數控機床軟體界面人的因素分析

   時間:2014-03-07 21:49:31
數控機床軟體界面人的因素分析簡介
內容摘要: 介紹數控機床正在被廣泛地應用在加工製造業的各個領域。軟體在數控機床中起著重要的作用,其用戶界面直接影響著數控機床的工作效率和效果。因此,在充分考慮人的因素下,設計數控機床的軟體……
數控機床軟體界面人的因素分析正文

內容摘要: 介紹數控機床正在被廣泛地應用在加工製造業的各個領域。軟體在數控機床中起著重要的作用,其用戶界面直接影響著數控機床的工作效率和效果。因此,在充分考慮人的因素下,設計數控機床的軟體用戶界面變得越來越重要。本文從人的認知心理、用戶使用和菜單語義結構系統角度對數控機床(以CNC5000V200Milling)軟體用戶界面進行分析,指出了現存的問題,並提出了解決問題的方法。

介紹
數控機床正在被廣泛地應用在加工製造業的各個領域。軟體在數控機床中起著重要的作用,其用戶界面直接影響著數控機床的工作效率和效果。因此,在充分考慮人的因素下,設計數控機床的軟體用戶界面變得越來越重要。
本文從人的認知心理、用戶使用和菜單語義結構系統角度對數控機床(以CNC5000V200Milling)軟體用戶界面進行分析,指出了現存的問題,並提出了解決問題的方法。
數控鑽床CNC5000V200的軟體用戶界面

圖1數控鑽床CNC5000V200的軟體用戶界面
數控鑽床CNC5000V200的控制系統軟體有一個圖形界面,如圖1。該界面具有三個功能獨立的過程(PROCESS):OPEARTE,PROGRAM,CONTROL。每個過程分別服務於系統的操作者,程序員和系統的監控者(SUPERVISOR)。
高光表示被激活的過程和模式。被激活的過程具有自己色彩,並顯示為屏幕的前景。例如,OPERATE對應綠色,PROGRAM對應深藍色,CONTROL對應淺藍色。
每一個過程都有自己的菜單行,在菜單行上的菜單是下拉菜單,具有自己的子菜單。子菜單可以被選擇,以進行下一步的操作。
軟鍵區所顯示的各個軟鍵功能依賴於被激活的過程和菜單模式。引導行顯示出用戶怎樣進行下一步操作的信息。通過按HELP鍵,可以顯示出對用戶操作錯誤的簡潔解釋。
數控機床軟鍵區可以顯示出由機床製造者開發的專用機床功能。它們可以通過軟鍵來激活。一幅數控機床的簡圖顯示出各坐標軸的方向。
窗口可以在屏幕的固定位置被打開,它們顯示出不同的信息,如:菜單、文本、程序、表格及圖形等。它們的尺寸及形式依賴於被激活的過程、菜單及子菜單。
數控鑽床CNC5000V200軟體界面的分析
軟體用戶界面設計的基本問題是:
確定為了完成軟體系統的任務在屏幕上應該顯示的人與計算機之間相互交流的信息內容。
確定上述信息的顯示形式。
在這篇文章中,我們將從人的認知心理、用戶使用和菜單語義結構系統角度,分析和評價數控鑽床CNC5000V200軟體界面對上述問題的解決效果,並指出該軟體界面所存的問題和提出解決問題的方法。

在人的信息處理方面,Rasmussen於1983年提出了一個多層次的認知控制模型:SRK理論。SRK認為:
1)人用三個層次的認知控制來處理信息,即:基於技巧的行為層次(Skill-BasedBehaviour,簡稱SBB),基於規則的行為層次(Rule-BasedBehaviour,簡稱RBB),基於知識的行為層次(Knowledge-BasedBehaviour,簡稱KBB),如圖2。
2)這三個層次可以分為兩類:SBB和RBB處理感覺和行動,而KBB處理基於符號表徵的問題解決。一般地說,認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,人們偏愛使用較低層次的認知控制行為。
3)任務的要求、用戶的經驗和信息的顯示方式共同決定哪一個認知控制層次行為被激活。
4)界面設計的目標是:被設計的界面不應該強迫比任務所要求的更高的認知控制層次被激活,同時,還應該提供對所有三個認知控層次行為的信息支持。
1.2 數控鑽床CNC2000V200軟體用戶界面人的認知心理分析
1)從KBB角度的分析
問題
在該軟體界面上沒有從整體角度指出界面結構

 

的信息。如:沒有指出OPERATE,PROGRAM和CONTROL三個過程之間的關係以及各個菜單之間,各個子菜單之間關係信息。這導致用戶很難從整體角度把握界面的結構和解決學習與使用時所遇到的問題。
分析
用戶可以被分為初級用戶,中級用戶和高級用戶。對於初級用戶,界面的絕大部分是新的,他們必須通過KBB來學習和掌握它,但是,在界面上沒有信息支持KBB,因此,初級用戶很難從整體角度建立界面的基本結構。
對於中級用戶,即使是高級用戶,他們在使用界面時,也會遇到新問題。為了解決這些新問題,他們必須激活KBB。這樣,他們不得不付出很大的努力在頭腦中想象出界面的結構以支持KBB,因為界面上沒有這方面的信息。所以會增加用戶記憶負擔和解決問題的難度。
2)從RBB角度分析
問題
在界面上,沒有面向常用任務的操作序列信息,這使初級,中級用戶在完成常用任務時感到困難。
分析
RBB的功能是當用戶面對一個任務時組織完成它的一個操作序列。這個操作序列或者來自以前的經驗或者從其他人學到或者通過KBB得到。RBB在完成這一行為時,需要一個面向常用任務的操作序列的信息的支持。在這個界面上,沒有這樣的信息。如:這裡沒有信息顯示用戶如何完成編製加工零件程序的操作序列,即:
編製加工零件程序=OERATE-ReferencePoint-Program-Partprogram-Operate-Automatic(Dry-Run,orWirePlotGraphicorProgramCheck)。
界面引導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,引導行顯示為:
Giveprogramnumber,,,program(2).
上述這樣的信息對初、中級用戶的幫助甚少,因為他們還不知道為完成這個任務的主要操作序列。
3)從SBB角度分析
問題
這個界面沒有為用戶提供可操作的連續時空信號,給用戶儘可能依賴SBB帶來困難,尤其是對初級用戶。這使得操作的效率和舒適性大大降低。
4)總結
從SBK理論的角度看,這個界面存在以下的問題:
用戶很難從整體角度把握界面的結構和解決學習與使用時所遇到的問題。
初級、中級用戶在完成常用任務時感到困難。
初級用戶很難依賴SBB,這使得操作的效率和舒適性大大降低。
5)解決方法
針對上述問題,軟體界面應為用戶提供:
用有組織的網路簡圖形式顯示軟體系統結構,以支持用戶的KBB。
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
在硬體界面上為用戶提供能夠產生連續時空信號的輸入設備,如:滑鼠器,以儘可能激活人的SBB。
2.從用戶的角度分析
2.1 用戶的分類
根據用戶在任務領域(數控加工領域)和計算機領域的背景知識,用戶可以分成初級用戶、中級用戶和高級用戶。
初級用戶
這一群體對計算機領域的知識了解較少。他們對學習和使用計算機懷有恐懼感,不能把握界面系統的整體結構,僅僅在別人的幫助下才能完成簡單的任務。
中級用戶
這一群體在任務領域(數控加工領域)和計算機領域具有一定的背景知識,他們在一定範圍內對界面有了解,能夠完成基本的任務,並在HELP的幫助下可以完成較複雜的任務。
高級用戶
該類用戶在任務領域(數控加工領域)和計算機領域的具有非常豐富背景知識,他們渴望提高使用軟體時的工作效率。
2.2 分析
界面應該適合這三類用戶,並且支持初級用戶向中級用戶的轉變,中級用戶向高級用戶的轉變。
1)從初、中級用戶的角度分析
從初、中級用戶的角度來看,該數控機床軟體的界面既有缺

點又有優點。
優點是:這個界面在過程PROGRAM下為初、中級用戶提供了ASSISTEDENTRYMODE和DIALOGENTRYMODE,這使得用戶

 

編程非常容易和方便,而且ASSISTEDENTRYMODE還可以促使中級用戶向高級用戶轉變。
缺點是:界面上有許多術語和圖符沒有解釋,這使得用戶,特別是初級用戶,很難理解它的準確含義,如:"ACTIVEFUNCTION"。
2)從高級用戶的角度分析
這個界面為高級用戶提供了FREEENTRYMODE,以滿足他們提高工作效率的願望。
但是,這裡還有些問題,如:在FREEENTRYMODE下,每一個數據輸入時,用戶都必須按下ENTER鍵,給用戶帶來了許多麻煩。
3)總結
從用戶的角度分析這個界面存在以下問題:
由於界面上信息的缺乏,用戶,特別是初級用戶,對準確地理解界面上的術語和圖符的含義有困難。
對於高級用戶,這個界面上有一些冗長的操作。
4)解決方法
在界面上,增加對術語和圖符的必要解釋。
為高級用戶提供更簡潔的操作。
3 從菜單語義結構角度分析
數控鑽床CNC5000V200軟體用戶界面由菜單、窗口、軟鍵、引導行和在線幫助組成。這裡,只對菜單語義結構進行分析。
3.1 關於菜單系統
菜單系統設計的主要目標是建立一個與用戶任務相關的、可見的、,易於理解和記憶的、操作方便的菜單系統。同時,菜單系統還應該支持用戶思考他門的任務,並且使他們能夠容易組織面向任務的操作序列。
菜單設計的關鍵是儘可能地從用戶的角度組織菜單的語義結構系統。
3.2菜單語義結構分析
為了分析和評價該界面的菜單語義結構系統,發現數控鑽床CNC5000V200軟體用戶界面菜單語義結構系統與從用戶角度出發組織的數控鑽床CNC5000V200軟體用戶界面菜單結構系統之間的差異,我們設計了下面的實驗。
在這個實驗中,首先在順序上隨機地列出數控鑽床CNC5000V200軟體用戶界面上的所有菜單術語及其解釋,如:
參考點(ReferencePoint):機床主軸的位置相對這個點被測量。
刀具表(Table):刀具的位置定義數類型圖形補償尺寸狀態公差數據被存儲在這裡。
··· ···
然後,請20名數控加工教研室的教師和學過數控加工課程的高年級學生作被試(這些被試在數控加工領域具有豐富知識,但沒有接觸過數控鑽床CNC5000V200軟體用戶界面),要求被試仔細閱讀數控鑽床CNC5000V200軟體用戶界面上的所有菜單術語及其解釋,然後,請他們從自己的角度重新組建該數控鑽床軟體用戶界面的菜單語義結構系統。

圖3 菜單語義結構系統一致性比較統計表
1)實驗結果
通過比較數控鑽床CNC5000V200軟體用戶界面菜單語義結構系統和被試重新組建的該數控鑽床軟體用戶界面的菜單語義結構系統,我們獲得了兩個菜單系統之間一致性的統計結果,如圖3。
2)實驗結果分析
一般地說,如果在菜單與子菜單之間有明確的邏輯關係或有相同的辭彙,這樣的菜單語義結構的一致性高,如:ManualManualOperationProgramMainProgramMacroProgram
反之,菜單語義結構系統的一致性就低。如Automation組的一致性僅為1%,數控鑽床CNC2000V200軟體用戶界面菜單語義系統中,Automation下包括下面子菜單:Machining,DryRun,WirePlotGraphics,ProgramCheck,EraseGraphics。
3)結論
從邏輯的角度設計一個與用戶心理完全一致的菜單語義結構系統是很難的。
子菜單的命名直接影響一致性。當某個子菜單從語義邏輯上可以同時屬於幾個主菜單時,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辭彙時,可以使子菜單的隸屬關係變得肯定明確,否則,將導致混亂。
相同或相似得辭彙在統一層次的菜單中出現會使用戶感到菜單系統混亂。

 

4)解決方法
儘可能從用戶角度設計菜單的語義系統。
不在同一菜單層次上應用相同或相似得辭彙。
把相同或相似辭彙應用到具有隸屬關係得主菜單和子菜單之中。
綜合以上分析,我們認為在數控鑽床CNC2000V200軟體用戶界面中人的因素被很少地考慮,這嚴重影響了用戶對該軟體的學習和使用。

 

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