào)警按鈕，一般采用紅色，表示危險(xiǎn)。機(jī)床的啟動按鈕一般采用綠色，表示、正常運(yùn)行。

1.4 數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)軟件的功能要滿足數(shù)控加工的需要，而且軟件的界面也直接影響到加工的效果和操作者的工作效率。軟件的人機(jī)界面設(shè)計(jì)中主要包括軟件的結(jié)構(gòu)、軟件界面的形式、字體設(shè)計(jì)、圖標(biāo)設(shè)計(jì)等等。

（1）系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)應(yīng)該完整、條理清晰。不管是以前的命令界面還是現(xiàn)在基于圖形的窗口界面、菜單界面都是如此。菜單界面的結(jié)構(gòu)要按照的邏輯關(guān)系或者功能分類來設(shè)計(jì)，一般可以分為單一菜單、線狀菜單、樹狀菜單等等。菜單設(shè)計(jì)的合理性有助于提高系統(tǒng)的選取速度和人學(xué)習(xí)操作的效率，也可以減少誤操作的發(fā)生。

（2）軟件界面設(shè)計(jì) 軟件界面要遵循基于認(rèn)知模型的一致性的原則。應(yīng)該使用與已有經(jīng)驗(yàn)、知識一致的人機(jī)界面，從而減少學(xué)習(xí)，避免失誤和歧義的發(fā)生。系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)界面具有相似的外觀、布局、人機(jī)交互方式和信息顯示格式等等。界面的空間布局要簡潔、合理，還要盡量提供反饋信息，以減少誤操作的發(fā)生。

（3）圖標(biāo)的設(shè)計(jì) 圖標(biāo)是可視的表示實(shí)體信息的簡潔、抽象信號。用經(jīng)過良好設(shè)計(jì)的逼真形象來代表動作后命令實(shí)體，可以給人提供、直觀理解信息的有力工具。圖標(biāo)的圖形編碼盡力和目標(biāo)的外形相似，為了表達(dá)清晰，可以采用繪制陰影、勾勒輪廓等手段。例如WindowsXP操作系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的圖標(biāo)形象逼真、簡潔明了，提高了軟件的可操作性。

（4）字體設(shè)計(jì) 字體設(shè)計(jì)中，字形和顏色的選擇對于界面的視覺效果有很大的影響。一個(gè)界面中不要有太多的字體和顏色，也不要選擇字形復(fù)雜或者軟弱無力的字體，以簡潔清晰、便于識別為原則。

2 數(shù)控機(jī)床人機(jī)界面設(shè)計(jì)實(shí)例

以下是針對CK3225型數(shù)控車床的控制面板，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)和認(rèn)知心理等原則進(jìn)行的設(shè)計(jì)實(shí)例。最終方案用Photoshop進(jìn)行表現(xiàn)，效果如圖4所示。

（1）整體布局 整個(gè)面板采用黃金比例（1:1.618）矩形，并且對操作按鈕進(jìn)行功能分組然后布局。按其功能可以分為五個(gè)部分，即電源控制、進(jìn)給控制、方向控制、主軸:排屑控制、常規(guī)控制。將重要的和常用的控制按鈕（如電源控制和進(jìn)給控制按鈕）放置在便于控制和觀察的右方和上方。緊急停按鈕放在面板中間上方最醒目的位置。

（2）色彩設(shè)計(jì) 整體背景采用柔和、較暗的中度灰色，既可以明顯突出按鍵，又不容易對人的眼睛造成視覺疲勞。大部分按鍵采用天藍(lán)色為主，功能按鈕采用單獨(dú)的色彩設(shè)計(jì)。例如電源控制按鈕分別采用紅色和綠色，代表斷開和接通；緊急停按鈕采用黃色，比較醒目。

（3）控制器設(shè)計(jì) 大部分控制器采用圓角矩形和圓形按鈕的設(shè)計(jì)，因?yàn)橹饕刂贫际遣恍枰昧Φ目刂啤Ｖ挥形沧淄部刂破鞑捎眯o設(shè)計(jì)，便于在"向前"、"向后"兩個(gè)位置切換。重要功能按鈕采用的圖形編碼和文字:符號分別說明。例如四個(gè)方向控制按鈕用四個(gè)不同方向的三角形狀，分別代表X、Y軸的加減；"緊急停"按鈕上面設(shè)計(jì)有停止的標(biāo)志。一般的控制按鈕在按鈕下方或者本身加有文字說明。

3 結(jié)語

人機(jī)界面是數(shù)控機(jī)床的控制操作的核心部分。近年來，我國數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量持續(xù)增長，數(shù)控化率顯著提高，數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量也不斷提高。但是，我國數(shù)控機(jī)床在市場上的競爭力還不高，主要在于精度、人機(jī)性、操作性等方面還落后。因此，我們應(yīng)該注重?cái)?shù)控機(jī)床人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，提高數(shù)控機(jī)床操作的人機(jī)性能和認(rèn)知性能，從而提高我國數(shù)控機(jī)床在市場上的競爭力。