摘　要：數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工制造業(yè)的重要工具绅踪。充分考慮人的因素诗实，設(shè)計(jì)其軟件用戶界面具有非常重要意義氏诽。本文從人的認(rèn)知心理、用戶使用址敢、菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)角度對數(shù)控機(jī)床（以ＣＮＣ５０００Ｖ２００Milling為例）軟件用戶界面進(jìn)行分析浆左，指出了現(xiàn)存的問題伪节，并提出了解決問題的方法。
關(guān)鍵詞：界面設(shè)計(jì)　認(rèn)知　數(shù)控機(jī)床
ABSTRACT
It is important to design user software interface of CNC machine tool under considering human factors. This paper analyzes user software interface of CNC Machine (E.g. CNC 5000 V200 Milling )from human information processes, users and menu semantic system’s point of view, proposes problems with the interface and methods to solve the problems.
KEYWORDS Interface design Human factor CNC machine Cognition
 
  介紹
　　數(shù)控機(jī)床正在被廣泛地應(yīng)用在加工制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域纱兑。軟件在數(shù)控機(jī)床中起著重要的作用化借，其用戶界面直接影響著數(shù)控機(jī)床的工作效率和效果蓖康。因此，在充分考慮人的因素下蒜焊，設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的軟件用戶界面變得越來越重要泳梆。
　　本文從人的認(rèn)知心理、用戶使用和菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)角度對數(shù)控機(jī)床（以ＣＮＣ５０００Ｖ２００Milling）軟件用戶界面進(jìn)行分析肢阿，指出了現(xiàn)存的問題乳嘁，并提出了解決問題的方法危厕。
數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００的軟件用戶界面
  
  圖１數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００的軟件用戶界面
  　　數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００的控制系統(tǒng)軟件有一個(gè)圖形界面稻扔，如圖１短揉。該界面具有三個(gè)功能獨(dú)立的過程（PROCESS）：OPEARTE, PROGRAM, CONTROL非畜。每個(gè)過程分別服務(wù)于系統(tǒng)的操作者亦弛，程序員和系統(tǒng)的監(jiān)控者（SUPERVISOR）。
　　高光表示被激活的過程和模式竟块。被激活的過程具有自己色彩浪秘，并顯示為屏幕的前景。例如棵癣，OPERATE對應(yīng)綠色夺衍，PROGRAM對應(yīng)深藍(lán)色，CONTROL對應(yīng)淺藍(lán)色的畴。
　　每一個(gè)過程都有自己的菜單行尝胆，在菜單行上的菜單是下拉菜單，具有自己的子菜單环壳。

子菜單可以被選擇乞瑰，以進(jìn)行下一步的操作排击。
　　軟鍵區(qū)所顯示的各個(gè)軟鍵功能依賴于被激活的過程和菜單模式。引導(dǎo)行顯示出用戶怎樣進(jìn)行下一步操作的信息患漆。通過按HELP鍵，可以顯示出對用戶操作錯(cuò)誤的簡潔解釋讲媚。
　　數(shù)控機(jī)床軟鍵區(qū)可以顯示出由機(jī)床制造者開發(fā)的專用機(jī)床功能。它們可以通過軟鍵來激活裆操。一幅數(shù)控機(jī)床的簡圖顯示出各坐標(biāo)軸的方向。
　　窗口可以在屏幕的固定位置被打開昆烁，它們顯示出不同的信息朽缴，如：菜單密强、文本、程序或渤、表格及圖形等薪鹦。它們的尺寸及形式依賴于被激活的過程、菜單及子菜單犀刀。
數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００軟件界面的分析
軟件用戶界面設(shè)計(jì)的基本問題是：
確定為了完成軟件系統(tǒng)的任務(wù)在屏幕上應(yīng)該顯示的人與計(jì)算機(jī)之間相互交流的信息內(nèi)容捻尉。
確定上述信息的顯示形式饮茬。
　　在這篇文章中候钟，我們將從人的認(rèn)知心理、用戶使用和菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)角度稿纺，分析和評價(jià)數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００軟件界面對上述問題的解決效果碗履，并指出該軟件界面所存的問題和提出解決問題的方法勾萌。
  
  在人的信息處理方面齐秕，Rasmussen于1983年提出了一個(gè)多層次的認(rèn)知控制模型：ＳＲＫ理論【１】。ＳＲＫ認(rèn)為：
１）人用三個(gè)層次的認(rèn)知控制來處理信息左腔，即：基于技巧的行為層次（Skill-Based Behaviour, 簡稱ＳＢＢ）液样，基于規(guī)則的行為層次（Rule-Based Behaviour, 簡稱ＲＢＢ）巧还，基于知識的行為層次（Knowledge-Based Behaviour, 簡稱ＫＢＢ），如圖２澎怒。
２）這三個(gè)層次可以分為兩類：ＳＢＢ和ＲＢＢ處理感覺和行動(dòng)喷面，而ＫＢＢ處理基于符號表征的問題解決走孽。一般地說伶葵，認(rèn)知控制的較低層次行為比較高層次行為可以被高效地和較少努力地完成。因此扳啃，人們偏愛使用較低層次的認(rèn)知控制行為危婚。
３）任務(wù)的要求眷抠、用戶的經(jīng)驗(yàn)和信息的顯示方式共同決定哪一個(gè)認(rèn)知控制層次行為被激活漏踊。
４）界面設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：被設(shè)計(jì)的界面不應(yīng)該強(qiáng)迫比任務(wù)所要求的更高的認(rèn)知控制層次被激活，同時(shí)览讳，還應(yīng)該提供對所有三個(gè)認(rèn)知控層次行為的信息支持露乏。
１.２　數(shù)控鉆床ＣＮＣ２０００Ｖ２００軟件用戶界面人的認(rèn)知心理分析
１）從ＫＢＢ角度的分析
問題
　　在該軟件界面上沒有從整體角度指出界面結(jié)構(gòu)的信息瘟仿。如：沒有指出ＯＰＥＲＡＴＥ劳较，ＰＲＯＧＲＡＭ和ＣＯＮＴＲＯＬ三個(gè)過程之間的關(guān)系以及各個(gè)菜單之間，各個(gè)子菜單之間關(guān)系信息臊恋。這導(dǎo)致用戶很難從整體角度把握界面的結(jié)構(gòu)和解決學(xué)習(xí)與使用時(shí)所遇到的問題抖仅。
分析
　　用戶可以被分為初級用戶撤卢，中級用戶和高級用戶玖远。對于初級用戶契惶，界面的絕大部分是新的驳蒙，他們必須通過ＫＢＢ來學(xué)習(xí)和掌握它组缎，但是朴轰，在界面上沒有信息支持ＫＢＢ唆阿，因此锈锤，初級用戶很難從整體角度建立界面的基本結(jié)構(gòu)久免。
　　對于中級用戶，即使是高級用戶鸽捻，他們在使用界面時(shí)泊愧，也會遇到新問題盛正。為了解決這些新問題矢骚，他們必須激活ＫＢＢ县防。這樣窍蟹，他們不得不付出很大的努力在頭腦中想象出界面的結(jié)構(gòu)以支持ＫＢＢ舟到，因?yàn)榻缑嫔蠜]有這方面的信息。所以會增加用戶記憶負(fù)擔(dān)和解決問題的難度杂蒙。
２）從ＲＢＢ角度分析
問題
　　在界面上台腥，沒有面向常用任務(wù)的操作序列信息，這使初級蜓竹，中級用戶在完成常用任務(wù)時(shí)感到困難俱济。
分析
　　ＲＢＢ的功能是當(dāng)用戶面對一個(gè)任務(wù)時(shí)組織完成它的一個(gè)操作序列。這個(gè)操作序列或者來自以前的經(jīng)驗(yàn)或者從其他人學(xué)到或者通過ＫＢＢ得到蛛碌。ＲＢＢ在完成這一行為時(shí)，需要一個(gè)面向常用任務(wù)的操作序列的信息的支持蔚携。在這個(gè)界面上希太，沒有這樣的信息。如：這里沒有信息顯示用戶如何完成編制加工零件程序的操作序列那辰，即：
編制加工零件程序＝OERATE-Reference Point-Program-Part program-Operate-Automatic(Dry-Run, or Wire Plot Graphic or Program Check)　【２】拳鹉。
　　界面引導(dǎo)行的信息僅僅顯示出用戶下一步可供選擇的操作。如：在PROGRAM-Part　 Program-Main　 Program模式下绑燃，引導(dǎo)行顯示為：
Give program number<ENTER>,<new>,<find>,<modify>program(2).
　　上述這樣的信息對初乍之、中級用戶的幫助甚少，因?yàn)樗麄冞€不知道為完成這個(gè)任務(wù)的主要操作序列出毁。
３）從ＳＢＢ角度分析
問題
　　這個(gè)界面沒有為用戶提供可操作的連續(xù)時(shí)空信號促奇，給用戶盡可能依賴ＳＢＢ帶來困難，尤其是對初級用戶管剂。這使得操作的效率和舒適性大大降低露龙。
４）總結(jié)
　　從ＳＢＫ理論的角度看，這個(gè)界面存在以下的問題：
用戶很難從整體角度把握界面的結(jié)構(gòu)和解決學(xué)習(xí)與使用時(shí)所遇到的問題崇槽。
初級注辜、中級用戶在完成常用任務(wù)時(shí)感到困難。
初級用戶很難依賴ＳＢＢ秆廉，這使得操作的效率和舒適性大大降低背涉。
５）解決方法
　　針對上述問題，軟件界面應(yīng)為用戶提供：
用有組織的網(wǎng)絡(luò)簡圖形式顯示軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)移必，以支持用戶的ＫＢＢ室谚。
用序列簡圖形式顯示面向功能的操作序列。以支持用戶的ＲＢＢ
在硬件界面上為用戶提供能夠產(chǎn)生連續(xù)時(shí)空信號的輸入設(shè)備崔泵，如：鼠標(biāo)器秒赤，以盡可能激活人的ＳＢＢ。

２.從用戶的角度分析
２.１　用戶的分類
　　根據(jù)用戶在任務(wù)領(lǐng)域（數(shù)控加工領(lǐng)域）和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的背景知識憎瘸，用戶可以分成初級用戶入篮、中級用戶和高級用戶。
◆ 初級用戶
　　這一群體對計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的知識了解較少幌甘。他們對學(xué)習(xí)和使用計(jì)算機(jī)懷有恐懼感潮售，不能把握界面系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，僅僅在別人的幫助下才能完成簡單的任務(wù)锅风。
◆ 中級用戶
　　這一群體在任務(wù)領(lǐng)域（數(shù)控加工領(lǐng)域）和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域具有一定的背景知識酥诽，他們在一定范圍內(nèi)對界面有了解鞍泉，能夠完成基本的任務(wù)，并在ＨＥＬＰ的幫助下可以完成較復(fù)雜的任務(wù)肮帐。
◆ 高級用戶
　　該類用戶在任務(wù)領(lǐng)域（數(shù)控加工領(lǐng)域）和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的具有非常豐富背景知識咖驮，他們渴望提高使用軟件時(shí)的工作效率。
２.２　分析
　　界面應(yīng)該適合這三類用戶代徒，并且支持初級用戶向中級用戶的轉(zhuǎn)變市口，中級用戶向高級用戶的轉(zhuǎn)變。
１）從初昔黍、中級用戶的角度分析
　　從初穗俩、中級用戶的角度來看，該數(shù)控機(jī)床軟件的界面既有缺點(diǎn)又有優(yōu)點(diǎn)伴糟。
　　優(yōu)點(diǎn)是：這個(gè)界面在過程PROGRAM下為初恒焕、中級用戶提供了ASSISTED ENTRY MODE和DIALOG ENTRY MODE，這使得用戶編程非常容易和方便棺距，而且ASSISTED ENTRY MODE還可以促使中級用戶向高級用戶轉(zhuǎn)變。
　　缺點(diǎn)是：界面上有許多術(shù)語和圖符沒有解釋圃匙，這使得用戶榴蜻，特別是初級用戶，很難理解它的準(zhǔn)確含義炎蹬，如："ACTIVE FUNCTION"瞎喉。
２）從高級用戶的角度分析
　　這個(gè)界面為高級用戶提供了FREE ENTRY MODE，以滿足他們提高工作效率的愿望竭沫。
但是燥翅，這里還有些問題，如：在FREE ENTRY MODE下蜕提，每一個(gè)數(shù)據(jù)輸入時(shí)森书，用戶都必須按下ENTER鍵，給用戶帶來了許多麻煩谎势。
３）總結(jié)
　　從用戶的角度分析這個(gè)界面存在以下問題：
由于界面上信息的缺乏凛膏，用戶，特別是初級用戶脏榆，對準(zhǔn)確地理解界面上的術(shù)語和圖符的含義有困難猖毫。
對于高級用戶，這個(gè)界面上有一些冗長的操作须喂。
４）解決方法
在界面上吁断，增加對術(shù)語和圖符的必要解釋。
為高級用戶提供更簡潔的操作坞生。

３　從菜單語義結(jié)構(gòu)角度分析
　　數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００軟件用戶界面由菜單仔役、窗口妒贞、軟鍵、引導(dǎo)行和在線幫助組成痪猛。這里占赤，只對菜單語義結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
３.１　關(guān)于菜單系統(tǒng)
　　菜單系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是建立一個(gè)與用戶任務(wù)相關(guān)的算换、可見的嫩玻、，易于理解和記憶的客惨、操作方便的菜單系統(tǒng)尘腕。同時(shí)，菜單系統(tǒng)還應(yīng)該支持用戶思考他門的任務(wù)践赁，并且使他們能夠容易組織面向任務(wù)的操作序列摸马。
　　菜單設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是盡可能地從用戶的角度組織菜單的語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
３.２菜單語義結(jié)構(gòu)分析
　　為了分析和評價(jià)該界面的菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)胧扇，發(fā)現(xiàn)數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００軟件用戶界面菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與從用戶角度出發(fā)組織的數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００軟件用戶界面菜單結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之間的差異五逢，我們設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn)。
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中牢贸，首先在順序上隨機(jī)地列出數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００軟件用戶界面上的所有菜單術(shù)語及其解釋竹观，如：
參考點(diǎn)（Reference Point）：機(jī)床主軸的位置相對這個(gè)點(diǎn)被測量。
刀具表（Table）:刀具的位置定義數(shù)類型圖形補(bǔ)償尺寸狀態(tài)公差數(shù)據(jù)被存儲在這里潜索。
　　　　　　···　···
然后臭增，請２０名數(shù)控加工教研室的教師和學(xué)過數(shù)控加工課程的高年級學(xué)生作被試（這些被試在數(shù)控加工領(lǐng)域具有豐富知識，但沒有接觸過數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００軟件用戶界面）竹习，要求被試仔細(xì)閱讀數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００軟件用戶界面上的所有菜單術(shù)語及其解釋誊抛，然后，請他們從自己的角度重新組建該數(shù)控鉆床軟件用戶界面的菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整陌。


圖３　菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)一致性比較統(tǒng)計(jì)表
 １）實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　通過比較數(shù)控鉆床ＣＮＣ５０００Ｖ２００軟件用戶界面菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和被試重新組建的該數(shù)控鉆床軟件用戶界面的菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)拗窃，我們獲得了兩個(gè)菜單系統(tǒng)之間一致性的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如圖３泌辫。
２）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
　　一般地說并炮，如果在菜單與子菜單之間有明確的邏輯關(guān)系或有相同的詞匯，這樣的菜單語義結(jié)構(gòu)的一致性高甥郑，如：Manual Manual Operation Program Main Program Macro Program
反之逃魄，菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一致性就低。如Automation組的一致性僅為１％澜搅，數(shù)控鉆床ＣＮＣ２０００Ｖ２００軟件用戶界面菜單語義系統(tǒng)中窄兜，Automation下包括下面子菜單：Machining, Dry Run, Wire Plot Graphics, Program Check, Erase Graphics。
３）結(jié)論
　　從邏輯的角度設(shè)計(jì)一個(gè)與用戶心理完全一致的菜單語義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是很難的屋犯。
　　子菜單的命名直接影響一致性恤兴。當(dāng)某個(gè)子菜單從語義邏輯上可以同時(shí)屬于幾個(gè)主菜單時(shí)塔苦，子菜單的命名尤為重要。如子菜單與它所隸屬的主菜單有相同的詞匯時(shí)闽但，可以使子菜單的隸屬關(guān)系變得肯定明確医窖，否則，將導(dǎo)致混亂阁喉。
　　相同或相似得詞匯在統(tǒng)一層次的菜單中出現(xiàn)會使用戶感到菜單系統(tǒng)混亂蔽树。
４）解決方法
　　盡可能從用戶角度設(shè)計(jì)菜單的語義系統(tǒng)。
　　不在同一菜單層次上應(yīng)用相同或相似得詞匯噪设。
　　把相同或相似詞匯應(yīng)用到具有隸屬關(guān)系得主菜單和子菜單之中碗挟。
　　綜合以上分析，我們認(rèn)為在數(shù)控鉆床ＣＮＣ２０００Ｖ２００軟件用戶界面中人的因素被很少地考慮乔墙，這嚴(yán)重影響了用戶對該軟件的學(xué)習(xí)和使用竞谒。
  參考文獻(xiàn)
１.Jens Rasmussen, Skill, Rules, and Knowledge :Signals, Signs, and Symbols and Other Distinctions in Human Performance Models, IEEE TRANSITIONS ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS, VOL. SMC-13, NO.3,MAY/JUNE 1983, P256-266.
2. Grundig Numeric, MANUAL CNC 5000 V200 MILLING, 1994

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