建立有效運作的HMI（人機界面）：新型操作界面設(shè)計的最佳實踐

　　簡介
　　1992年1月20日晚6：20，一架Airbus A32飛機從法國Lyon起飛，按日程飛行到該國Strasbourg。直到飛機師準(zhǔn)備降落，都一直安全飛行。而當(dāng)飛機師給出降落角度-3.3的指令，進入Flight Control Unit（飛行控制器）模式時，他們并未注意到飛機處于垂直速度模式，而非飛行軌跡角度模式。由于FCU處于錯誤模式，-3.3的數(shù)值意味著以每分鐘3300英尺（1006米）速度下降，而非正常的每分鐘800英尺（244米）速度。由于能見度很差，而飛機師并未及時注意到錯誤，導(dǎo)致一整架飛機撞毀在山間，96名乘客和飛機乘務(wù)人員中，87人遇難身亡。
　　在許多類似事件中，造成悲劇的原因往往由于操作界面，“現(xiàn)在的界面，正常情況下是足夠使用的，但是不足以給飛機師錯誤情況的警示，這種設(shè)計增加某些使用錯誤可能性，尤其是在超負(fù)荷的階段。”
　　2005年3月23日下午，德克薩斯州BP Texas City煉油廠，蒸餾塔烴化物涌出，接觸到空氣，生成高可燃性水蒸氣，被等待載貨的貨車迅速點燃，引發(fā)了一些列爆炸案。十五名工作人員被炸死，180名受傷。室內(nèi)的窗戶以3/4英里（1.2km）的半徑范圍粉碎。
　　美國化學(xué)安全與危險調(diào)查局(CSB)花費了將近兩年時間調(diào)查該事故。他們的最終報導(dǎo)記錄了多種事故原因，包括人員訓(xùn)練不充分、未能遵循安全啟動程序、不夠精準(zhǔn)的儀器、不恰當(dāng)?shù)木S護，以及“設(shè)計糟糕的計算機控制系統(tǒng)，妨礙了操作人員準(zhǔn)確判斷蒸餾塔是否已有溢出?！?/p>

 　　計算機控制系統(tǒng)屏幕為用戶顯示進入蒸餾塔的殘油量數(shù)值，另一個屏幕顯示流出蒸餾塔的殘油量數(shù)值。在不同的屏幕頁面上有兩個供給讀數(shù)，減少了直觀監(jiān)測塔內(nèi)外相對殘油量的重要性，且未能明顯解決兩個流量度數(shù)失衡的問題。
　　人為失誤？
　　這兩起悲劇事故至少有一個共同點：在查看到問題，或預(yù)測到可能會導(dǎo)致的災(zāi)難時，人為操控的失誤，以致于災(zāi)難降臨。
　　但這是操作人員簡單的人為失誤么，或者是操作界面的問題？越來越多無效的或是誤導(dǎo)性的人機界面（HMI），正不斷地引發(fā)工業(yè)事故。
　　Strasbourg Airbus以及BP Texas City災(zāi)難事故，造成如此多傷亡。如果您的工廠或者工程不具有太高危險性，為何您應(yīng)該考慮操作界面是否良好呢？為何花費金錢去改善無人抱怨的HMI？它似乎還能一直運作好多年吧。

　　改變的價值
　　異常情況管理協(xié)會（Abnormal Situation Management Consortium），一個由公司、大學(xué)組成的團體，處理關(guān)于過程控制工業(yè)中，在全球媒體中發(fā)現(xiàn)的突如其來的問題，對其進行追蹤。就在2012這一年，他們就記錄了超過1000起事故。
　　然而，很少有事故會導(dǎo)致爆炸或死亡，幾乎所有都圍繞著延遲、降低產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備的毀壞。基于他們的調(diào)查，ASM協(xié)會估計，每年，突發(fā)事故占據(jù)3-8%，而這3-8%對任意公司來說，都是重要的損失。

　　這里羅列了改進HMI的好處：
　　●提升系統(tǒng)正常運行品質(zhì)
　　●節(jié)省開機、關(guān)機、過渡的時間
　　●避免下載及錯誤，節(jié)省費用
　　●減少培訓(xùn)時間
　　●為您營造輕松的工作環(huán)境，為操作人員大大降低疲勞

　　一項研究顯示，在高精確度工程仿真器中測試，獲得ASM認(rèn)證的界面，與傳統(tǒng)的界面相比較，使用獲得認(rèn)證界面的操作人員的評價如下：
　　●更快更連貫地識別錯誤
　　●比起傳統(tǒng)界面，發(fā)現(xiàn)問題速度提高35-48%
　　●成功處理問題的速率提高25%

　　回顧往昔…
　　我們創(chuàng)建HMI已經(jīng)十多年了，為何現(xiàn)有的HMI無法完全發(fā)揮其作用？
　　讓我們快速回顧一下操作界面的歷史，早期的過程監(jiān)控使用典型的屏幕，擁有一整墻的儀表、指示燈、趨勢圖、發(fā)聲儀表盤，顯示所有的警報。操作人員只需監(jiān)測較少的儀器，這些儀器匯總在基于操作任務(wù)的墻面。通過查看墻面，便可掃視整個系統(tǒng)的狀態(tài)。

　　進入計算機
　　接著，過程變得更復(fù)雜，八十年代引進的計算機，幫助人們解決問題。早期的計算機界面企圖仿造儀表儀器，但并沒有成功。
　　●由于早期的計算機顯示屏，無法簡單顯示模擬量數(shù)據(jù)，難以用簡單的數(shù)值代替儀表。
　　●趨勢圖就很難表示，因此很少使用；在需要的地方使用警報，但警報需求數(shù)量快速增長。
　　●早期計算機的色彩僅限于八種，在強烈的黑色背景中分為兩個等級?？刂剖覂?nèi)燈光亮度比較低，因此和黑色背景反差不大，然而，朦朧燈光的房間增加了操作人員的疲勞感。

　　由于計算機的圖片顯示能力提升了，界面設(shè)計者經(jīng)常使用管道及儀表流程圖（P&IDs），這些流程圖很容易獲取，看上去就如邏輯流程。總之，這就是它工作的方法。大多數(shù)HMI依舊建立在P&IDs基礎(chǔ)上，高性能HMI手冊（High Performance HMI Handbook）作者Bill Hollifield和Ian Nimmo寫道。
　　但是P&IDs是“設(shè)計流程的工具，與控制一個流程的用戶界面完全不一樣”。設(shè)計一個基于P&IDs的HMI，就像設(shè)計一個汽車儀表板，來顯示控制器的內(nèi)部情況。但是相對于建立一個控制器，開車包含許多不同的任務(wù)。儀表盤需要顯示基于車輛所需執(zhí)行這些任務(wù)的數(shù)據(jù)。
　　另外，P&IDs將所有部件集中在一起。“并無體系分層，向您展示的是非常單調(diào)的流程元件，而不支持向下獲取額外的信息?！比绻聊簧巷@示了太多的數(shù)據(jù)，就很難找到哪些是重要的信息。
　　遺憾的是，這些早期的基于計算機的設(shè)計，其局限性已經(jīng)有很多年。當(dāng)計算機圖片變得錯綜復(fù)雜，可以看到成千上萬的色彩，它們多數(shù)是同樣用于P&ID流程圖，看上去更真實，而不是改變HMI更好地適應(yīng)操作者任務(wù)。燃燒火焰的鍋爐、詳細的階梯及墻面，不提供有用的控制信息，實際只起到分散操作人員注意力的作用。 

　　上面顯示的HMI是一個圖片效果的例子。界面中實際的數(shù)據(jù)被明亮的顏色、文字、圖片所掩蓋，而圖片不顯示任何真實信息。您無法獲知，系統(tǒng)是否運行良好 

　　現(xiàn)代化計算機界面設(shè)計
　　同時，在自動化世界以外，計算機已大大縮減了尺寸及成本，我們可以隨身攜帶。為人們提供大量功能，從個人信息到銀行，再到直接接受產(chǎn)品及服務(wù)的支付。
　　然而，為何有大量未經(jīng)培訓(xùn)的人可以使用這所有功能？因為，計算機能力不斷的提升，硬件及軟件界面設(shè)計者，開始關(guān)注于人們與計算機交互的方式，以及需要怎樣的界面，使人機交流變得更簡單。
　　多年來，對于人機工程的研究，揭示了大量關(guān)于如何設(shè)計產(chǎn)品，滿足人類，無論有何需求，都能輕松獲得。
　　為何自動化HMI無法反映關(guān)于計算機界面的發(fā)展，使來自控制系統(tǒng)的監(jiān)測、控制、操作數(shù)據(jù)更容易？

　　HMI的新標(biāo)準(zhǔn)
　　注意到人為因素的調(diào)查，以及工業(yè)事故的觸發(fā)，人們越來越關(guān)注于提升HMI質(zhì)量，以及反映真實操作界面的價值性。
　　不管稱為新標(biāo)準(zhǔn)生物工程學(xué)、用戶中心設(shè)計，或是高性能HMI，研究人員和自動化專家正在建立新型HMI操作界面的最佳實踐，要創(chuàng)建簡潔、連貫的、環(huán)境支持、為操作人員的運作提供實時反饋。
　　●NASA自動信息輸入系統(tǒng)研究中心用色彩學(xué)維護調(diào)查數(shù)據(jù)，以及復(fù)雜信息顯示的用法。
　　●操作者運行中心公布了操作者技能、培訓(xùn)、工作情況、自動化系統(tǒng)和警報的調(diào)查。
　　●ASM協(xié)會指導(dǎo)方針，高效操作界面設(shè)計，在2008年推出，包括對界面、導(dǎo)航、文本&字符、操作者與界面交互、警報優(yōu)先/聲音/外觀、操作者培訓(xùn)、HMI研發(fā)方法論。
　　●國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ISA）成立了一個委員會，致力于人機界面標(biāo)準(zhǔn)的制定。這些標(biāo)準(zhǔn)的第一草案（ISA101）正在審核中。

　　將新標(biāo)準(zhǔn)投入實踐
　　因此，如果一款性能良好的HMI，能幫助您節(jié)省時間與金錢，提高質(zhì)量，避免事故發(fā)生，這聽上去是件好事。但該如何創(chuàng)建呢？讓我們看一下建立一個良好性能HMI的關(guān)鍵點吧：
　　●將數(shù)據(jù)融入環(huán)境，提升操作者的環(huán)境意識
　　●通過減少操作者的意識負(fù)擔(dān)，使一切變得更輕松
　　●建立信息等級制度，便于識別

　　將數(shù)據(jù)融入環(huán)境
　　將數(shù)據(jù)融入環(huán)境，提升操作者的環(huán)境意識。環(huán)境意識是一個簡單又抽象的概念。當(dāng)然，運行系統(tǒng)的操作人員，應(yīng)該意識到目前的狀況。但是，有比這更重要的。
　　Mica Endsley,P.E.博士寫道，操作人員必須通過下面三個步驟，來獲得真實的環(huán)境意識：
　　首先，他必須觀察重要數(shù)據(jù)
　　其次，他必須了解目前的狀況
　　第三，他必須預(yù)測到將來的狀態(tài)
　　光是查看目前的系統(tǒng)數(shù)據(jù)還不夠，操作人員必須結(jié)合環(huán)境，了解它們的含義，查看趨勢，預(yù)測接下來會發(fā)生的狀況。
　　環(huán)境意識不是來自于控制系統(tǒng)，Endsley寫道?！罢鎸嵉沫h(huán)境意識只存在于人類操作者的腦海中，因此，顯示出大量數(shù)據(jù)并不是好事，除非，用及時的方法，順利傳輸、吸收、同化，以養(yǎng)成環(huán)境意識?！?/p>

　　環(huán)境意識包含大量因素，包括警報意識、趨勢、生物工程設(shè)計的控制室，以減少勞累和注意力的分散。
　　您無法通過掩藏系統(tǒng)的信息，不犯人為的錯誤。如果操作人員超出控制循環(huán)系統(tǒng)，將無法了解系統(tǒng)的發(fā)展，也會失去環(huán)境意識。而您應(yīng)該盡可能的使用人力資源：給他們相關(guān)的信息，以發(fā)展環(huán)境意識，來預(yù)測或者響應(yīng)。
　　這里是一些結(jié)合環(huán)境讀取數(shù)據(jù)的方法，來提升操作人員的環(huán)境意識。

　　匹配操作人員的思維模式
　　良好的環(huán)境意識需要操作人員的思維模式清晰匹配系統(tǒng)運行的界面。
　　不具備精確的思維模式，操作人員可能會誤解信息。他就不會理解系統(tǒng)狀態(tài)改變的意義，或采取行動的可能結(jié)果。
　　在設(shè)計HMI之前，與操作人員近距離接觸，了解它們的思維模式，以及對系統(tǒng)的職責(zé)。也要謹(jǐn)防隨時間變化而變化：因為當(dāng)系統(tǒng)改變了，或變得更為復(fù)雜，思維模式便可能過時，需要調(diào)整了。

　　突出重要信息
　　關(guān)注某一列，或只注意一組信息，而忽略其他的，是環(huán)境意識中最常出現(xiàn)的錯誤。您可以通過突出關(guān)鍵的信息，不太重要的信息設(shè)為與背景較一致，來提高環(huán)境意識。
　　第一步，要先知道什么信息是最重要的，什么信息不太重要。您對操作人員任務(wù)的研究，能幫助您在正常及非正常情況下，確定相關(guān)數(shù)據(jù)的重要性。
　　當(dāng)查看第三頁糟糕的HMI例子，它突出的是亮綠色、紅色泵、以及紅色罐中的火焰。但是，這些并不重要，甚至，泵的顏色僅提供很少的信息，因為我們都不清楚指定的泵在此時是應(yīng)該是開還是關(guān)。
　　我們馬上來看一下，如何使用顏色和操作，來加強重要性。

　　提供信息，而不僅僅是數(shù)據(jù)
　　為了闡明，提供信息，而不僅僅是數(shù)據(jù)的重要性。Bill Hollifield，高性能HMI手冊的合著者，使用Fluffy貓的例子。
　　您是否能通過下表，了解Fluffy貓的健康狀況？

　　如果您已記住所有這些數(shù)值的正常范圍，您又是一位獸醫(yī)，您也許就能說出它的健康狀況，但也要花費您片刻時間。

　　盡管，通過旁邊的正常數(shù)值范圍，將這些數(shù)據(jù)變?yōu)樾畔⒑苋菀住＿@個范圍將幫助您了解目前的狀況，而無需依靠您的記憶。
但更好的做法是，您可以在旁邊添加一個超出范圍的任意標(biāo)識，就如下表中所示，接著，您就無需將每個數(shù)值與其范圍做比較，去確定Fluffy是否健康。

　　之后，我們將看到一種更好的顯示方式。

　　趨勢圖顯示
　　了解目前的狀況是否良好，僅僅是環(huán)境意識的第二步。我們還需要了解接著會發(fā)生什么，這些指示數(shù)據(jù)會發(fā)生改變嗎？
　　假定您正在監(jiān)測壓力：

　　您能查看到現(xiàn)在的狀況是良好的，但也僅此而已。請查看更多信息的趨勢圖：

　　類似的趨勢圖，幫助操作人員預(yù)測未來，查看目前的狀態(tài)，是否繼續(xù)往好的方向發(fā)展，或者即將發(fā)生問題。趨勢圖也便于查看設(shè)備，是否需要維修、產(chǎn)量增長情況、以及可采取的其他有效方法的搭配。
　　由于趨勢圖對于發(fā)生問題前及時采取措施，具有如此重要的作用，將相關(guān)的數(shù)據(jù)引入趨勢圖，別讓操作人員浪費時間，尋找或創(chuàng)建趨勢圖。

　　為操作行為提供邊界區(qū)域
　　另一種將數(shù)據(jù)融入環(huán)境的的方式，是為目前的路徑，提供分界邊界區(qū)域。啟始及過渡是很好的例子：如果您對邊界區(qū)域有所了解，就能明白何處應(yīng)該設(shè)置，用以在出問題前就進行調(diào)節(jié)。

　　假定您正在寬廣的公路上行駛，沒有道路指示，僅在每個車道邊有顯眼的警報光束，提醒您穿越了該光束。當(dāng)您稍微向左調(diào)整方向，警報就解除了，您便能很快調(diào)整適應(yīng)。但接著您可能方向調(diào)整得過多，觸及了右側(cè)的警報，在兩側(cè)警報之間來回觸及，會帶來很大的壓力。非直線駕駛，而迂回前進，您將多花多少油費？如何才能更好地將數(shù)據(jù)運用于車道，從而，幫助了解您正行駛在車道中央，并且只需進行略微的調(diào)整即可。

　　使一切變得更容易
　　一旦您將數(shù)據(jù)融入環(huán)境，關(guān)注這一點，有助于操作人員更便捷使用HMI。
　　在PC的早期發(fā)展階段，您向操作系統(tǒng)輸入指令，尋找或者存儲文檔，又或者完成任意其他功能。為了完成任務(wù)，您得了解并且精確記住這些指令。接著，基于文本的軟件，呈現(xiàn)出一系列指令，您可以從中選擇指令，圖形用戶界面和符號，通過減少您的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，使工作變得更容易。
　　認(rèn)知負(fù)擔(dān)是指為了明白事物，您得做的全部腦力工作，不得不記住大量精確的指令，會增加您的認(rèn)知負(fù)擔(dān)；具備了可辨識的指令或符號后，會幫您減少負(fù)擔(dān)。
　　為使操作人員更便捷使用HMI，我們必須減少認(rèn)知負(fù)擔(dān)，尋找相關(guān)數(shù)據(jù)、分析理解后，預(yù)測之后的發(fā)展趨勢，并采取行動。這里有一些簡便的方法。

　　站在操作人員的立場
　　從操作人員的觀點出發(fā)，直接與操作人員對話，不要詢問如何提高HMI性能，他們大部分人都不會知道，而一些評論可能導(dǎo)致您路徑錯誤。應(yīng)該詢問操作人員要執(zhí)行什么任務(wù)，找出所需信息，使得更簡便、順利完成這些任務(wù)，觀察他們?nèi)绾喂ぷ鳌?br />　　設(shè)計一套流程，與操作人員的思維模式保持一致，以他們的視角為導(dǎo)向，就好比氣體向上跑，液體往下流動。就如生活中我們習(xí)慣從左往右閱讀，就按照這個方向設(shè)計流程。

　　分組同類數(shù)據(jù)
　　再次從操作人員的角度出發(fā)，什么樣的信息應(yīng)該被分組在一塊兒呢？
　　假定，其中一部分的工作，是監(jiān)測四臺壓縮機，其中三臺在任意指定時間運行，還有一臺在其他三臺無法良好運行時交替使用。您不會想查看四塊屏幕，確定每一臺的運行狀況，而當(dāng)開關(guān)屏幕時將這些數(shù)值全記在腦子里。它們應(yīng)該分組匯總到同一屏幕中，例如下側(cè)圖所示，您便可以立即瀏覽到全部信息。

 　　分組有很多種方式，根據(jù)其物理位置是最有效的方法。人類會自覺將同一類事物進行分類，然而，也有其他方法：同樣形狀、尺寸或顏色；同一電路連接；同一盒子封裝，或用略暗的背景置于背后。
　　屬于同一類的分組信息，幫助操作人員理解它們之間的重要連接。也從視覺上簡化屏幕，更便于操作人員歸納信息。
　　就我們的四臺壓縮機來說，用一個暗色的框放在數(shù)據(jù)后面，表示它們屬于同一組，將它們與屏幕上其他不相關(guān)的信息區(qū)分開。

　　保持簡單化
　　用于運行流程、處理異常情況的理想HMI，似乎就應(yīng)當(dāng)是乏味的！
　　最簡潔的形式，不是增加屏幕上的空白區(qū)域，而是，屏幕上顯示了什么，如何顯示的。
　　認(rèn)真查看屏幕，試著刪除無需添加的信息：不變的內(nèi)部設(shè)備、階梯、墻面、設(shè)備或數(shù)據(jù)的3D顯示；不必要的線條或移動；顏色變化程度。如您在第三頁見到的，添加這些零件后，就很難看清重要的數(shù)據(jù)。那么，就試試下面的吧：
　　將3D轉(zhuǎn)成2D
　　用簡潔的線條繪圖
　　確定屏幕上的元素，有足夠的對比性，便于查看，但要避免形成鮮明對比
　　選擇柔和的背景及元素，對于設(shè)備、工藝流程，或說明文本，淡灰色背景上的深灰色元素，就不太顯眼
　　為了突出重要信息，使用粗線條、顏色、形狀，或增加指示燈
　　用能滿足顯示操作者意圖的最短十位數(shù)數(shù)值
然后嘗試斜視測試：往后站，看著屏幕，然后斜視。最重要的信息突出了嘛？這樣很容易看到異常情況。

　　謹(jǐn)慎使用顏色、移動、聲音
　　如果在任意時刻，很多信息都需要操作人員去關(guān)注，那他就無法關(guān)注最重要的信息。提高信噪比，重要的信息就不會被埋沒。

　　請謹(jǐn)慎使用顏色，它會使屏幕變得更復(fù)雜。要記住許多顏色，及其意義，對操作者來說，是不現(xiàn)實的。并且，大約10%的男人，和1%的女人是色盲。
　　由于外觀效果及色盲，可能會是問題，請確保您能夠區(qū)別最重要的元素，不僅僅是顏色，還有報警等。例如，給報警級別，標(biāo)識不同的形狀和顏色：

　　對于動態(tài)的選擇，比對于顏色，更加謹(jǐn)慎。人類是很容易被運動體吸引的：由于人類上千年的打獵生活，任何活動物體，要不就是獵物，要不就可能是潛在的危險。
　　通過對重要環(huán)節(jié)，減少動態(tài)，來降低認(rèn)知負(fù)擔(dān)。旋轉(zhuǎn)的泵并不是有利的顯示方式，而未確認(rèn)報警的閃爍方式，則是一種好的動態(tài)。（警報閃爍比閃爍數(shù)值更有利；操作人員需要閱讀數(shù)值）
聲音也是會分散注意力的，因此要限定使用，并且當(dāng)有需要時，隨時開啟或關(guān)閉。

　　保持一貫性
　　保持一貫性的界面，便于操作人員理解系統(tǒng)，并了解如何采取行動，或處理問題。熟悉度能增強操作人員的信心。
　　當(dāng)蘋果公司要開發(fā)iPhone時，他們要求研發(fā)人員為這個新設(shè)備構(gòu)建應(yīng)用程序，對其中的元素及動態(tài)，遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)提供帶有明確功能的控制，規(guī)定何處安置按鈕、該如何手動操作等等。由于所有的iPhone應(yīng)用是保持其一貫性的，用戶可以自信的使用任意手機應(yīng)用。
　　這里有一些保持HMI一貫性的方法：
　　●相類似的信息，使用同類圖片。
　　●特定物件使用特定顏色。不要給其他事件，安置報警的顏色。
　　●同一物件，用同一個名字。
　　●將屏幕上的各元素組合起來保持一致性。例如，保持導(dǎo)航條在右下角。

　　●動態(tài)數(shù)據(jù)的顯示，要與說明性文本區(qū)別開來。例如，動態(tài)數(shù)據(jù)使用明顯的藍色。（考慮到說明性文本，在本例中，元件未使用藍色）。
　　●用一致的方式，顯示相類似的數(shù)值。例如，在小數(shù)位置顯示相同的數(shù)字，按小數(shù)點對齊排列成縱隊的數(shù)據(jù)更容易識別。在下面的表格中，您會注意到，右欄相關(guān)數(shù)值比左欄數(shù)值更一目了然，因為右欄的小數(shù)點排成一條直線。

　　用模擬量來顯示
　　人類用模擬量來顯示數(shù)據(jù)，因為它能減少我們的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。
　　當(dāng)您詢問“現(xiàn)在幾點了？”您其實并不是對時間本身感興趣。而是想知道已經(jīng)開了多久的會議，或您已經(jīng)感覺到餓了，想知道12：00的午餐時間要多久才能到來。模擬量的時鐘，展示了相關(guān)的內(nèi)容；而數(shù)字量時鐘，我們不得不去計算。

　　還記得那只叫Fluffy的貓嘛？甚至，所顯示的Fluffy身體狀況正常范圍的數(shù)據(jù)，都沒有模擬量來顯示更有效。
將下圖用模擬量圖片顯示的情況，與第六頁Fluffy血液測試的數(shù)字表格做比較。

　　在數(shù)字表中，根據(jù)范圍計算每個數(shù)值，去查看它位于范圍中的哪一段，或者超出多少。但在模擬圖表中，您可以一目了然，僅有一個異常數(shù)值，超出了正常范圍。數(shù)據(jù)的模擬量顯示，減少了認(rèn)知負(fù)擔(dān)。
　　現(xiàn)有的HMI基于圖表的基礎(chǔ)上，整個屏幕的數(shù)字分散開來，就如第三頁上較糟糕的HMI例子，比數(shù)字表格更糟糕。我們還如何期待操作人員能夠記住數(shù)值，以及正確的范圍。
　　花費大量的努力及時間，人們還是有能力記住的，但為何要這么費勁，而不使一切變得簡單起來？要是故障了怎么辦----在接近十小時的工作后，操作人員饑餓難耐，突然50個警報響了，管理人員通過手機喊叫，那么，我們真的想讓操作人員如此費事地處理問題么？

　　提供反饋
　　當(dāng)操作人員與系統(tǒng)信息交互，他需要了解他所做的是否正確、有效。
　　您可以建立檢查機制，簡化您的工作，這樣就很難出錯，有問題發(fā)生就很顯眼。
　　●如果他在屏幕上選中什么，就能指示出他選了什么（例如，用白色來顯示）。
　　●如果他開始著手某個行動，就指示出該行動正在執(zhí)行。
　　●設(shè)計圖片及控制，便可在所有屏幕上保持連貫動作，不會跳出意外的內(nèi)容。
　　●需要進行安全檢查，證實所需進行的操作，尤其很少被執(zhí)行以及會導(dǎo)致重大結(jié)果的操作，例如切斷電源。
　　●輸入的數(shù)值在期待范圍以外。例如，當(dāng)期待數(shù)值為3.88時，操作人員會輸入388，來證實其正確性。也很可能會輸入錯誤，尤其是在軟鍵盤，或者薄鍵盤上。

　　建立一種信息制度
　　基于P&IDs的HMI，其中一個問題就是它傾向于展示一系列控制系統(tǒng)的平面視圖。瀏覽屏幕的整個系統(tǒng)狀態(tài)，或者操作人員負(fù)責(zé)的系統(tǒng)重要部分，查看丟了什么信息。

　　創(chuàng)建等級
　　最佳的建議是創(chuàng)建四種等級制度，或為不太復(fù)雜的系統(tǒng)創(chuàng)建三種等級。每一種較低的等級，都提供更詳細的信息，作為高等級的一部分。
　　等級1：縱覽----等級1是對整個系統(tǒng)的縱覽。（查看從Bill Hollifield開始的例子）這個縱覽應(yīng)該包括：
　　●關(guān)鍵操作的指示（安全性、環(huán)境、生產(chǎn)、效率、質(zhì)量）
　　●高優(yōu)先權(quán)警報&認(rèn)知狀態(tài)
　　●重點設(shè)備狀態(tài)
　　●重要流程特性趨勢
　　●異常情況以及其嚴(yán)重性
　　等級1的界面，經(jīng)常是出現(xiàn)在大屏幕上，便于操作人員、管理者及經(jīng)理等其他工作人員查看。這個等級應(yīng)該得到操作人員的支持。

　　等級1縱覽屏幕的例子如上所示。
　　等級2：單元控制----等級2的屏幕是主要用來監(jiān)測和控制的屏幕。操作人員幾乎要在這個等級采取所有的行動。
為每個邏輯子系統(tǒng)，創(chuàng)建一個等級2的屏幕，覆蓋等級1的縱覽：
　　●控制器
　　●數(shù)值
　　●報警
　　●趨勢
　　●狀態(tài)
　　考慮下如何為特定情況提供信息，例如啟動或轉(zhuǎn)換：您可能需要為等級2提供一個不同版本的屏幕。對于異常情況，可以彈出信息及控制，并為操作人員提供檢測用的指導(dǎo)列表清單。
　　小貼士：當(dāng)設(shè)計HMI時，關(guān)注于每個子系統(tǒng)的操作者任務(wù)，首先設(shè)計等級2的界面；然后返回，設(shè)計等級1的縱覽。
　　等級3：詳細單元---等級3的屏幕是在等級2的基礎(chǔ)上對某一項更詳細的展開。等級3的屏幕可能包括：
　　控制回路
　　設(shè)備單獨的一個單元
　　故障維修的顯示，它是非時效性的
　　如有必要，畫一些P&ID制圖
　　如您正在修改現(xiàn)有的HMI，等級3的界面，適合使用任意基于現(xiàn)有P&ID的界面。
　　等級4：單元支持----對于復(fù)雜的系統(tǒng)，您可能需要將文檔和信息單獨分離到等級4。包括操作步驟、報警文件、指導(dǎo)等等。

　　提供快速導(dǎo)航
　　在異常情況下，操作人員經(jīng)常需要在屏幕間快速切換，如您一定要在幾個等級間切換，再到下一個屏幕，會浪費一定的時間。
　　下面的圖片來自ASM協(xié)會，請看一下深入導(dǎo)航（左邊）和淺導(dǎo)航（右邊）的區(qū)別。

　　“ASM高效操作者界面設(shè)計指導(dǎo)”推薦淺導(dǎo)航，所有的等級2界面都容易從HMI中獲得。在淺導(dǎo)航中，只需鼠標(biāo)點擊三次鼠標(biāo)，就能從A點移動到B點。
　　通常提供淺導(dǎo)航的方法，是在每個界面的同樣位置，安置一個柱狀按鈕。一個按鈕直接連接到縱覽界面，其他的直接跳轉(zhuǎn)到等級2界面。

　　讓我們開始吧
　　您是否考慮改變現(xiàn)有的HMI，或建立一個新的界面？好好看看最佳實踐新型操作者界面設(shè)計吧。我們已經(jīng)接觸了好多，還有更多可用的信息。
　　您可以從高性能HMI手冊以及ASM協(xié)會的高效操作者界面設(shè)計開始。另一本不是專用于自動化行業(yè)，但也是高效數(shù)據(jù)顯示的杰出案例的書是信息儀表盤設(shè)計。
　　請記住，就算沒人抱怨目前的HMI，也不代表它是好的。人們對它很熟悉，很難說出該如何改進。只有當(dāng)他們遇到更好的界面，才能知道一直以來錯過了什么。

　　需要幫助嗎？
　　與您的自動化制造商一同查看，如果他們提供HMI軟件或輔助，幫助您整合以用戶為中心的優(yōu)良設(shè)計準(zhǔn)則。在大型的分布式控制系統(tǒng)（DCS）制造商中，您可能會選擇Honeywell的Experion PKS或者Emerson的Delta V。它們對提升一些非常大型的工業(yè)系統(tǒng)操作者界面，都能起到一定的作用。
　　對于不太復(fù)雜的系統(tǒng)，自動化制造商Opto 22的groov產(chǎn)品，可幫助您建立簡單的操作者界面，它可以運行在大量的平臺上，從智能手機，到基于網(wǎng)絡(luò)的大屏幕電視等等。按照高性能HMI的準(zhǔn)則而設(shè)計，groov有意限制操作者界面的顏色和圖片。
　　系統(tǒng)集成商也會幫助您，由于您已經(jīng)了解了一些關(guān)于建立HMI的基礎(chǔ)理論，您更能與他們交流什么是您想要的，而什么不想要。在這份白皮書中提到的大多數(shù)人，都具備良好的HMI設(shè)計能力，他們能夠為您提供良好的服務(wù)，或者重新設(shè)計界面。
　　請記住，任何對操作界面的改進，都將節(jié)省時間及金錢---更短的培訓(xùn)時間、更高的產(chǎn)品質(zhì)量及服務(wù)、減少操作人員的壓力、更少的維修時間、更少的事故。

　　關(guān)于groov
　　專門按照高性能HMI的準(zhǔn)則設(shè)計，groov為您提供特別便利的方式，將系統(tǒng)信息，傳遞給有所需要的人。
界面創(chuàng)建及使用都非常便利，groov操作者界面優(yōu)化您現(xiàn)有的HMI界面，為授權(quán)工程師、技術(shù)人員、管理人員提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
　　使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，便可建立、瀏覽groov界面。無需額外的軟件或插件。
　　為了建立界面，在屏幕上簡單的拖拉工具（例如儀表盤或按鈕），并從Opto 22 SNAP PAC控制系統(tǒng)或OptoEMU能耗監(jiān)控套件中，選擇數(shù)據(jù)標(biāo)簽。
　　由于它建立在開放的標(biāo)準(zhǔn)上（HTML5、CSS3、SVG），您所建立的groov界面可以在任意帶網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的設(shè)備上運行：智能手機、任意制造商生產(chǎn)的平板電腦、計算機、甚至基于網(wǎng)絡(luò)的大尺寸電視。
　　所有軟件和數(shù)據(jù)都存儲在groov Box中，工業(yè)級別堅固的設(shè)備，與您的網(wǎng)絡(luò)相連接，groov Box為您的控制系統(tǒng)及計算機網(wǎng)絡(luò)，使用獨立的網(wǎng)絡(luò)界面。所有從瀏覽器到groov Box的通訊，使用安全套接層（SSL）確保安全性。
　　預(yù)知更多信息，請訪問www.groov.com，或聯(lián)系Opto 22售前工程師，電話：021-58358249，郵箱：optochina@opto22.com。

　　1 簡單易操作
　　SNAP PAC系統(tǒng)由四個部分統(tǒng)一整合而成：軟件、控制器、智能處理器和I/O。系統(tǒng)建立、調(diào)試程序，以及故障維護都更簡便，大大減少了系統(tǒng)開發(fā)及投入運行的時間。
　　2 更低的長期成本
　　SNAP PAC系統(tǒng)的成本低于許多PLC系統(tǒng)，并且由于軟件是免費的，您不需要投入高昂的費用，便可投入使用該系統(tǒng)。我們?yōu)槟峁┟赓M的培訓(xùn)以及技術(shù)支持，因此對于設(shè)備的整個使用期來測試，系統(tǒng)成本會大幅降低。
　　3 適用于多類自動應(yīng)用的SNAP PAC系統(tǒng)
　　SNAP PAC系統(tǒng)功能強大。一套系統(tǒng)，便可用于多個自動化項目中，幫助您完成過程控制、離散自動化、能耗管理、數(shù)據(jù)采集，甚至遠程集中監(jiān)控。
　　分布式智能，幫助您隨時隨地方便地添加I/O。擁有了有線/無線控制器及I/O，您就可根據(jù)實際所需，將有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換到無線網(wǎng)絡(luò)，或者立即實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)的通訊。
　　靈活的硬件讓您無需浪費更多的投資，節(jié)省了金錢及時間。
　　4 高級編程工具
　　SNAP PAC系統(tǒng)的編程方式采用直觀的流程圖，也可運用更高級的腳本語言，或者結(jié)合兩者一起使用。這兩種方法所包括的指令，用于標(biāo)準(zhǔn)的過程控制以及離散自動化的功能塊、浮點型數(shù)字、串行處理、排列、子程序、指針變量等，其他的高級工具用于復(fù)雜的應(yīng)用。
　　5 連接到第三方軟件及設(shè)備
　　SNAP PAC控制器及智能處理器，支持OPC、Modbus/TCP、EtherNet/IP?？珊喴椎貙?shù)據(jù)導(dǎo)入到SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并直接從硬件發(fā)送郵件。該系統(tǒng)也可以簡單地使用Modbus、DNP、BACnet、CAN或任意基于串口的設(shè)備、儀器，進行通訊。
　　6 業(yè)界最好的I/O
　　憑借著業(yè)內(nèi)最佳的保障：多數(shù)SNAP I/O模塊終身保用。每個模塊出廠前都經(jīng)過獨立測試，而不是抽樣測試。SNAP PAC系統(tǒng)可以配置從幾個I/O點到數(shù)千個I/O點。您可按需，根據(jù)信號類型，選擇高可靠性的模擬量、數(shù)字量、串口模塊。電壓、電流、交流、直流、熱電偶、RTD、電源檢測器、RS-232、RS-485、Profibus、運動控制、應(yīng)變測試等等，都可與SNAP PAC系統(tǒng)一同連接。
　　關(guān)于SNAP PAC系統(tǒng)
　　SNAP PAC系統(tǒng)是Opto 22公司出品，軟硬件集成的系統(tǒng)，用于工業(yè)控制、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用。簡化了對自動化系統(tǒng)了解、選擇和采購的復(fù)雜過程，SNAP PAC系統(tǒng)由以下四部分組成：
　　PAC Project 軟件套件----簡單易用的基于流程圖的編程方式、HMI（人機界面）、可選的OPC客戶端以及數(shù)據(jù)庫連接軟件。
　　SNAP PAC控制器----獨立式和基于機架式的工業(yè)控制器；有線/無線模塊可選。
　　SNAP PAC智能處理器----智能I/O處理器，用于分布式控制。也可選擇有線/無線模塊。
　　SNAP I/O----模擬量、數(shù)字量、串口量、特殊功能I/O模塊，可與現(xiàn)場設(shè)備、儀器、傳感器相連接。所有I/O模塊可交替與標(biāo)準(zhǔn)的以及有線/無線智能處理器一同工作。
　　這四個簡單，又具有很大靈活性的系統(tǒng)組成部件，可處理任何情況，從最基本的設(shè)備監(jiān)控到完整的工廠自動化。
　　通訊網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議
　　SNAP PAC系統(tǒng)自帶Ethernet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此您無需擔(dān)心成本，以及額外添加網(wǎng)絡(luò)通訊卡的麻煩。系統(tǒng)中的分布式I/O可運行在以太網(wǎng)或串行網(wǎng)絡(luò)，也可同時運行于兩個網(wǎng)絡(luò)。另外，您可以與大量的串行設(shè)備通訊，例如條形碼閱讀器、RFID閱讀器、串口顯示器、modem等。
　　由于SNAP PAC系統(tǒng)運行于標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet網(wǎng)絡(luò)，可直接與計算機、基于Ethernet的設(shè)備相互通訊，使用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議包括TCP/IP、UDP/IP、郵件傳輸協(xié)議SMTP、網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP、Modbus/TCP、及用于Allen-Bradley PLC系統(tǒng)的EtherNet/IP等。

　　關(guān)于OPTO 22
　　Opto 22公司研發(fā)并制造應(yīng)用于工業(yè)自動化、能耗管理、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集的軟硬件設(shè)備。Opto 22的產(chǎn)品是標(biāo)準(zhǔn)化的，用于商業(yè)網(wǎng)絡(luò)及計算機技術(shù)中，以簡單易用、創(chuàng)新、高品質(zhì)、高可靠性而聞名世界。Opto 22的輸入/輸出以及控制系統(tǒng)，允許客戶從所有的設(shè)備、電子儀器儀表監(jiān)測、控制、采集數(shù)據(jù)，這些都是項目運行的關(guān)鍵。Opto 22產(chǎn)品適用于自動化終端用戶、OEM，信息技術(shù)及操作人員已經(jīng)為全球一億套設(shè)備安裝了該產(chǎn)品。公司始建與1974年，總部位于美國加州的Temecula。Opto 22的產(chǎn)品通過全球網(wǎng)絡(luò)的分銷商及系統(tǒng)集成商出售。預(yù)知更多信息，請聯(lián)系Opto 22上海代表處，電話：021-58358249，郵箱：optochina@opto22.com。網(wǎng)址：www.opto22.com.cn。