高性能人机界面(HMI)的设计

在上一篇文章中我们介绍了人机交互界面(HMI)的基本概念与发展趋势。(参考:新技术趋势下的人机界面技术(HMI)与组态),本文将高性能HMI(High Performance HMI)的设计原则做简单的介绍。

高性能人机交互界面(HMI)不是一个全新的概念,它是一个超过5年的自动化ISA标准,是一种开发人机界面(HMI)的方法,宗旨是提高操作人员的效率

高性能HMI的设计原则

高性能,是指以“性能/绩效”为导向,进行人机界面的设计。
一些高性能设计概念是:

  • 谨慎使用颜色
  • 优化显示之间的层次导航
  • 整合进行报警管理(颜色,形状,优先级)
  • 关注识别模式的设计
  • 将过程数据以高级方式显示(条形图,趋势,正常操作范围)

显示”信息”而不是“数据”

在图1中,仪器绘制上花了很多钱。但是你能否回答一个简单的问题:“这个过程是目前是好是坏?”操作员必须通过培训和经验来分析图上的数字。这是一个困难的认知过程,运营人员要面对上千个数字状态,可能分布在数十个图形上。检测出异常很困难。

图1:基于P&ID的20世纪90年代典型图形屏幕

在图2中,是一个高性能HMI的示例,压缩机的仪器以不同的方式显示。用浅蓝色范围清楚地描绘了每个值的正常或期望范围。显示出当前值与警报范围的接近程度。报警中的值用冗余编码的报警优先级指示符表示。

图2:信息的模拟描述

只需两秒钟就可以看完这组设计合理的指示器,操作员可以判断是否超出正常,看出当前值与警报的接近程度。即使尚未发出警报,所示的异常也会暴露。
操作员可以在几秒钟内有效地扫描数十个值。这有助于监控过程,并在早期发现异常。所有需要关注的指标并集合到一个视图中,而不是埋没在复杂的图形中。 操作员培训时间也大大减少,因为重要的知识不是通过经验获得的。这很重要,因为大多数公司将在未来10年内失去超过一半的经验丰富的操作人员和工程师。

使用和限制”颜色”

消除常见的过度使用和误用颜色非常重要。一个重要的原则是:不能仅仅用颜色来区分状态。警报相关的颜色也不得用于其他目的,从而使其最大发挥重要性。

最常见和最差的颜色原则违规是红色(关闭) – 绿色(开)设备范例。有些行业,如电力行业可能是相反的:红色意味着充满活力。谁是对的?都不是!

下图是一些正确和错误的示例:

通过红绿色表示设备状态是不合适的做法。它会有以下问题:

  • 颜色概念本身会让人误解。
  • 色盲或显示偏差会让人无法正确读数
  • 红色通常用作警报颜色,用于“关闭”这种常规的事情会弱化警报。 

正确的做去是用灰化的颜色表示常规状态,并要在颜色/亮度外为报警加上冗余的标示(形态、文字……)

视图之间的层次

可视化设计应当是有层次,提供渐进式曝光。传统监控(P&ID)是平面的。

高性能HMI推荐4个层次的信息层次:

  • 第1级:“一眼看全”的总览视图。本级一般不进行交互。
  • 第2级:操作人员控制的子系统。点击元素可查看或交互元素详细。
  • 第3级:单个设备或组件控制方案。
  • 第4级:单个传感器或组件的最详细信息,用于详细过程诊断。

实施高性能HMI的过程:

有一个经过验证的七步法开发来实施高性能HMI:

  • 第1步:确定采用高性能HMI理念和风格指南,并遵循正确的原则。
  • 第2步:根据HMI理念评估和评估现有图形。
  • 第3步:确定过程控制的具体性能和目标,如安全参数,生产率,效率,成本和质量。
  • 第4步:通过任务分析来确定:为了达到目标,需要进行哪些监视与操控行为?从而设计出每个2级和3级图形的内容。
  • 第5步:按照HMI理念,设计具体画面来解决已识别的任务。
  • 第6步:为新HMI界面进行安装、调试、培训。
  • 第7步:控制,维护和定期重新评估HMI性能。
HIM界面的过程(从有限的,到复杂的,到性能导向的)

很多年过去了高性能HMI的结果不是那么主流,因为用户在提出需求是并没有意识到HMI的意义,也没有看到趋势的变化。是习惯而非成本是阻碍HMI改进。

当显示高性能HMI概念的示例时,操作人员通常立刻可以理解。 有经验的操作人员能看到与原始数字覆盖的现有屏幕相比的价值。这些工程师与操作人员往往最容易改变。因为高性能HMI是真正对工作有用的设计。

参考:

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