论文部分内容阅读
【摘 要】人性化设计是工业设计研究中一个非常重要的课题，对人性的关怀是每个工业设计师不变的追求。在数控机床的设计中，设计师应以人机工程理论为指导，充分考虑如何让使用者掌握数控机床的操作，解决诸如程序设计、人机对话、心理负荷、故障诊断和处理、系统安全以及社会心理等问题。这是数控机床人性化设计的关键，也就是如何设计出和谐的人机系统，创造一种良好的人机互动。
【关键词】数控机床；人性化设计；人机工程
0.前言
在数控机床设计中，追求高技术、高精度、高效率和自动化是目的之一，而不是全部。工业设计师必须着力研究其使用者越来越高的精神需求和越来越强的个性表现，基于人的需求去创造数控机床的新形象，这也是现代工业设计价值的新拓展。数控机床的人性化设计就是在人机工程理论的指导下，探讨和应用人的行为、能力、本能极限和其他的特性来对数控机床进行设计，创造一种良好的人机互动关系。如何让使用者掌握数控机床的操作，解决诸如程序设计、人机对话、心理负荷、故障诊断和处理、系统安全及社会心理等问题，是数控机床设计的关键，也就是如何设计出和谐的人机系统。
1.数控机床系统的功能分配与人机匹配
1.1功能分配
在人机系统中，充分发挥人、机各自的特长，长短互补，以达到系统整体的最佳效率与总体功能，这是人机系统设计的基础。人机功能分配建立在对人、机特性的分析比较基础上。在数控机床使用中，指令程序编制、系统监控、维修排除故障，应付突发事件等工作由人承担；而数控机床则承担速度快、精密度高、规律性、长时间的重复操作，以及高级运算、危险、笨重方面的工作。随着科学技术的发展，在人机系统中，人的工作将逐渐由机替代，促使人逐渐从各种不利于发挥特长的工作岗位上得到解放，从而更加安全、舒适[1]。
1.2人机匹配
在复杂的人机系统中，为使系统总体效能最优，必须在机械设备与操作者之间找到最优组合，达到最佳人机匹配。选择最有利于发挥人的能力，提高人的操作可靠性的匹配方式来进行设计，能减轻人的负担，改善工作条件，提高工作效率。如在数控机床控制与显示装置的设计中，必须研究人的生理和心理特点，了解感官功能的极限能力以及使用时可能出现的疲劳累积，以保证人机的最佳协调。随着人机系统现代化程度的提高，脑力作业及心理紧张性作业负荷加重，留下事故发生的隐患。随着计算机技术的发展，人机配合、人机对话将进入新的阶段，使人机系统形成一种新的组织形式：人与智能机的结合，人类智能与人工智能的结合，人与机械的结合，从而使人在人机系统中处于新的地位 J。因此，在数控机床设计中，必须实时考虑人机匹配。
2.数控机床的人机界面分析
人机界面是人与机器之间传递和交换信息的媒介，是计算机科学、心理学、设计艺术学、认知科学和人机工程学的交叉研究领域。包括硬件界面和软件界面。数控机床的软件界面是应用软件的界面，具有一定的程式化特征，因此，本文主要研究数控机床的硬件界面。
2.1显示输入面板的人机分析
数控机床的显示输入面板是人与机床之间信息交流的主要平台。进行设计时，除考虑技术设计问题外，还应注意以下几点：
（1）面板的位置面板的空间位置必须适合使用者观察、认读和进行输入操作。一般情况下，面板应固定在床身的某一侧，并能多角度、多位置调节，使任何身材的使用者在任何位置都能方便舒适地操作和观测，保证较高的观察精度和输入效率。
（2）数显的方式、字形、时间这部分属于软件界面。显示的数字应由左向右横读，且各个数字的间隔不宜太大。显示位数应按显示精度的需要确定。现今数控机床的显示屏大多为液晶屏，显示数码笔划由点或短横线组成，视需要而定，数字用短横较好，字母或汉字用密集的点较好。每个数至少应停留0.2s才能被看清，因此，数字的变换速度不宜超过0.2s。
（3）输入方式为整体美观和清洁的需要，输入键盘大多采用超薄或感应式的，其触感要好，感应灵敏度要适中，这需要在材料和工艺上多做考虑。各功能键的排布和尺寸在设计时也要根据人的生理特征做好仔细思量，要符合人们的习惯，常用的键应相对大一些，便于辨认。
2.2控制装置的人机分析
机床的操作是通过控制装置（如手柄、手轮、按钮等）来实现的，它们负责把操作者发出的即时指令传递给机床的执行环节，为此，控制装置的设计和布置必须按人肢体的活动范围、肌力大小及生理特点来考虑。
（1）手柄和控制杆它们都是单手控制器，由执握柄和杠杆组成，不同的只是手柄的杠杆较短，控制杆的杠杆较长。因此，手柄常用在操纵力较小，位置较近的场合-4J。执握柄的形状主要依据手部的生理结构和用力大小来确定，而杠杆部分现在多用长度可调的。
（2）手轮和摇把它们都是旋转器，可做多圈连续旋转，适合做连续性的操作，如机床罩的开关。
（3）旋钮旋钮分为指示型和调节型两种。指示型旋钮的转动角度小于360。其偏转的角度位置有重要的信息意义，为避免误操作应标示清楚。调节型旋钮一般做多圈转动，可用于调整机床的工作参数，其工作阻力较大，周边常设计成凸棱或浅槽，以防操作时打滑。
2.3观察方式与工作区显示
机床的工作区是指刀具对工件进行切削加工的部分。在数控机床上，它能直观显示刀具的切削、破损、冷却、润滑、排屑情况以及工件的尺寸和形状等，n-r状况信息。在这里视觉器官起主要作用，这部分的机床罩要选用透明材料。[2]
3.数控机床的色彩宜人性
色彩在产品设计中蕴含强烈的人性化艺术魅力。实验表明，人在看物体时，最初20s内，色彩的成分占80%；2rain后，色彩占6o%，形体占40%；5min后，色彩和形体各占50%，以后这种状态将持续下去。由此可见，色彩在造型效果中起着重要作用。对于机床来说，其色彩要给人以舒适、高雅、清新的感觉。不宜过分灰暗与单调，也不宜过分艳丽与凌乱，一般采用大面积低纯度的色彩统一全局，再选用小面积的高纯度色彩使之活跃变化，采用中性色来联系过渡，从而达到调和统一的目的。数控机床是精密设备，色彩力求单纯，一般2～3色为宜，色彩越简洁醒目，整体感越强。以沉着、朴素、纯度不高的色彩为主，点缀以亮丽的色彩，使色彩单纯而不单调，沉静而不沉闷，这样的用色温馨、含蓄、耐看，既反映数控机床精密的功能特征，又可使使用者在操作中感觉环境舒适，机器亲切，从而精神愉快、稳定而集中。
4.结语
数控机床人性化设计的优劣反映了人一机之间情感的协调程度，也是影响操作者心理情绪及生产效率的重要因素之一。对于设计师而言，通过设计，使其功能、材质、结构、色彩、线形、比例、尺度等构成优良产品造型的种种因素，能与人们的经验感观及精神性需求高度和谐，即与产品形象的传递与社会认知、人文崇尚、公德观念等社会意识相联系，使操作者在对产品的视、触、嗅、听等运作的全过程中，能将具体的物转化为抽象的、机能的、观念的、序列化和关系化的信息，从而得到准确的感应与传递。 [科]
【参考文献】
[1]季晨，王俊民.人体参数与机床操纵装置设计[J].现代制造工程，2006.
[2]欧静，赵江洪.基于色彩调和理论的数控机床色彩评价研究[J].包装工程，2007.
【关键词】数控机床；人性化设计；人机工程
0.前言
在数控机床设计中，追求高技术、高精度、高效率和自动化是目的之一，而不是全部。工业设计师必须着力研究其使用者越来越高的精神需求和越来越强的个性表现，基于人的需求去创造数控机床的新形象，这也是现代工业设计价值的新拓展。数控机床的人性化设计就是在人机工程理论的指导下，探讨和应用人的行为、能力、本能极限和其他的特性来对数控机床进行设计，创造一种良好的人机互动关系。如何让使用者掌握数控机床的操作，解决诸如程序设计、人机对话、心理负荷、故障诊断和处理、系统安全及社会心理等问题，是数控机床设计的关键，也就是如何设计出和谐的人机系统。
1.数控机床系统的功能分配与人机匹配
1.1功能分配
在人机系统中，充分发挥人、机各自的特长，长短互补，以达到系统整体的最佳效率与总体功能，这是人机系统设计的基础。人机功能分配建立在对人、机特性的分析比较基础上。在数控机床使用中，指令程序编制、系统监控、维修排除故障，应付突发事件等工作由人承担；而数控机床则承担速度快、精密度高、规律性、长时间的重复操作，以及高级运算、危险、笨重方面的工作。随着科学技术的发展，在人机系统中，人的工作将逐渐由机替代，促使人逐渐从各种不利于发挥特长的工作岗位上得到解放，从而更加安全、舒适[1]。
1.2人机匹配
在复杂的人机系统中，为使系统总体效能最优，必须在机械设备与操作者之间找到最优组合，达到最佳人机匹配。选择最有利于发挥人的能力，提高人的操作可靠性的匹配方式来进行设计，能减轻人的负担，改善工作条件，提高工作效率。如在数控机床控制与显示装置的设计中，必须研究人的生理和心理特点，了解感官功能的极限能力以及使用时可能出现的疲劳累积，以保证人机的最佳协调。随着人机系统现代化程度的提高，脑力作业及心理紧张性作业负荷加重，留下事故发生的隐患。随着计算机技术的发展，人机配合、人机对话将进入新的阶段，使人机系统形成一种新的组织形式：人与智能机的结合，人类智能与人工智能的结合，人与机械的结合，从而使人在人机系统中处于新的地位 J。因此，在数控机床设计中，必须实时考虑人机匹配。
2.数控机床的人机界面分析
人机界面是人与机器之间传递和交换信息的媒介，是计算机科学、心理学、设计艺术学、认知科学和人机工程学的交叉研究领域。包括硬件界面和软件界面。数控机床的软件界面是应用软件的界面，具有一定的程式化特征，因此，本文主要研究数控机床的硬件界面。
2.1显示输入面板的人机分析
数控机床的显示输入面板是人与机床之间信息交流的主要平台。进行设计时，除考虑技术设计问题外，还应注意以下几点：
（1）面板的位置面板的空间位置必须适合使用者观察、认读和进行输入操作。一般情况下，面板应固定在床身的某一侧，并能多角度、多位置调节，使任何身材的使用者在任何位置都能方便舒适地操作和观测，保证较高的观察精度和输入效率。
（2）数显的方式、字形、时间这部分属于软件界面。显示的数字应由左向右横读，且各个数字的间隔不宜太大。显示位数应按显示精度的需要确定。现今数控机床的显示屏大多为液晶屏，显示数码笔划由点或短横线组成，视需要而定，数字用短横较好，字母或汉字用密集的点较好。每个数至少应停留0.2s才能被看清，因此，数字的变换速度不宜超过0.2s。
（3）输入方式为整体美观和清洁的需要，输入键盘大多采用超薄或感应式的，其触感要好，感应灵敏度要适中，这需要在材料和工艺上多做考虑。各功能键的排布和尺寸在设计时也要根据人的生理特征做好仔细思量，要符合人们的习惯，常用的键应相对大一些，便于辨认。
2.2控制装置的人机分析
机床的操作是通过控制装置（如手柄、手轮、按钮等）来实现的，它们负责把操作者发出的即时指令传递给机床的执行环节，为此，控制装置的设计和布置必须按人肢体的活动范围、肌力大小及生理特点来考虑。
（1）手柄和控制杆它们都是单手控制器，由执握柄和杠杆组成，不同的只是手柄的杠杆较短，控制杆的杠杆较长。因此，手柄常用在操纵力较小，位置较近的场合-4J。执握柄的形状主要依据手部的生理结构和用力大小来确定，而杠杆部分现在多用长度可调的。
（2）手轮和摇把它们都是旋转器，可做多圈连续旋转，适合做连续性的操作，如机床罩的开关。
（3）旋钮旋钮分为指示型和调节型两种。指示型旋钮的转动角度小于360。其偏转的角度位置有重要的信息意义，为避免误操作应标示清楚。调节型旋钮一般做多圈转动，可用于调整机床的工作参数，其工作阻力较大，周边常设计成凸棱或浅槽，以防操作时打滑。
2.3观察方式与工作区显示
机床的工作区是指刀具对工件进行切削加工的部分。在数控机床上，它能直观显示刀具的切削、破损、冷却、润滑、排屑情况以及工件的尺寸和形状等，n-r状况信息。在这里视觉器官起主要作用，这部分的机床罩要选用透明材料。[2]
3.数控机床的色彩宜人性
色彩在产品设计中蕴含强烈的人性化艺术魅力。实验表明，人在看物体时，最初20s内，色彩的成分占80%；2rain后，色彩占6o%，形体占40%；5min后，色彩和形体各占50%，以后这种状态将持续下去。由此可见，色彩在造型效果中起着重要作用。对于机床来说，其色彩要给人以舒适、高雅、清新的感觉。不宜过分灰暗与单调，也不宜过分艳丽与凌乱，一般采用大面积低纯度的色彩统一全局，再选用小面积的高纯度色彩使之活跃变化，采用中性色来联系过渡，从而达到调和统一的目的。数控机床是精密设备，色彩力求单纯，一般2～3色为宜，色彩越简洁醒目，整体感越强。以沉着、朴素、纯度不高的色彩为主，点缀以亮丽的色彩，使色彩单纯而不单调，沉静而不沉闷，这样的用色温馨、含蓄、耐看，既反映数控机床精密的功能特征，又可使使用者在操作中感觉环境舒适，机器亲切，从而精神愉快、稳定而集中。
4.结语
数控机床人性化设计的优劣反映了人一机之间情感的协调程度，也是影响操作者心理情绪及生产效率的重要因素之一。对于设计师而言，通过设计，使其功能、材质、结构、色彩、线形、比例、尺度等构成优良产品造型的种种因素，能与人们的经验感观及精神性需求高度和谐，即与产品形象的传递与社会认知、人文崇尚、公德观念等社会意识相联系，使操作者在对产品的视、触、嗅、听等运作的全过程中，能将具体的物转化为抽象的、机能的、观念的、序列化和关系化的信息，从而得到准确的感应与传递。 [科]
【参考文献】
[1]季晨，王俊民.人体参数与机床操纵装置设计[J].现代制造工程，2006.
[2]欧静，赵江洪.基于色彩调和理论的数控机床色彩评价研究[J].包装工程，2007.