1 引言

　　為了進一步提高數(shù)控系統(tǒng)用戶界面的友好性，開發(fā)出適合不同用戶的界面，為數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計一種專用的人機界面編輯工具十分必要。此工具軟件主要用于創(chuàng)建數(shù)控系統(tǒng)的人機界面，可以在Windows環(huán)境下運行，通過內(nèi)部圖形庫或自定義的圖形庫進行鏈接，編制個性化界面。采用“所見即所得”的觀念，使用者可立即在屏幕上看到畫面設(shè)計的實際結(jié)果：如各種字形大小、顏色、元件位置、圖形等；在屏幕上的顯示都會與實際人機界面所顯示的畫面一樣。而在編輯操方法上以物件導(dǎo)向的理念設(shè)計，達到拖曳式編輯，使用者可將畫面設(shè)計工作區(qū)中的元件，隨意以滑鼠拖曳到其他位置，或改變其外形、大小等。同時，通過為元件的屬性參數(shù)設(shè)置特定的事件或者特定的變量，從而與數(shù)控系統(tǒng)中的PLC程序或零件加工程序進行數(shù)據(jù)鏈接，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)供用戶觀察、修改和設(shè)置內(nèi)部軟件運行過程及數(shù)據(jù)的人機交互界面。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　2.1 數(shù)控人機界面組成元素

　  主要用于顯示各種加工參數(shù)或狀態(tài)量等數(shù)字信息，如主軸轉(zhuǎn)速、進刀量、坐標位置等。變數(shù)可讀，也可以修改，用戶可以通過按鍵修改某些變數(shù)的值，以設(shè)置各種加工參數(shù)。

　　2）動態(tài)圖素，可以用圖形動畫的形式來反映一些設(shè)備工作狀態(tài)，如可以用動態(tài)圖素來實現(xiàn)信號燈、錯誤警告、狀態(tài)提示等。這些動態(tài)圖素與控制器內(nèi)的變量建立了對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)變量的變化，圖形對象可以進行改變，變量可以是內(nèi)存變量，也可以是I/0 變量。

　　3）靜態(tài)圖素，在整個界面里主要起修飾作用，用于顯示一些固定不變的信息，它與以上兩種圖素相結(jié)合共同構(gòu)成一個友好的顯示界面。

　　2.2 界面編輯系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　界面編輯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為文件管理、屏幕圖形設(shè)計、編譯處理、模擬仿真等幾大模塊，其總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。各模塊功能如下。元庫文件的保存、讀取和刪除等。

　　2）屏幕圖形設(shè)計模塊，是一個供用戶進行人機界面圖形設(shè)計和顯示的具有實時人機交互功能的通用性核心模塊。功能特性：（1）根據(jù)數(shù)控顯示界面的特點，本模塊提供直線、矩形、圓、圓弧、文字、圖片等基本圖形元素及變數(shù)顯示、動態(tài)文字、動態(tài)圖片、表格、功能按鍵5 種特殊圖形元素。用戶用上述圖形元素就可以很容易地設(shè)計各種操作方便、界面友好的數(shù)控人機對話界面。（2）本模塊還提供移動、刪除、縮放、復(fù)制和層次變換等基本圖形編輯工具，方便用戶靈活編輯各種圖形。（3）屏幕圖形元素是以矢量圖形方式表達，所在編輯中不會有失真的現(xiàn)象。（4）每個屏幕圖形元素具有自己的屬性，用戶通過修改圖形元素的屬性值來控制它的功能。

　　3）編譯處理過程就是把設(shè)計的屏幕圖形文件轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控操作顯示設(shè)備能解釋執(zhí)行的屏幕數(shù)據(jù)的過程，即編譯處理程序要完成將用戶設(shè)計的屏幕圖形元素的幾何參數(shù)、功能屬性等信息轉(zhuǎn)化為數(shù)控操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來顯示。

　　4）模擬仿真模塊為用戶提供一種不經(jīng)數(shù)控設(shè)備，直接在電腦上模擬仿真數(shù)控顯示界面的運行環(huán)境，以檢驗設(shè)計的界面是否有效、友好，若不符合要求，可返回屏幕設(shè)計模塊繼續(xù)編輯。模擬功能分為離線模擬和在線模擬兩種。離線模擬不與數(shù)控設(shè)備聯(lián)系，由電腦簡單模擬各屏幕顯示效果；而在線模擬將由電腦接管數(shù)控操作界面的部分功能，通過串口通訊與數(shù)控設(shè)備通訊，真實再現(xiàn)最終界面設(shè)計效果。

3 系統(tǒng)主要模塊的設(shè)計實現(xiàn)

　　3.1 繪圖引擎的實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)的核心功能就是要實現(xiàn)具有實時人機交互功能的界面圖形設(shè)計和顯示的界面編輯系統(tǒng)，需要一個性能較好，可擴展的繪圖引擎作為后臺支持。面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)可以幫助操作者很好地實現(xiàn)這一目的。

　　筆者結(jié)合自己開發(fā)的系統(tǒng)，提出如下基于WindowsGDI 二維圖形引擎結(jié)構(gòu)框架。該結(jié)構(gòu)框架中應(yīng)用程序分為兩部分，一部分是封裝在動態(tài)連接庫中的二維繪圖類，主要功能為各圖形元素的創(chuàng)建、編輯和顯示；另一部分則為主應(yīng)用程序，負責數(shù)據(jù)處理、界面顯示及交互控制。但就整個系統(tǒng)而言還包括Windows GDI 二維圖形庫。

　　由于這里所給出的只是一個系統(tǒng)設(shè)計思想，故未列出系統(tǒng)中包含的所有類和處理過程。CEiement 是一個實現(xiàn)圖元繪制的公共基類。圖元是一個幾何形體，也可以是一種虛擬的圖元組合，具有某種表現(xiàn)形式和事件響應(yīng)能力；一個幾何圖元具有外形特征、風格和對鼠標事件、鍵盤事件以及特定命令的處理能力。外形特征由圖元的頂點確定，可以通過控制點來改變圖元的外形。CEiement 類用于實現(xiàn)上述圖元的這些功能，其中定義了加載圖元數(shù)據(jù)、繪制圖元、操縱圖元等所用到的公共接口或成員變量，這個基類里所定義的是圖元共有的特征，而真正的功能大多數(shù)是由其派生類來實現(xiàn)的。如可由CEiement 派生出直線圖元（Cline）、圓弧圖元（Carc）、變數(shù)圖元（Cvariabie）、表格圖元（Ctabie）等。

　　Ctoois 工具類是用戶利用鼠標、鍵盤來創(chuàng)建、操縱圖元的中介，大致包括創(chuàng)建、選擇和變換三種工具，創(chuàng)建工具能夠在畫布上創(chuàng)建出不同的圖元，選擇工具可以在畫布上選擇若干圖元，變換工具是對圖元進行位置的變換。

　　CCommand 命令類是用戶行為和改變圖元屬性的中介。任何改變圖元屬性的操作都是通過某種特定命令執(zhí)行的，而不論這個命令發(fā)自何處。例如，圖元移動是由移動命令執(zhí)行的，圖元刪除是由刪除命令執(zhí)行的。而且，大多命令的執(zhí)行是可逆的，也即是可以撤銷命令而恢復(fù)到執(zhí)行前的狀態(tài)。當然，也有些命令是不可逆的。

　　屏幕類Cscreen 用于實現(xiàn)創(chuàng)建圖元、操縱圖元、管理圖元、顯示圖元等任務(wù)。其中定義了一個與屏幕圖形設(shè)計界面（如VC + + 中的CView 類）的接口，使用該指針可完成所有與繪圖引擎的交互功能，主應(yīng)用程序中所有對圖元的訪問均通過Cscreen 間接進行。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有良好的可擴展性，用戶還可在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進一步擴展支持更多的圖元繪制和操作。

　　3.2 編譯器的設(shè)計

　　用戶設(shè)計好的圖形界面必須經(jīng)過編譯、優(yōu)化、壓縮等數(shù)據(jù)處理后，才能被控制器顯示驅(qū)動程序所使用。編譯系統(tǒng)的功能主要是以屏幕為單位處理，將其中的圖形元素的幾何參數(shù)、功能屬性等信息，翻譯成便于計算機處理的格式，存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)域，顯示驅(qū)動程序便可對界面數(shù)據(jù)解釋并顯示在屏幕上。

　　編譯器對源屏幕數(shù)據(jù)逐屏掃描一遍，對屏幕上的圖元按不同類型把轉(zhuǎn)換出來的數(shù)據(jù)放在各自的臨時數(shù)據(jù)區(qū)規(guī)定的單元中，這些數(shù)據(jù)區(qū)分別是變數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)、文字數(shù)據(jù)區(qū)和圖檔數(shù)據(jù)區(qū)，在這個過程中要對編譯數(shù)據(jù)作壓縮處理，對相同的數(shù)據(jù)則不存入數(shù)據(jù)區(qū)，以減小編譯后的數(shù)據(jù)量。最后將這些數(shù)據(jù)區(qū)連接起來并生成一個完整的界面數(shù)據(jù)文件，這個數(shù)據(jù)文件即可導(dǎo)入到控制器里運行。

4 結(jié)語

　　用本系統(tǒng)設(shè)計的操作界面，不但使數(shù)控設(shè)備的性能和特點一目了然，而且在操作過程中也帶來諸多方便。在沒有人機界面時，往往為了適應(yīng)不同的工件尺寸，操作人員不得不時時改變加工程序，影響加工效率。而采用人機界面后，就可以將加工程序編成一個“傻瓜程序”，將需要改變的工作參數(shù)用一些變量代替，操作人員只需將這些變量對應(yīng)的值輸入到界面中相應(yīng)的位置即可。

　　綜上所述，本軟件為用戶開發(fā)應(yīng)用界面提供了開放的功能和靈活的方法，也帶來方便的操作和效率的提高。軟件更重要的優(yōu)勢就是易學易用，完全不需要記憶任何功能指令或坐標值，只要操縱滑鼠，就能完成畫面設(shè)計。