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如何設計一個好的HMI——平衡效率和可用性

行業科普 2024年10月16日 13:34:44來源：控制工程網 24961

摘要在人機界面(HMI)設計方面，有一些基本概念需要牢記，但沒有放之四海而皆準的解決方案。每個屏幕都是獨一無二的，其功能和要求都與操作員的需求息息相關。三家系統集成商分享了他們對HMI在電動汽車制造、發電和制藥行業卓越表現的見解。

　　【儀表網行業科普】根據不同的行業和使用需求來定制HMI，可以最大限度地提高相關性，并在效率和可用性之間取得適當的平衡。

圖片來源：Inductive Automation

　　在人機界面(HMI)設計方面，有一些基本概念需要牢記，但沒有放之四海而皆準的解決方案。每個屏幕都是獨一無二的，其功能和要求都與操作員的需求息息相關。三家系統集成商分享了他們對HMI在電動汽車制造、發電和制藥行業卓越表現的見解。

　　01 滿足不同用戶需求的HMI設計

　　在設計電動汽車制造設施的HMI時，來自Corso Systems公司的Alex Marcy強調了用戶需求的重要性。不是每個人都需要相同的信息，因此Marcy建議將整個用戶群體分為三類：業務人員、運營人員和投資者/客戶。

　　業務人員(比如高管和經理)不太關心工廠的細節。相反，他們需要了解全局信息和高級別的關鍵績效指標(KPI)，以便回答有關運營的一般問題并做出明智的決策。Marcy說：“業務人員通常從ISA 95的角度出發，他們不一定關心特定工作站中發生的事情。”

　　相比之下，運行人員則專注于運行特定過程，因此其HMI可以提供更具本地化的情境信息，強調實時KPI、報警和生產計劃。Marcy說：“我們使用了Ignition Perspective的地圖組件和自定義模塊，來顯示車間的設備。在某種程度上，這種地圖組件可以簡化整個應用的導航。”

　　投資者或客戶查看HMI的方式和其他類別的人員不太一樣，但同樣需要即時理解。通過構建工藝過程圖，用箭頭顯示物料在整個工藝過程中的流動方向以實現可視化，可以更方便用戶查看設備。

　　對客戶來說外觀顯示也很重要。屏幕的色彩、光潔度和清晰度都會影響用戶的體驗，這和更看重功能的灰度、高性能的HMI不一樣。

　　02 清晰的架構和直觀的導航

　　沒有裝配線的公司如何設計人機界面？正如Kupper Engineering公司的Frank Peronace所解釋的那樣，發電設施的HMI應圍繞強大的組織層次結構進行設計，提供情境化數據，同時為行業的某些特定功能騰出空間。

　　直觀的導航對發電設施至關重要，因為它們往往擁有一個復雜的系統，有時甚至要監控上百個太陽能發電場。“我們盡量避免用戶問：‘我點擊了什么才到這里，或者這些數據是從哪里來的？’” Peronace說。不超過兩層的樹狀導航結構可保持可訪問性，同時保持運行人員在系統內定向的能力。選項卡式界面使運行人員無需從一個屏幕移動到另一個屏幕，即可查看更多內容，從而顯示層次結構并避免不一致的更改。

▲專為太陽能應用定制的系統設置，幫助用戶有效抑制不必要的報警。

　　沒有情境的數據根本不是數據，只是數字。可以通過多種方式實現情境與數據的配對，包括將趨勢數據集分組、顯示關聯位置的標簽、用于監視給定標簽是否在規格書所定義范圍內的報警和模擬指示器。

　　在這個案例中，該工廠從垃圾填埋氣中生產能量，因此Peronace建議在屏幕頂部設置一個固定工具條，隨時顯示相關KPI，如總容量、總千瓦輸出、甲烷百分比、氧氣百分比等。

　　有些問題，只有特定行業才會遇到。例如，在日出和日落時，大型太陽能場的系統可能會遇到大量惱人的警報。為了抑制這些不必要的報警，Kupper公司實施了一個系統，允許輸入站點的緯度和經度來計算日出和日落時間，在日出和日落前后設定死區，從而可以抑制警報，以確保實際收到的報警足夠重要，并可以據此采取行動。

　　03 應對嚴苛標準的挑戰

　　雖然每個行業都有自己的最佳實踐，但像制藥業這種被高度監管的行業，有一套特別嚴格的標準。InflexionPoint公司的Chris Monchinski強調，在為制藥企業設計HMI時，遵循ISA 101和ISA 88標準的重要性。

　　概覽顯示應保持態勢感知，即運行人員對工廠工況的理解與其實際工況之間的關系。對于制藥設施，符合ISA 101標準的高性能HMI設計能讓操作員更好地即時了解情況。

▲概覽顯示應保持態勢感知，以便運行人員了解工廠工況及其實際狀況。

　　“Ignition儀表板工具內置的小部件，讓我們的用戶能夠一目了然地看到對運行至關重要的信息。”Monchinski說，“它們會根據報警條件生成動畫，通過標準文本描述或圖表向用戶顯示對運行至關重要的數據。”

　　讓操作員能夠定制自己的屏幕或 “解鎖系統”是非常有益的，這也是直觀流程與令人沮喪的笨拙流程之間的最大區別。集成商或控制工程師可能更了解軟件，但操作員才是現場的主題專家。

　　“我們可以在其中添加小部件，然后將其設置到不同的位置，并調出該位置的數據。”Monchinski說：“這讓我們不僅能設計出針對我們需要考慮的不同受眾的屏幕，還能為屏幕構建組件，讓我們的最終用戶利用這些組件來定義屏幕。”

　　在這樣一個被高度監管的行業中，設計和功能在整個集成過程中往往緊密相連。Monchinski表示，“我們從控制層構建這些模板化的標準模塊，構建控制邏輯、控制模塊和設備模塊，然后在Ignition系統中，將其分層并配置到用戶定義類型(UDT)中，直至模板化圖形。因此，我們在整個過程中構建這些基礎圖形，從控制系統開始，直至緊密集成到Ignition流程中。”

　　在各種類型的HMI中，某些概念適用于任何行業，但有些概念則大相徑庭。這些差異是運行人員和組織需求的不同而造成的。無論這意味著嚴格遵守特定標準還是遵循更普遍的準則，重要的是用戶要仔細考慮任何特定HMI的行業要求，并在效率和可用性之間取得適當的平衡。優秀實用的HMI設計始于與其使用者的交流，發現他們的真實需求，直至解決他們的痛點。

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