参考文献

主干内容参考自自：建立有效运作的HMI（人机界面）：新型操作界面设计的最佳实践 美国OPTO 22公司上海代表处
《智能制造基础与应用》 王芳 赵中宁 机械工业出版社

概述

操作员要能够容易地理解HMI显示的内容、确定任务的优先级、注意到必需的信息。整齐有致的信息能帮助操作员更快地对警报作出反应，更好地理解过程。

HMI的设计，应该遵循KISS原则-Keep It Simple & Stupid，即保持简单与傻瓜型的设计，因为HMI首要的任务在于它是给操作人员操作机器，操作人员往往并不是那么需要了解深厚的逻辑、复杂的工艺、繁琐的流程，而是最为简单的操作即可，设置最为简单的参数，不必在多个页面之间切换，设置一大堆参数，通过大量的翻阅页面查看报警，简单就是硬道理。

HMI的组态设计过程为：

1. 分析组态需求，包括界面需求和功能需求两个部分；
2. 组态界面规划，即制作组态工程的蓝图；
3. 组态界面设计，设计各个窗体的界面和功能；
4. 组态过程实施，对各个窗体进行画面组态和功能组态；
5. 组态功能扩展，使得工程更加健壮、可靠、安全、美观大方。

建立一个良好性能HMI的关键点：
　　●将数据融入环境，提升操作者的环境意识
　　●通过减少操作者的意识负担，使一切变得更轻松
　　●建立信息等级制度，便于识别

ASM（Abnormal Situation Management，异常情况管理）协会指导方针，高效操作界面设计，在2008年推出，包括对界面、导航、文本&字符、操作者与界面交互、警报优先/声音/外观、操作者培训、HMI研发方法论。

关于界面风格设计
考虑到大多数用户对于标准Windows系统的熟悉程度，在界面设计中应尽量兼容标准Windows界面的特征，控件的大小和间距尽量符合Windows界面推荐值的要求。窗体中所有控件依据Windows界面设计标准采用左对齐的排列方式；对于不同位置上的多组控件，各组也是左对齐的。

关于界面布局设计
屏幕布局主要指的是信息显示区域大小以及位置，按信息的重要性与清晰程度对各信息趋于的分布进行合理的安排。典型的工控界面分为三部分：标题菜单部分、图形显示区以及按钮部分。

提高环境意识

环境意识指是人们对环境的认识水平。
可以通过以下方法将数据融入环境，提高提升操作人员的环境意识：

1. 突出关键信息
   将主要信息用高对比度突出显示，把重要信息设为与背景较一致，来提高环境意识。在此之前，需要区分信息的重要程度。

2. 提供数据及其正常数值范围
   对于输出参数，可提供正常数值范围；
   对于输入参数，可限制数值范围，避免参数范围错误。
   

3. 趋势图显示
   帮助操作人员了解目前的状态和以及预测将来的状态。

4. 给报警级别标识不同的颜色

减少认知负担

将操作员所处的物理环境考虑进来，比如控制室的照明、他们监控的屏幕数量、座位离屏幕的距离等。这些因素有助于确定标准，比如字体大小、符号、颜色。形状和图片库有助于确保图案的一致性。

用户一次处理的信息量是有限的，大量信息堆积在屏幕上会影响界面的友好性，为使操作人员更便捷使用HMI，我们必须减少认知负担，因此需要简化页面。

1. 站在操作人员的立场
   设计一套流程，与操作人员的思维模式保持一致，否则操作人员可能会误解信息。
   注意在不断革新的系统面前，思维模式也可能过时。
2. 分组和汇总同类数据
   用一个暗色的框放在数据后面，表示它们属于同一组，将它们与屏幕上其他不相关的信息区分开。均匀地将信息和图形分布在屏幕上能降低混乱程度。
3. 保持简单化
   删除无需添加的信息，例如：
   ●将3D转成2D；
   ●用简洁的线条绘图；
   ●确定屏幕上的元素，有足够的对比性，便于查看，但要避免形成鲜明对比；
   ●使用简单的术语；
   在对页面进行简化后，可以进行斜视测试：往后站，看着屏幕，然后斜视，通过这种方式来检视是否突出重要信息。
4. 谨慎使用颜色、移动、声音
   ●谨慎使用彩色。大多数标准建议使用浅灰色背景，活动对象鲜明，非活动对象暗淡；前景颜色鲜明，背景颜色暗淡。限制同时显示的颜色在同一界面中不超过五种，避免将不兼容的颜色放在一起。
   ●减少动态元素。人更容易被运动体吸引，适用动态的场景如警报闪烁。
   ●注意声音的使用，因为声音会分散注意力。
5. 保持一致性
   界面一致性的目的是使用户快速适应HMI的操作界面，用户可以将之前的操作经验应用到新的操作界面中。
   ●图片一致性：使用同类图片指代类似信息；
   ●颜色一致性：用户输入区域使用白色作为底色；显示区域使用灰色或窗体颜色作为底色；
   ●名称一致性
   ●字体一致性：中文字体采用宋体，英文字体采用标准Times New Roman字体；
   ●数值一致性：对齐小数点；
   ●元素组合一致性
   ●区分动态数据和静态文本；
6. 图标的使用
   选择图标时，应优先选用已创建并普遍被大众认可的标准化图形和图标。
7. 用模拟量来显示数据以减少认知负担
   使用曲线图、开关图、指针等以避免对数字的依赖。两者对比见下：
   数字量表示：
   

模拟量表示：

注意仍需遵守使用动态元素守则。
8. 提供反馈
反馈的目的是让用户随时可以了解正在执行的操作正确与否。可针对下列操作设置反馈：
●指示选中的控件；
●指示正在执行的行动；
●执行会导致重大结果的操作前进行提示；
●提示输入的数值在期待范围以外；
●无法提供快速反馈时，可提供任务进度条；
9. 提供快速导航
使用浅导航，减少操作员在切换页面时经过的页数。

左图中，从页面A切换到页面B进行了6次操作，远多于右图中的3次操作。

建立信息制度

最佳的建议是创建四种等级制度，低等级作为高等级的一部分，提供更详细的信息。

等级1：纵览
用于对整个系统进行纵览，其内容包括：
●关键操作指示
●异常&警报
●重点设备状态
●重要流程特性趋势

等级2：单元控制
用于检测和控制，需要为每个逻辑子系统，创建一个等级2的屏幕，覆盖等级1的纵览。

建议在设计HMI时，关注于每个子系统的操作者任务，首先设计等级2的界面；然后返回，设计等级1的纵览。

等级3：详细单元
在等级2的基础上对某一项更详细的展开。

等级4：单元支持
单元支持包括操作步骤、报警文件、指导等等，适用于更为复杂的系统。对于较为简单的系统，此等级可省略。

为了提高效率，页面因越少越好，并采用宽屏来在最少的页面中呈现最多的内容。

一个HMI组态工程通常具备的页面：
●封面窗口
●主菜单
●参数设定
●数据报表
●曲线监控
●数据显示
●关于