浅析数控机床人机界面的开发与设计

    装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么。而在于怎样生产“用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展，提高综合国力和国家地位的重要途径。

1 数控机床人机界面的基本含义

    人机界面是人与机器进行交互的操作方式，即用户与视器互相传递信息的媒介，其中包括信息的输入与输出。应结合心理学、人机工程学，计算机语言学，艺术设计，智能人机界面、社会学与人类学等多学科知识对人机界面设计进行研究。其发展趋势也向着更加人性化，高科技化的方向发展。

    人机界面设计可理解为广义的人机界面设计和狭义的人机界面设计。狭义的人机界面是计算机系统中的人机界面，又称人机接口、用户界面，它是计算机科学与心理学。图形艺术，认知科学和人机工程学的交叉研究领域，是人与计算机之间传递和交换信息的媒介，是计算机系统向用户提供的综合操作环境。从广义的人机界面角度来讲，它主要是研究人与机关系的合理性。人机界面中的“人”是指作为工作主体的人，包括操作人员，决策人员等。人的生理特征，心理特征以及人的适应能力都是重要的研兖方向。人机界面中的“机”是指人所控制的一切对象的总称，包括人操作和使用的一切产品和工程系统。设计满足人的要求、符合人的特点的“机”，是人机界面设计探讨的重要问题。数控机床的人机界面可分为软件人机界面和硬件人机界面。

2 关于数控系统设计开发规范

    开放式数控系统有更好的通用性、柔性，适应性，扩展性，美国，欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(omac、osaca、osec)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的one数控系统的规范框架的研究和制定。

3 关干数控标准

    数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于iso6983标准，即采用g，m代码描述如何(how)加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的cnc系统标准iso14649(step-nc)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。

    step-nc的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，step-nc提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，nc加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，nc程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向.其次，step-nc数控系统还可大大减少加工图纸(约75%)，加工程序编制时间(约35%)和加工时间(约50%)。

4 数控机床软件界面设计原则

    软件在数控机床中的作用非常重要，其用户界面直接影响着数控机床的工作效率和效果。数控机床软件界面的设计原则可归纳如下:

    4.1一致性原则

    软件人机界面的一致性原则主要是指在不同的系统之间及应用系统内部具有相似的界面外观、布局、人机交互方式及信息显示格式等。一致性原则有助干用户学习机床的操作，并减少使用时的出错率。

    4.2提供信息反馈

    信息反馈是指机床对用户的操作所作的反应，它可以表明用户的操作是否为机床所接受、是否正确，以及操作的效果怎样.反馈方式可以是文本、图形和声音等。

    4.3保持界面空间布局的合理性

    界面空间的布局应简洁明了。设计师应根据对现实操作物的理解设计出能给用户带来方便的界面。

    4.4合理利用颜色和图形

    界面上使用颜色可以更好地进行提示操作，还能缓解操作者的视觉疲劳。所用颜色一般不超过3-5种。

    4 .5选择适合的字型和大小

    一个界面中，最好不要有太多的字型，更不宜选用字型太复杂或软弱无力的字体，越简洁清晰则辨识性越佳。例如，字符高宽比可取2:1或1:1，以便清晰识别。

5 数控机床硬件界面设计原则

    由于数控机床应用数字技术实现了对机床的执行运动顺序和运动位移的直接控制.传统机床的变速箱结构被取消或部分取消了，因而机械结构也大大简化了。数控机床的硬件人机界面的设计原则可归纳如下:

    (1)机床外观色彩的设计原则。机床固定安置，工作气氛平静.因此色彩不宜过于刺激与兴奋，也不宜过于沉闷，应使操作者在工作时心情愉快。一般以纯度低而明度高的颜色为宜，不宜大面积采用有刺激和兴奋作用的色彩，但应有适当的对比效果，一般采用装饰色带，面板色及警惕色与主体形成对比。

    (2)机床外观尺度与比例的设计原则。机床主要部件之间，以及它们与整个机床结构之间的尺度与比例。对机床造型设计来说是至关重要的。例如，在确定机床的基本尺寸时，运用了“黄金分割”的原则，机床的高度与长度之比为0.1618，使机床的轮廓更紧凑、机床各部件的尺寸关系更协调，增加了机床造型的美感。机床是以水平线作为整体布局的基准，各个部件之间均以水平线分割。水平线忌不整齐、无规则、无层次，要有严格的层次，要统一和协调.为机床增加精密感、规则感和稳定感。机床的垂直划分线不多，在其衬托下使机床的水平划分更加突出。垂直划分线应简明、规则、大方。此外，机床表面忌凹凸部位过多，以防积存油污灰尘，不易清理。

    (3)机床工作台面和控制面板的布置原则。主工作台面的高度应根据操作要求，按立姿，坐姿，坐/立姿的操作要求进行设计。工作台面上，像手轮和摇把类的手动操纵器的设计，应根据功能和使用方式的不同，进行大小、形状、类别及位置的设计。控制面板上的控制按钮和显示仪表，应按功能区进行划分，同时满足显示一控制相合性的要求，其位置高度和布置排列应符合人机关系，使人方便操纵和观察。