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[摘要] 数控机床正沿着高速、精密、复合、智能和绿色的方向发展，然而数控系统软件尤其是软件人机界面却没有跟上步伐。本文从人机工程学的角度出发，提出数控系统软件界面设计的必要性，并对数控系统软件人机界面的设计内容，如软件窗口界面结构、菜单界面、界面图标字体和界面图形元素等进行了研究探讨。
[关键词]人机界面；图标；字体；菜单；图元等
1 引言
数控机床人机界面包括软件人机界面和硬件人机界面。本文主要研究了数控系统操作部分中的软件人机界面。软件界面是指数控系统供用户观察、修改和设置内部软件运行过程及数据的人机交互界面。软件一般提供多种控件和图形库文件，可以组态出各种显示和控制功能，实现系统操作状态、当前过程值和故障的可视化。设计软件界面就是要合理设计和管理人-机之间对话的结构。软件人机界面在数控机床中有着无可替代的作用，其用户界面直接影响着数控机床的工作效率。数控机床的人机界面设计要使操作者能方便、快捷、迅速、准确的观察各种信息，它为操作者与数控系统之间的信息传递提供了一个特殊的交互平台，由此可见数控机床软件人机界面设计的重要意义和必要性。
2 数控系统软件人机界面的研究内容
数控系统的软件人机界面直接影响到操作者的工作效率。其研究内容主要包括软件的结构、软件界面的形式、图标字体、界面图元等。软件界面有命令语言、菜单、窗口和直接控制等形式。它的作用是接受用户命令，向数控系统提供数据输入，完成对数控系统运行的控制，同时组织数控系统的输出，向用户提供系统运行的信息。软件界面要遵循认知模型的一致性的原则，所以系统内部的各个界面应具有相似的外观、布局、人机交互方式和信息显示格式等。界面的空间布局要简洁、合理，还要尽量提供反馈信息，以减少误操作。现列举生活中几种常见的数控系统软件界面，以方便研究（如图1所示）。
2.1软件界面组织结构研究
系统软件的结构应该完整、条理清晰。常用的系统软件都是基于图形的窗口界面或菜单界面。概括现有数控机床窗口显示界面有以下七种：位置界面（绝对位置、相对位置、综合位置、位置程序）、程序界面、刀补界面、报警界面（报警信息、外部消息）、设置界面（开关设置、图形设置）、参数界面、诊断界面（号码诊断、面板诊断）、帮助页面（如图2所示）。不管是以前的命令界面还是现在基于图形的窗口界面，界面都要条理清晰、结构完整。
在数控系统中，由于精度要求很高，所以对数控系统的实时性要求很高，这就使数控系统必须满足实时性的要求，导致整个系统必须设有20多个界面。如果无序地将此20多个界面放在一起，这些界面之间的切换将非常繁杂，不易于用户记忆操作。为了使用户更方便、更快捷地操作机床，应该根据需要完成的任务和各个界面的性质以及各界面之间的相互关系，将这些界面设计成以不同的界面模式打开，进而更方便地在各个功能之间进行切换。在多界面情况下，将每一个功能模块设计在一个功能子窗口上，即先设计一个主窗口界面，在主窗口下分设多个子窗口作为各个功能模块的接口；在单一界面显示情况下，在一个主窗口上设计出多个分页，将特定的功能模块设计在相应的分页上，这样每个分页在主窗口上都有确定的位置。
2.2菜单界面的研究
菜单文件是一种逻辑结构，第一层为菜单段，菜单段下一层为子菜单或菜单项，子菜单以下层还可以设子菜单或菜单项，子菜单或菜单项是这棵结构树的终端节点。菜单界面的结构要按照一定的逻辑关系或者功能分类来设计，一般设计成单一菜单、线状序列菜单、树状菜单、循环网络及非循环网络菜单等。这样有助于提高系统的选取速度和操作者学习操作的效率，也可以减少误操作的发生。
菜单界面具有以下几个特点：（1）好的菜单界面能够把系统语义（做什么）和系统语法（怎么做）很明确直观的表达出来，给用户提供各种系统功能的选择；（2）菜单界面适合于结构化的系统，每个菜单项都可以对应于一个子程序功能或下一级子菜单，不适合非结构化的程序系统；（3）菜单界面减轻了用户的学习、记忆负担及培训，并简化了操作。所有的系统功能命令都显示在屏幕上，用户可以借助菜单界面的引导来完成其任务。
2.3图标与字体的研究
（1） 图标的设计研究
图标是表示实体信息的简洁符号。它是用经过良好设计的逼真形象来代表某个命令的实体，并提供迅速的、直观的信息。图标设计的重点应该放在表达含义的主要线条设计上，而不是画面的细节，再加上显示屏的分辨率及反光性的特点，这就意味着并不需要复杂的画面。
在设计图标时要注意以下几点：第一，细笔画和粗笔画的图形及背景对比是十分必要的。笔画过于细，会造成识别上的模糊性。 第二，应采用实心图标，实心图标比开放式边界的图标识别性强，且不易产生歧义。第三，图标的简洁化，图标在确保意义表达明确的基础上应尽量简洁。
（2）字体的设计研究
字体在数控机床人机界面设计中起着传递准确信息的作用。因此在设计时要注意：第一，首先要考虑字体的设计的可识别性，即字体主要功能是向操作者传达信息，所以字体的设计不宜花哨，以清晰为主。经过调研，在数控机床的人机交互界面设计中，英文和数字适宜使用Arial和Cambria字体，中文适宜使用宋体和黑体（如图3所示）。由于机床显示器分辨率要小于传统CRT显示器，在显示字母或图形时容易产生“锯齿”，因此应尽量减少斜体字的使用。第二，字体的大小。字体太大会占用显示界面，影响视觉效果。字体太小则会影响识别。通过实验得出，字体大小选择范围最小字母为5mm，最大为20mm。第三，字的间距。字跟字之间的距离最小为1mm，最大为5mm（如图4所示）。第四，字体的方向设计应遵循人的视觉习惯，即水平方向上从左向右；垂直方向上从上向下。
[关键词]人机界面；图标；字体；菜单；图元等
1 引言
数控机床人机界面包括软件人机界面和硬件人机界面。本文主要研究了数控系统操作部分中的软件人机界面。软件界面是指数控系统供用户观察、修改和设置内部软件运行过程及数据的人机交互界面。软件一般提供多种控件和图形库文件，可以组态出各种显示和控制功能，实现系统操作状态、当前过程值和故障的可视化。设计软件界面就是要合理设计和管理人-机之间对话的结构。软件人机界面在数控机床中有着无可替代的作用，其用户界面直接影响着数控机床的工作效率。数控机床的人机界面设计要使操作者能方便、快捷、迅速、准确的观察各种信息，它为操作者与数控系统之间的信息传递提供了一个特殊的交互平台，由此可见数控机床软件人机界面设计的重要意义和必要性。
2 数控系统软件人机界面的研究内容
数控系统的软件人机界面直接影响到操作者的工作效率。其研究内容主要包括软件的结构、软件界面的形式、图标字体、界面图元等。软件界面有命令语言、菜单、窗口和直接控制等形式。它的作用是接受用户命令，向数控系统提供数据输入，完成对数控系统运行的控制，同时组织数控系统的输出，向用户提供系统运行的信息。软件界面要遵循认知模型的一致性的原则，所以系统内部的各个界面应具有相似的外观、布局、人机交互方式和信息显示格式等。界面的空间布局要简洁、合理，还要尽量提供反馈信息，以减少误操作。现列举生活中几种常见的数控系统软件界面，以方便研究（如图1所示）。
2.1软件界面组织结构研究
系统软件的结构应该完整、条理清晰。常用的系统软件都是基于图形的窗口界面或菜单界面。概括现有数控机床窗口显示界面有以下七种：位置界面（绝对位置、相对位置、综合位置、位置程序）、程序界面、刀补界面、报警界面（报警信息、外部消息）、设置界面（开关设置、图形设置）、参数界面、诊断界面（号码诊断、面板诊断）、帮助页面（如图2所示）。不管是以前的命令界面还是现在基于图形的窗口界面，界面都要条理清晰、结构完整。
在数控系统中，由于精度要求很高，所以对数控系统的实时性要求很高，这就使数控系统必须满足实时性的要求，导致整个系统必须设有20多个界面。如果无序地将此20多个界面放在一起，这些界面之间的切换将非常繁杂，不易于用户记忆操作。为了使用户更方便、更快捷地操作机床，应该根据需要完成的任务和各个界面的性质以及各界面之间的相互关系，将这些界面设计成以不同的界面模式打开，进而更方便地在各个功能之间进行切换。在多界面情况下，将每一个功能模块设计在一个功能子窗口上，即先设计一个主窗口界面，在主窗口下分设多个子窗口作为各个功能模块的接口；在单一界面显示情况下，在一个主窗口上设计出多个分页，将特定的功能模块设计在相应的分页上，这样每个分页在主窗口上都有确定的位置。
2.2菜单界面的研究
菜单文件是一种逻辑结构，第一层为菜单段，菜单段下一层为子菜单或菜单项，子菜单以下层还可以设子菜单或菜单项，子菜单或菜单项是这棵结构树的终端节点。菜单界面的结构要按照一定的逻辑关系或者功能分类来设计，一般设计成单一菜单、线状序列菜单、树状菜单、循环网络及非循环网络菜单等。这样有助于提高系统的选取速度和操作者学习操作的效率，也可以减少误操作的发生。
菜单界面具有以下几个特点：（1）好的菜单界面能够把系统语义（做什么）和系统语法（怎么做）很明确直观的表达出来，给用户提供各种系统功能的选择；（2）菜单界面适合于结构化的系统，每个菜单项都可以对应于一个子程序功能或下一级子菜单，不适合非结构化的程序系统；（3）菜单界面减轻了用户的学习、记忆负担及培训，并简化了操作。所有的系统功能命令都显示在屏幕上，用户可以借助菜单界面的引导来完成其任务。
2.3图标与字体的研究
（1） 图标的设计研究
图标是表示实体信息的简洁符号。它是用经过良好设计的逼真形象来代表某个命令的实体，并提供迅速的、直观的信息。图标设计的重点应该放在表达含义的主要线条设计上，而不是画面的细节，再加上显示屏的分辨率及反光性的特点，这就意味着并不需要复杂的画面。
在设计图标时要注意以下几点：第一，细笔画和粗笔画的图形及背景对比是十分必要的。笔画过于细，会造成识别上的模糊性。 第二，应采用实心图标，实心图标比开放式边界的图标识别性强，且不易产生歧义。第三，图标的简洁化，图标在确保意义表达明确的基础上应尽量简洁。
（2）字体的设计研究
字体在数控机床人机界面设计中起着传递准确信息的作用。因此在设计时要注意：第一，首先要考虑字体的设计的可识别性，即字体主要功能是向操作者传达信息，所以字体的设计不宜花哨，以清晰为主。经过调研，在数控机床的人机交互界面设计中，英文和数字适宜使用Arial和Cambria字体，中文适宜使用宋体和黑体（如图3所示）。由于机床显示器分辨率要小于传统CRT显示器，在显示字母或图形时容易产生“锯齿”，因此应尽量减少斜体字的使用。第二，字体的大小。字体太大会占用显示界面，影响视觉效果。字体太小则会影响识别。通过实验得出，字体大小选择范围最小字母为5mm，最大为20mm。第三，字的间距。字跟字之间的距离最小为1mm，最大为5mm（如图4所示）。第四，字体的方向设计应遵循人的视觉习惯，即水平方向上从左向右；垂直方向上从上向下。