劉 濤，劉 鎏

（1.東北大學(xué)，遼寧 沈陽 110819；2.沈陽工學(xué)院，遼寧 撫順 113122）

1 數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的人機(jī)界面理論

數(shù)控機(jī)床造型人機(jī)界面設(shè)計(jì)，是處理人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式，即人們通過視覺和聽覺等感官接受來自機(jī)器的信息，與機(jī)器互相傳遞信息的媒介，經(jīng)過腦的加工、決策，然后做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的信息傳遞。從而建立并設(shè)計(jì)出美觀易懂、操作簡(jiǎn)單且具有引導(dǎo)功能的人機(jī)界面系統(tǒng)。使用戶感覺愉快、興趣增強(qiáng)，從而提高使用效率?？梢娧芯咳藱C(jī)界面就是研究機(jī)器怎樣適應(yīng)人的有效工作的問題。在人機(jī)界面系統(tǒng)中，機(jī)器適應(yīng)人就必須是機(jī)器怎樣把信息傳達(dá)給人和人怎樣有效操作的交流過程。人機(jī)界面是更多的關(guān)注數(shù)控機(jī)床造型與使用者之間的關(guān)系，是產(chǎn)品的使用價(jià)值，是處理的是人與物的關(guān)系。

人機(jī)工程學(xué)主要為人機(jī)界面設(shè)計(jì)中人的因素提供人體尺度參數(shù)，為機(jī)的功能合理性提供科學(xué)依據(jù)，為環(huán)境因素提供設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，為進(jìn)行人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。是研究“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)中人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，為解決系統(tǒng)中人的效能、健康問題提供理論與科學(xué)的方法。對(duì)于數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)更為方便、更舒適。實(shí)用、美觀、經(jīng)濟(jì)原則的一般需求，所以，人機(jī)界面設(shè)計(jì)的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品使用者與產(chǎn)品設(shè)計(jì)者之間的人與人的適時(shí)的交流。即使用者能充分理解設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)指導(dǎo)意圖，進(jìn)而正確地進(jìn)行使用操作，設(shè)計(jì)者也能從使用者那里得到有效地反饋信息。

數(shù)控機(jī)床造型人機(jī)界面設(shè)計(jì)，通常表述為人與機(jī)器之間信息傳遞的界面，人機(jī)界面（Human-Machine Interface）是人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式，即用戶與機(jī)器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。從而提高使用效率。另外，人機(jī)界面對(duì)于機(jī)器的設(shè)計(jì)僅限于與人進(jìn)行信息交流的部分。數(shù)控機(jī)床造型人機(jī)界面設(shè)計(jì)能夠真正滿足使用者深層次的需求，做到人機(jī)環(huán)境的有機(jī)統(tǒng)一。盡量減少數(shù)控機(jī)床操作難度，使其具有功能完善、便于掌握、操作方便的“宜人”機(jī)器。

2 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的界面要素分析

數(shù)控機(jī)床界面設(shè)計(jì)主要是通過人的視覺和聽覺等感官接受來自機(jī)器的信息，是人與機(jī)之間存在一個(gè)相互作用的媒介，經(jīng)過人的大腦獲取信息，然后做出反應(yīng)的過程來實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的信息傳遞。這種信息傳遞活動(dòng)主要包括機(jī)械的實(shí)用性、易用性和人機(jī)交互的效率等三大屬性的客觀評(píng)價(jià)。用戶體驗(yàn)則不僅著意于高工作效率，更追求使人們?cè)诠ぷ髦懈械接鋹?，獲得情感上的滿足。

2.1 數(shù)控機(jī)床界面設(shè)計(jì)中人的因素

根據(jù)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)界面的分析，人具有不同的視覺生理和心理特點(diǎn)，同時(shí)，人又要受到個(gè)體的文化、教育、職業(yè)、年齡、性別、地域、民族等因素的影響，必要的人也是數(shù)控機(jī)床界面需要考慮的因素，因?yàn)樗O(shè)計(jì)的要與人的普遍生理、心理特征及行為習(xí)慣相符。充分研究使用人的心理特點(diǎn)和需要，利用人機(jī)工程學(xué)主要的原理，設(shè)計(jì)具有良好交互性的數(shù)控機(jī)床造型產(chǎn)品提高其使用性，為解決人機(jī)協(xié)調(diào)問題提供一個(gè)有效的途徑，使數(shù)控機(jī)床界面成為功能完善、操作簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。另外，客觀對(duì)象作用于人時(shí)，人與機(jī)器之間的關(guān)系從人機(jī)界面的角度正在發(fā)生著根本的改變，人和機(jī)器（產(chǎn)品、環(huán)境）之間的信息交流不僅僅由理性的角度，而且更重要是由感性的角度出發(fā)來進(jìn)行。人的特性和文化的內(nèi)涵逐漸成為數(shù)控機(jī)床界面產(chǎn)品的主要特征。更加全面立體的內(nèi)涵，將超越我們過去所局限的人與物關(guān)系的認(rèn)識(shí)，向時(shí)間、空間、生理感官和心理方向發(fā)展，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流的手段的多樣性。產(chǎn)品的界面信息不僅要清楚明了，還要有趣、有個(gè)性。人可以通過按鈕、按鍵、顯示屏、鼠標(biāo)、鍵盤來控制機(jī)器。注重界面的情感特征，逐漸被設(shè)計(jì)師所重視，產(chǎn)品的界面起著傳遞產(chǎn)品和人之間的信息的橋梁的作用，要取得人的感情共鳴，那么這種界面就應(yīng)該具有豐富的文化內(nèi)涵。

2.2 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中機(jī)的因素

數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)界面的機(jī)的因素，即數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)類型；

①類型：機(jī)床的類型主要取決于機(jī)床的通用程度、加工精度和機(jī)床質(zhì)量，另外也與被加工零件的種類和生產(chǎn)批量有關(guān)；

②加工精度：加工精度主要取決于操作者操作時(shí)的精確程度，另外還與機(jī)床本身的幾何精度、傳動(dòng)精度以及運(yùn)動(dòng)精度有關(guān)；

③宜人的工作環(huán)境：機(jī)床各主要部件除應(yīng)布置合理外，還需滿足內(nèi)外功能統(tǒng)一和技術(shù)美學(xué)觀點(diǎn)，操作時(shí)應(yīng)舒適、易掌握，并且符合人的日常習(xí)慣及心理、生理特點(diǎn)。包括一下產(chǎn)品的幾個(gè)方面等。

2.2.1 功能分析

功能表示產(chǎn)品所具有的效用，并被接受的能力，產(chǎn)品只有具備某種特定的功能才有可能進(jìn)行生產(chǎn)和銷售。因此，產(chǎn)品功能分析是從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度分析，明確用戶對(duì)功能的要求，以及產(chǎn)品應(yīng)具備的功能內(nèi)容和功能水平，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。通過功能分析，安排合適的結(jié)構(gòu)，配置相適應(yīng)的材料與工藝，將這些內(nèi)部因素有機(jī)疊加起來，構(gòu)成界面的外在形態(tài)。界面之所以存在的根本意義，就在于傳達(dá)功能信息和文化信息，也就是產(chǎn)品范疇的使用功能和精神功能。所以，功能是界面存在的必須和基礎(chǔ)。

2.2.2 結(jié)構(gòu)分析

結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品功能的承擔(dān)者，也是形態(tài)的承擔(dān)者，產(chǎn)品的大小、形狀、操作方式等都要受到結(jié)構(gòu)的制約。同時(shí)，材料與加工技術(shù)又制約著結(jié)構(gòu)。由于材料性能和加工方式都不盡相同

2.2.3 形態(tài)分析

產(chǎn)品形態(tài)是承載產(chǎn)品內(nèi)在的功能、結(jié)構(gòu)、文化內(nèi)涵等本質(zhì)因素的外在表現(xiàn)因素，通過視覺而使人產(chǎn)生一種生理和心理過程。產(chǎn)品的形態(tài)與結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、空間、功能等有著密切的聯(lián)系，并受到以上因素的限制。

形態(tài)具有指示用戶如何使用的功能。另外，形態(tài)還具有滿足人們審美要求、反映一定文化內(nèi)涵的功能。

2.2.4 色彩分析

色彩具有象征功能、審美功能和指示功能。界面色彩的選擇主要是依據(jù)界面的功能、工作環(huán)境、人的要求等因素來決定。一般應(yīng)考慮產(chǎn)品定位人群、產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品所處環(huán)境條件諸因素。

（1）要考慮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)定位。不同的消費(fèi)群體有不同的色彩審美觀，不同色彩具有不同的感情；

（2）界面的色彩設(shè)計(jì)要突出工業(yè)品的功能結(jié)構(gòu)，幫助人們識(shí)別使用范圍和強(qiáng)調(diào)個(gè)別部件功能特征，使人機(jī)對(duì)話更直接，減輕人視力的負(fù)擔(dān)；

（3）界面的色彩設(shè)計(jì)滿足作業(yè)環(huán)境的要求。為了能使色彩和背景色中突出來。

2.2.5 材料與工藝分析

材料與工藝是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、色彩、形態(tài)、功能的物質(zhì)技術(shù)條件。材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使新型材料不斷出現(xiàn)和應(yīng)用，每一次新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，都會(huì)產(chǎn)生不同的成型加工方法和工藝制作方法，從而導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，形成新的設(shè)計(jì)風(fēng)格。

不同的材料具有各自不同的表面特征，對(duì)人的視覺和觸覺產(chǎn)生直接的影響，如肌理、光澤、光滑度、透明度等。材料的選擇不僅要滿足產(chǎn)品的功能，還要考慮其材質(zhì)美，以及能夠明確地向人傳達(dá)某種信息，如高科技感、綠色設(shè)計(jì)理念、民族風(fēng)格等。

3 數(shù)控機(jī)床界面設(shè)計(jì)原則

3.1 人機(jī)協(xié)調(diào)界面與人的交互設(shè)計(jì)原則

數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)還要有良好的人機(jī)協(xié)調(diào)需求，使操作者反應(yīng)快捷，使用準(zhǔn)確，滿足人—機(jī)協(xié)調(diào)的要求。數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的人機(jī)協(xié)調(diào)需求關(guān)系，即數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)要滿足使用者工作時(shí)的心理需求。“機(jī)宜人”就是要以人為系統(tǒng)的中心，機(jī)器應(yīng)盡量滿足使用者的生理、心理、審美以及社會(huì)價(jià)值觀念等條件的要求。包括：信息顯示既易于接受又便于做出判斷；操縱系統(tǒng)的尺寸、控制精度、作用強(qiáng)度、操縱力以及位置均適合人的操作，以及界面風(fēng)格符合人的審美需求等。如數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)按鈕區(qū)域設(shè)計(jì)為手指部分的負(fù)形，并設(shè)計(jì)有凸筋，不僅便于手握的位置、手指的定位，而且暗示它的使用方式。

3.1.1 人適機(jī)的設(shè)計(jì)原則

機(jī)器的結(jié)構(gòu)有其自身的規(guī)律，在空間和時(shí)間上受到某種限制，如經(jīng)濟(jì)上的可行性，技術(shù)上的可行性，以及機(jī)器本身性能要求的條件等。為了適應(yīng)這種情況，盡量發(fā)揮人的因素具有能動(dòng)性和創(chuàng)造性這一特點(diǎn)，使人適應(yīng)機(jī)器的要求，以保證人機(jī)系統(tǒng)具有最佳工效。

3.1.2 友好的人機(jī)界面

人機(jī)界面是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流的通道，人的知覺動(dòng)作通過界面轉(zhuǎn)換成機(jī)器的運(yùn)作，運(yùn)作的結(jié)果又通過界面返回給人。人按照自己的方式去思維和行為，機(jī)器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按照機(jī)器的特性來運(yùn)作，如何使人機(jī)有效地交流，協(xié)調(diào)完成任務(wù)，取決于人機(jī)界面的友好性。包括：顯示器的可識(shí)別性、控制器的可控性、顯示器和控制器的布局、人與機(jī)的結(jié)合方式等。界面信息布局合理、簡(jiǎn)潔明了；操作步驟簡(jiǎn)化，使用快捷方式，提高效率；不同的應(yīng)用系統(tǒng)之間，以及應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部的概念模式、語義、命令語言語法、顯示格式、界面布局、人機(jī)交互方式等具有一致性，不同的人機(jī)界面設(shè)計(jì)要盡量減少用戶記憶負(fù)擔(dān)，采用有助于記憶的設(shè)計(jì)方案。

3.1.3 人機(jī)因素和環(huán)境因素相協(xié)調(diào)

人與機(jī)器的協(xié)作是在一定環(huán)境中進(jìn)行的，因此，要考慮環(huán)境對(duì)人機(jī)的影響（如人的安全性和舒適性、機(jī)器工作的有效性和使用壽命等），還要考慮人機(jī)對(duì)環(huán)境的影響，（如機(jī)器的材料是否環(huán)保、人與機(jī)器交流的方式是否損害環(huán)境等），從而使人機(jī)系統(tǒng)更好地發(fā)揮效能，且符合可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。

不同的使用需求使人產(chǎn)生不同的心理感受，人機(jī)協(xié)調(diào)的需求設(shè)計(jì)能減輕操作者工作時(shí)的疲勞感和緊張的情緒，使人工作時(shí)輕松自如，從而提高工作效率、確保工作的安全性。相反，會(huì)使操作者產(chǎn)生、緊張、疲勞的感覺而不利于工作，從而會(huì)降低工作效率。因此人機(jī)協(xié)調(diào)需求設(shè)計(jì)，它不僅影響數(shù)控機(jī)床的使用功能和外觀的美觀性，更重要的是影響到人們工作環(huán)境氣氛、操作者心理等。

3.2 數(shù)控機(jī)床界面設(shè)計(jì)適應(yīng)環(huán)境原則

數(shù)控機(jī)床的需求設(shè)計(jì)要考慮使用環(huán)境，即應(yīng)注意使用的地理環(huán)境及工作車間內(nèi)環(huán)境，使用內(nèi)環(huán)境又包括溫度、衛(wèi)生、噪聲等條件。追求整個(gè)需求的一個(gè)安全的機(jī)制，把人的感受器官、效應(yīng)器官、智能和其他能量在環(huán)境中體現(xiàn)出來。以減小與環(huán)境的反差，因此，為了給人舒適的環(huán)境空間，因而在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的需求設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮產(chǎn)品的功能與使用環(huán)境相互的關(guān)系。由于環(huán)境因素的不同，人的需求隨著環(huán)境的變化，構(gòu)成了不同的需求變化。環(huán)境因素，主要是針對(duì)數(shù)字產(chǎn)品、人、操作環(huán)境之間的關(guān)系問題。數(shù)字產(chǎn)品的使用必然要受到溫度、濕度、噪音及其他干擾等物理因素的影響，從而對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提出各種應(yīng)予以考慮的問題，使環(huán)境對(duì)使用的不利影響減至最小。另外，環(huán)境應(yīng)具有宜人性，使人在使用產(chǎn)品時(shí)能有良好的安全感、舒適感，使人的因素得到可靠的保證。各種不同的使用狀態(tài)與環(huán)境，必然對(duì)數(shù)字產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中有不同的要求。要考慮其造型和使用狀態(tài)等與家居環(huán)境相適應(yīng)。

3.3 符合界面設(shè)計(jì)審美需原則

通常是數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)美學(xué)法則的形式體現(xiàn)。它的作用是使數(shù)控機(jī)床造型具有生動(dòng)活潑的形態(tài)。增強(qiáng)了產(chǎn)品形態(tài)生動(dòng)與韻律感。提高界面的藝術(shù)性要考慮界面內(nèi)容的配置與空間寬裕度的保留，界面信息不宜過多，適當(dāng)?shù)牧舭讓⑹拐麄€(gè)界面看起來清楚而美觀。界面信息要有主有次，利用色彩、線條、形狀、大小等區(qū)分界面內(nèi)容。不要使用過度復(fù)雜的形態(tài)，不要使用過多的色彩，不要使用復(fù)雜難懂的符號(hào)，盡量使整個(gè)界面簡(jiǎn)潔、美觀。用理論來分析數(shù)控機(jī)床中的界面設(shè)計(jì)，絕不是指硬軟件界面單純的版式、字體、色彩等界面美術(shù)設(shè)計(jì)，還要研究產(chǎn)品的可用性、易用性，規(guī)劃和組織各類交互信息，對(duì)用戶體驗(yàn)進(jìn)行調(diào)查和分析，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，使最終產(chǎn)品能讓用戶在最短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)使用，并能較深入地自學(xué)，掌握全部的功能。在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中，美感是指線條、形狀、色彩、材質(zhì)等方面的變化與統(tǒng)一，是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的有效處理方法。使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品成為一個(gè)完整的造型，使產(chǎn)品充滿生動(dòng)、和諧、親切的感覺。

4 數(shù)控機(jī)床造型界面設(shè)計(jì)應(yīng)用原則

通過對(duì)數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)中的人機(jī)界面分析可以得到結(jié)論：分析數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)的界面要素，總結(jié)數(shù)字產(chǎn)品的界面設(shè)計(jì)原則，并以數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)將操作者作為主要研究對(duì)象，使操作既簡(jiǎn)便省力又迅速準(zhǔn)確，以此來達(dá)到為操作者構(gòu)建安全、舒適、高效的作業(yè)環(huán)境目的。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品使用者與產(chǎn)品設(shè)計(jì)者之間的人與人的適時(shí)交流。利用人機(jī)工程學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)、藝術(shù)設(shè)計(jì)等原理，對(duì)其界面進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)。將數(shù)控機(jī)床造型和傳統(tǒng)產(chǎn)品的人機(jī)界面進(jìn)行比較，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。并歸納數(shù)控機(jī)床造型界面設(shè)計(jì)原則，以及人機(jī)交互原則。

并對(duì)其數(shù)控機(jī)床造型界面進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使其界面更加友好、和諧、自然，人性的關(guān)懷、文化的內(nèi)涵是其中重要組成部分。從而改善人們的生活理念和生活方式，使人們更加舒適地操作。既簡(jiǎn)便省力又迅速準(zhǔn)確，以此來達(dá)到為操作者構(gòu)建安全、舒適、高效的作業(yè)環(huán)境目的。當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床界面設(shè)計(jì)。應(yīng)把握人機(jī)協(xié)調(diào)完整性，著重人與機(jī)器的協(xié)調(diào)原則，在設(shè)計(jì)中將機(jī)器看作是人思想的延伸。從而使人機(jī)效能得到充分的發(fā)揮，提高系統(tǒng)效率，使產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到大幅度提升，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。