江俊良+遲春燕+王鉞仁+谷登科+田軍超+李振鵬

（吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院 吉林 長(zhǎng)春 130118）

【摘要】針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法過(guò)程復(fù)雜，邏輯性差，修改不便的特點(diǎn)，利用圖像用戶(hù)界面的人機(jī)交互性，實(shí)現(xiàn)了基于matlab/GUI的裝載機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建與實(shí)現(xiàn)。選取鏟斗設(shè)計(jì)為例，闡述GUI的具體設(shè)計(jì)過(guò)程。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)平臺(tái)運(yùn)行良好，設(shè)計(jì)過(guò)程清晰簡(jiǎn)明，此平臺(tái)作為理論教學(xué)的輔助手段，可加深學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的理解和運(yùn)用，也可作為工程設(shè)計(jì)人員的輔助設(shè)計(jì)工具。

【關(guān)鍵詞】裝載機(jī)設(shè)計(jì) 人機(jī)交互界面 matlab/GUI

一、引言

隨著社會(huì)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)水平的提高的需求，工程機(jī)械呈現(xiàn)種類(lèi)多，覆蓋面寬，功能齊全的蓬勃發(fā)展局面。而設(shè)計(jì)作為整個(gè)機(jī)械生產(chǎn)流程的第一步可以說(shuō)是至關(guān)重要的，但是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程基本沒(méi)有用戶(hù)界面，或者僅僅靠簡(jiǎn)單的文字信息和 屏幕顯示與用戶(hù)進(jìn)行交互，過(guò)程繁雜、工作量大，容易出現(xiàn)較大的錯(cuò)誤且不便于修改，這極大的制約著設(shè)計(jì)師推出更優(yōu)秀的產(chǎn)品。而GUI設(shè)計(jì)具有用戶(hù)界面友好性，圖標(biāo)識(shí)別平衡性，圖標(biāo)功能的一致性等特點(diǎn)，能夠建立起友好的交互界面便于在設(shè)計(jì)過(guò)程中與用戶(hù)進(jìn)行交流。

因此本文利用MATLAB強(qiáng)大的圖像處理和圖形表現(xiàn)能力，良好的GUI設(shè)計(jì)環(huán)境，針對(duì)工程機(jī)械的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以裝載機(jī)為例，將GUI設(shè)計(jì)應(yīng)用于其設(shè)計(jì)過(guò)程、關(guān)鍵參數(shù)確定等的設(shè)計(jì)過(guò)程，來(lái)建立良好的人機(jī)交互界面，從而在繁雜的設(shè)計(jì)過(guò)程中，減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，降低設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤率，從而提高工作效率。

二、設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)平臺(tái)的布局是先設(shè)計(jì)GUI總界面，然后設(shè)計(jì)子界面，再在子界面上設(shè)置按鈕、菜單、文本框等一系列控件，最后借助于callback函數(shù)調(diào)用程序，在函數(shù)調(diào)用程序的設(shè)計(jì)中先編寫(xiě)各個(gè)子界面中的回調(diào)函數(shù)下的程序，再編寫(xiě)GUI界面的回調(diào)函數(shù)下的程序。

在設(shè)計(jì)人機(jī)交互操作界面時(shí)，在MATLAB命令行中輸入guide或者選擇MATLAB主界面File菜單New子菜單下的GUI項(xiàng)，打開(kāi)GUIDE啟動(dòng)對(duì)話(huà)框，在GUIDEtemplates 菜單下4個(gè)選項(xiàng)中選擇空白模板BlankGUI（Default），在點(diǎn)擊OK后進(jìn)入GUI編輯界面。在GUIDE設(shè)計(jì)界面下，通過(guò)單擊或者拖拽鼠標(biāo)的方式創(chuàng)建自己的GUI程序界面。

三、裝載機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)

裝載機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜，設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，該設(shè)計(jì)平臺(tái)的建立采用一個(gè)總設(shè)計(jì)界面與若干個(gè)子設(shè)計(jì)界面相互回調(diào)，每個(gè)子界面都可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容，并且可以切換回主界面，進(jìn)行其他內(nèi)容的設(shè)計(jì)。

（一）總界面的設(shè)計(jì)

打開(kāi)Matlab，打開(kāi)NEW中的GUI，新建一個(gè)主界面，添加一個(gè)Static Text控件用于顯示參數(shù)的名稱(chēng)，并命名為“裝載機(jī)設(shè)計(jì)”； 添加一個(gè)Axes控件用于顯示參數(shù)的細(xì)則圖像，并添加裝載機(jī)圖片；同時(shí)再創(chuàng)建9個(gè)Push Button控件用于完成程序在后臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，并分別命名為“總體設(shè)計(jì)”、“工作裝置設(shè)計(jì)”、“動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)”以及“退出”；點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，運(yùn)行結(jié)果如1所示。

（二）子界面的設(shè)計(jì)

針對(duì)總結(jié)面中8個(gè)按鈕所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容分別設(shè)置多級(jí)子界面，以工作裝置設(shè)計(jì)中的鏟斗設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明。

（1）新建工作裝置設(shè)計(jì)一級(jí)子界面。添加Panel控件，并命名為“工作裝置設(shè)計(jì)”；添加5個(gè)Push Button控件，并分別命名為“鏟斗設(shè)計(jì)”、“連桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“靜力學(xué)計(jì)算及強(qiáng)度校核”、“結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析”以及“退出”，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，運(yùn)行結(jié)果如圖2所示。

（2）新建鏟斗設(shè)計(jì)二級(jí)子界面。由4個(gè)面板（Panel）、2個(gè)觸控按鈕（Push Button）、34個(gè)靜態(tài)文本（Static Text）、9個(gè)可編輯文本框（Edit Text）、4個(gè)彈出式菜單（Pop-up Menu）組成。4個(gè)面板（Panel），分別命名為“鏟斗設(shè)計(jì)”、“確認(rèn)基本參數(shù)”、“計(jì)算”以及“斗容計(jì)算”；2個(gè)觸控按鈕（Push Button）用于實(shí)現(xiàn)相關(guān)計(jì)算，分別命名為“計(jì)算”、“計(jì)算”；34個(gè)靜態(tài)文本（Static Text）用于顯示部分計(jì)算結(jié)果的值，分別為“mr”、“vr”、“cxvs”、“寬度m”、“內(nèi)側(cè)寬度m”、“斗底長(zhǎng)度系數(shù)1.40-1.53”、“后壁長(zhǎng)度系數(shù)1.1-1.2”、“擋板高度系數(shù)0.12-0.14”、“圓弧半徑系數(shù)0.35-0.45”、“張開(kāi)角45°-52°”、“擋板與后壁間的夾角5°-10°”、“下鉸接點(diǎn)與斗底高系數(shù)0.06-0.12”、“鏟斗回轉(zhuǎn)半徑m”、“鏟斗圓弧半徑m”、“斗底長(zhǎng)度m”、“后斗壁長(zhǎng)度m”、“擋板高度m”、“下鉸接點(diǎn)與斗底高度”、“r0”、“r1”、“l(fā)g”、“l(fā)z”、“l(fā)k”、“homega”、“橫截面積”、“鏟斗開(kāi)口長(zhǎng)m”、“堆積高度m”、“平裝容量計(jì)算”、“額定容量計(jì)算”、“sa”、“bt”、“c”、“vs”、“vrr”；9個(gè)可編輯文本框（Edit Text），分別命名為“edit1”、“b0”、“l(fā)ambdag”、“l(fā)ambdaz”、“l(fā)ambdak”、“l(fā)ambdar”、“gamma0”、“gamma1”、“hr”；4個(gè)彈出式菜單（Pop-up Menu）用于同類(lèi)數(shù)值的選取，并命名為“選擇裝載機(jī)的型號(hào)（ZL10、ZL15、ZL20、ZL25、ZL30、ZL40、ZL50、ZL80、ZL100、ZL160、ZL200、ZL240）”、“請(qǐng)選擇切削刃形狀（直線(xiàn)型切削刃和非直線(xiàn)型切削刃）”、“請(qǐng)選擇斗齒（整體式和分體式）”和“請(qǐng)選擇側(cè)刃（弧線(xiàn)測(cè)刃和折線(xiàn)測(cè)刃）”，并擺放于合適位置，如圖3所示。

點(diǎn)擊下拉菜單，選擇ZL80輪式裝載機(jī)為例，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，然后輸入相應(yīng)的參數(shù)時(shí)可得到如下結(jié)果，如圖4所示。

由圖4可知，在下拉菜單中選擇不同型號(hào)的鏟斗，在文本輸入框中輸入不同的條件參數(shù)，即可得到不同的鏟斗設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)過(guò)程直觀(guān)明了，不同的條件參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響一目了然，方便了設(shè)計(jì)人員修改更正，使得設(shè)計(jì)過(guò)程更為簡(jiǎn)單有效。endprint

鏟斗設(shè)計(jì)結(jié)束后，可通過(guò)界面跳轉(zhuǎn)返回一級(jí)子界面，點(diǎn)擊其他按鈕進(jìn)入相應(yīng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的二級(jí)子界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，界面及功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程與鏟斗類(lèi)似，在此不一一贅述。

（三）界面的跳轉(zhuǎn)及退出

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，每一個(gè)界面之間還存在一定的聯(lián)系，因此需要界面的跳轉(zhuǎn)，以圖2跳轉(zhuǎn)到圖3界面為例，設(shè)計(jì)過(guò)程為：打開(kāi)裝載機(jī)設(shè)計(jì)的fig文件，右鍵單擊工作裝置設(shè)計(jì)，然后點(diǎn)擊View Callbacks中的Callback，彈出回調(diào)函數(shù)如下：

% --- Executes on button press in pushbutton10.

function pushbutton10_Callback（hObject， eventdata， handles）

% hObject handle to pushbutton10 （see GCBO）

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data （see GUIDATA）

（1）此時(shí)如在此程序后面輸入要跳轉(zhuǎn)到下一界面的m文件程序名稱(chēng)，如：Gongzuozhuangzhisheji即可從主界面跳轉(zhuǎn)到工作裝置設(shè)計(jì)一級(jí)子界面。

（2）如在此程序后面輸入close（gcf），即可退出此界面。

四、結(jié)論

本文應(yīng)用可視化編程能力的圖形用戶(hù)界面GUI，實(shí)現(xiàn)了裝載機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)的建立，該設(shè)計(jì)平臺(tái)將裝載機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程加載在平臺(tái)界面中，通過(guò)總界面與子界面不同的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)了圖形用戶(hù)界面人機(jī)交互式的設(shè)計(jì)過(guò)程，增加了設(shè)計(jì)過(guò)程的直觀(guān)性，便于設(shè)計(jì)人員修改更正，既可作為教學(xué)輔助軟件幫助學(xué)生理解理論知識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量，也可作為專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員的輔助設(shè)計(jì)工具，同時(shí)也為其他工程機(jī)械的可視化設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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