摘　要：数控机床是现代加工制造业的重要工具。充分考虑人的因素，设计其软件用户界面具有非常重要意义。本文从人的认知心理、用户使用、菜单语义结构系统角度对数控机床（以ＣＮＣ５０００Ｖ２００Milling为例）软件用户界面进行分析，指出了现存的问题，并提出了解决问题的方法。
关键词：界面设计　认知　数控机床
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
 
  介绍
　　数控机床正在被广泛地应用在加工制造业的各个领域。软件在数控机床中起着重要的作用，其用户界面直接影响着数控机床的工作效率和效果。因此，在充分考虑人的因素下，设计数控机床的软件用户界面变得越来越重要。
　　本文从人的认知心理、用户使用和菜单语义结构系统角度对数控机床（以ＣＮＣ５０００Ｖ２００Milling）软件用户界面进行分析，指出了现存的问题，并提出了解决问题的方法。
数控钻床ＣＮＣ５０００Ｖ２００的软件用户界面
  
  图１数控钻床ＣＮＣ５０００Ｖ２００的软件用户界面
  　　数控钻床ＣＮＣ５０００Ｖ２００的控制系统软件有一个图形界面，如图１。该界面具有三个功能独立的过程（PROCESS）：OPEARTE, PROGRAM, CONTROL。每个过程分别服务于系统的操作者，程序员和系统的监控者（SUPERVISOR）。
　　高光表示被激活的过程和模式。被激活的过程具有自己色彩，并显示为屏幕的前景。例如，OPERATE对应绿色，PROGRAM对应深蓝色，CONTROL对应浅蓝色。
　　每一个过程都有自己的菜单行，在菜单行上的菜单是下拉菜单，具有自己的子菜单。子菜单可以被选择，以进行下一步的操作。
　　软键区所显示的各个软键功能依赖于被激活的过程和菜单模式。引导行显示出用户怎样进行下一步操作的信息。通过按HELP键，可以显示出对用户操作错误的简洁解释。
　　数控机床软键区可以显示出由机床制造者开发的专用机床功能。它们可以通过软键来激活。一幅数控机床的简图显示出各坐标轴的方向。
　　窗口可以在屏幕的固定位置被打开，它们显示出不同的信息，如：菜单、文本、程序、表格及图形等。它们的尺寸及形式依赖于被激活的过程、菜单及子菜单。
数控钻床ＣＮＣ５０００Ｖ２００软件界面的分析
软件用户界面设计的基本问题是：
确定为了完成软件系统的任务在屏幕上应该显示的人与计算机之间相互交流的信息内容。
确定上述信息的显示形式。
　　在这篇文章中，我们将从人的认知心理、用户使用和菜单语义结构系统角度，分析和评价数控钻床ＣＮＣ５０００Ｖ２００软件界面对上述问题的解决效果，并指出该软件界面所存的问题和提出解决问题的方法。
  
  在人的信息处理方面，Rasmussen于1983年提出了一个多层次的认知控制模型：ＳＲＫ理论【１】。ＳＲＫ认为：
１）人用三个层次的认知控制来处理信息，即：基于技巧的行为层次（Skill-Based Behaviour, 简称ＳＢＢ），基于规则的行为层次（Rule-Based Behaviour, 简称ＲＢＢ），基于知识的行为层次（Knowledge-Based Behaviour, 简称ＫＢＢ），如图２。
２）这三个层次可以分为两类：ＳＢＢ和ＲＢＢ处理感觉和行动，而ＫＢＢ处理基于符号表征的问题解决。一般地说，认知控制的较低层次行为比较高层次行为可以被高效地和较少努力地完成。因此，人们偏爱使用较低层次的认知控制行为。
３）任务的要求、用户的经验和信息的显示方式共同决定哪一个认知控制层次行为被激活。
４）界面设计的目标是：被设计的界面不应该强迫比任务所要求的更高的认知控制层次被激活，同时，还应该提供对所有三个认知控层次行为的信息支持。
１.２　数控钻床ＣＮＣ２０００Ｖ２００软件用户界面人的认知心理分析
１）从ＫＢＢ角度的分析
问题
　　在该软件界面上没有从整体角度指出界面结构的信息。如：没有指出ＯＰＥＲＡＴＥ，ＰＲＯＧＲＡＭ和ＣＯＮＴＲＯＬ三个过程之间的关系以及各个菜单之间，各个子菜单之间关系信息。这导致用户很难从整体角度把握界面的结构和解决学习与使用时所遇到的问题。
分析
　　用户可以被分为初级用户，中级用户和高级用户。对于初级用户，界面的绝大部分是新的，他们必须通过ＫＢＢ来学习和掌握它，但是，在界面上没有信息支持ＫＢＢ，因此，初级用户很难从整体角度建立界面的基本结构。
　　对于中级用户，即使是高级用户，他们在使用界面时，也会遇到新问题。为了解决这些新问题，他们必须激活ＫＢＢ。这样，他们不得不付出很大的努力在头脑中想象出界面的结构以支持ＫＢＢ，因为界面上没有这方面的信息。所以会增加用户记忆负担和解决问题的难度。
２）从ＲＢＢ角度分析
问题
　　在界面上，没有面向常用任务的操作序列信息，这使初级，中级用户在完成常用任务时感到困难。
分析
　　ＲＢＢ的功能是当用户面对一个任务时组织完成它的一个操作序列。这个操作序列或者来自以前的经验或者从其他人学到或者通过ＫＢＢ得到。ＲＢＢ在完成这一行为时，需要一个面向常用任务的操作序列的信息的支持。在这个界面上，没有这样的信息。如：这里没有信息显示用户如何完成编制加工零件程序的操作序列，即：
编制加工零件程序＝OERATE-Reference Point-Program-Part program-Operate-Automatic(Dry-Run, or Wire Plot Graphic or Program Check)　【２】。
　　界面引导行的信息仅仅显示出用户下一步可供选择的操作。如：在PROGRAM-Part　 Program-Main　 Program模式下，引导行显示为：
Give program number<ENTER>,<new>,<find>,<modify>program(2).
　　上述这样的信息对初、中级用户的帮助甚少，因为他们还不知道为完成这个任务的主要操作序列。
３）从ＳＢＢ角度分析
问题
　　这个界面没有为用户提供可操作的连续时空信号，给用户尽可能依赖ＳＢＢ带来困难，尤其是对初级用户。这使得操作的效率和舒适性大大降低。
４）总结
　　从ＳＢＫ理论的角度看，这个界面存在以下的问题：
用户很难从整体角度把握界面的结构和解决学习与使用时所遇到的问题。
初级、中级用户在完成常用任务时感到困难。
初级用户很难依赖ＳＢＢ，这使得操作的效率和舒适性大大降低。
５）解决方法
　　针对上述问题，软件界面应为用户提供：
用有组织的网络简图形式显示软件系统结构，以支持用户的ＫＢＢ。
用序列简图形式显示面向功能的操作序列。以支持用户的ＲＢＢ
在硬件界面上为用户提供能够产生连续时空信号的输入设备，如：鼠标器，以尽可能激活人的ＳＢＢ。