基于人机工程学数控机床操作界面的功能合理性规划与设计研究

摘要

我国在数控机床的设计领域尚处于初级阶段。相关产品在国际市场上缺乏竞争力，除了技术上的差距之外，操作界面功能规划的不完善也是其中一个很重要的原因。目前，大多数的数控机床在设计过程只关注了高级技术应用和多样化需求，但忽略了人与机器的协调配合。人机工程学是产品优化设计的基础理论，因此，在数控机床设计领域应用人机工程学的研究，采取一套行之有效的设计方法就显得尤其重要。 本文首先考察了最新的数控机床设计，对数控机床的功能、结构和操作特点等方面进行归纳，并通过分析优秀设计案例，总结出基本设计点。在此基础上，运用人机工程学的研究方法，通过任务分析的方法对数控机床操作系统的功能对“人”和“机”进行合理性的分配。在论文的核心部分中，主要通过多目标导向对操作界面的功能进行规划分析，为后续的设计阶段提供全面的理论支撑。运用TRIZ冲突矩阵表解决多目标导向操作界面设计的冲突，建立全面深刻的研究模型。之后，论述该研究模型如何应用于数控机床的设计中，并在此基础上总结出数控机床界面的基本设计原则。最后，以总结出的设计原则为指导，进行数控机床操作界面的设计。 本文重点从多目标导向的角度对操作界面进行功能的分析和规划，以人机工程学为基础理论，结合TRIZ技术冲突解决的基本原理，力求探索出有利于我国未来数控机床操作系统规划与界面设计的一套系统的研究方法和设计原则。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.1.1 研究目的

1.1.2 研究的意义

1.2数控机床操作界面的国内外研究概况及发展趋势

1.2.1国内的研究概况及发展趋势

1.2.2国外研究状况及发展趋势

1.3数控机床操作界面的基本功能辨析

1.3.1数控机床操作界面的组成及工作原理

1.3.2数控机床操作界面的设计及发展

1.4 论文研究内容及方法

1.4.1 研究方法

1.4.2 研究内容及框架

1.4.3 研究难点

1.4.4 研究创新

第二章 基于任务分析的数控机床操作界面的研究

2.1任务分析的发展状况

2.1.1任务分析的起源及发展

2.1.2任务分析的类型

2.1.3任务分析的基本原理

2.1.4任务分析的方法

2.2任务分析在数控机床人机系统中的应用

2.2.1在数控机床人机系统中引入任务分析方法的可行性

2.2.2数控机床人机系统的功能分析与任务分配

2.2.3任务分析在数控机床人机系统中的应用模式

第三章 人机工程学背景下多目标导向的数控机床操作界面的要素分析

3.1数控机床操作界面的目标要素分析

3.2基于简约高效的操作界面

3.2.1操作过程的高效性

3.2.2操作面板的高效性

3.3基于安全性考虑的操作界面

3.3.1操作者导致的差错分析

3.3.2机床本体的安全问题

3.3.3书面警告和警告标志

3.4基于工作空间布局合理性的操作界面

3.4.1工作场所分析

3.4.2环境分析

3.5基于可靠性研究的操作界面

3.5.1自动控制的可靠性

3.5.2操作者的失误

3.5.3可靠性设计

3.6基于操作者需求考虑的操作界面

3.6.1操作者的生理需求

3.6.2操作者的归属需求

3.6.3操作者尊重与自我实现需求

3.7 TRIZ理论在多目标导向的数控机床操作界面中的应用

3.7.1 TRIZ理论技术冲突解决原理

3.7.2 应用冲突解决原理移除多目标导向操作界面设计的冲突

3.7.3运用冲突矩阵表移除冲突

第四章 人机工程学背景下数控机床操作界面的功能合理性规划

4.1数控机床的显控界面设计

4.1.1显示区的设计

4.1.2控制区的设计

4.2数控机床的工作处理区域设计

4.2.1 机床门、把手及观察窗

4.2.2操作区域的设计

4.3作业环境的合理性规划

4.3.1空间环境

4.3.2物理环境

4.3.3操作界面整体色彩环境

第五章 设计实践

5.1数控机床显控界面的造型设计

5.1.1数控机床显示与控制系统的设计

5.1.2数控机床控制系统的造型设计

5.2 数控机床门及观察窗的设计

（1）设计思路

（2）依据设计原则进行具体设计

（3）效果图绘制与建模

5.3 数控机床整体造型设计

（1）设计思路

（2）设计效果图

（3）色彩方案

（4）尺寸设计

结语

参考文献

插图和附表清单

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢