创建符合asm的HMI比屏幕颜色选择更深入

关于有效控制台操作员HMI(人机界面)设计的ASM指南最常见的误解和误用之一是过分强调简单地将新调色板应用于控制台位置的所有现有显示。这通常被称为类似的HMI迁移项目。在这样的项目中，可能会或可能不会改进显示样式和显示布局实践，这也将与ASM指南一致。人们可能期望这样一个类似的调色板更改项目将图1(a)中的显示转换为图1(B)中的显示。通常，当DCS HMI不是基于有效设计的控制台操作员位置控制范围的显示层次结构时，结果是一个扁平的、宽的DCS显示系统，其中大多数(如果不是全部)显示最准确地表征为P&ID(管道和仪表图)详细显示。当给定这样一个DCS显示系统时，控制台操作员通常会使用他们的DCS屏幕，如图2所示，其中每个控制台操作员选择他或她最喜欢的3级设备显示器，以及警报摘要显示。最好的情况是，如果开发人员正确地应用了使用颜色的指导方针并遵循了良好的显示布局原则，那么迁移的DCS显示系统可能具有符合ASM的单个3级显示，但DCS HMI将不符合ASM。

遵从性包括什么?

将ASM指南应用于HMI设计不仅仅是将调色板转换为灰度设计，以及消除除警报之外的所有颜色。事实上，该指南提倡有效地使用颜色，其中包括适当指定的显示背景，这些背景的色调要比供应商提供的声称符合ASM的HMI库中的典型色调浅得多。然而，要实现符合asm的HMI，还需要实现其他指南类别，特别是显示类型、显示内容、导航和交互。除其他执行细节外，这将需要:

• 设计基于操作主要步骤的显示层次结构，支持操作者心理模型
• 设计与显示层次一致的有效的2级控制和监视显示，以便这些2级显示支持日常操作
• 根据主题专家的需求分析确定1、2、3和4级显示内容，以便HMI支持主动操作员态势感知、日常监视和控制操作、故障排除活动以及异常态势管理
• 将之前的导航策略设计为基于重新设计的层次结构的方法，使用简单的屏幕导航目标来支持操作员的心理模型和快速，无错误的使用
• 消除掩盖操作显示内容的弹出式显示，而是使用窗口管理技术，将不同的显示类型分配到特定位置和预定义的大小
• 提供1级概览显示的同时视图，例如KPI概览和趋势概览、2级监视和控制显示、面板、刮擦板趋势和报警摘要详细信息(图3)，而不是将HMI设计接近为单个屏幕、单个显示系统(图2)。

这些指导方针不仅仅是关于使用灰色背景和限制颜色的使用。在最初的版本中，颜色只是16种指南中的一种。ASM人机界面指南的目的一直是设计一个操作员人机界面框架，该框架既支持主动的操作员态势感知，又支持有效的交互。第二版(bulletmer & Reising, 2013)将重点强烈地转移到显示层次，它在操作员态势感知中的作用，以及它作为操作员交互和导航基础的作用。这种强调导致从第二版的标题中删除了术语“显示”，以强调整体，有效的控制台操作人员HMI设计。虽然ASM指南确实解决了单个显示器的设计问题，但ASM指南所提倡的整体HMI设计框架要求在具有多个屏幕和交互设备的控制台工作站上具有不同细节级别的多个显示器，以支持操作员的工作范围。

最近向宽宽比(WAR)屏幕的迁移为更直接地迁移到符合asm的HMI创造了机会。特别是，如果迁移项目放弃了典型的单屏幕、单显示方法，那么WAR屏幕中的额外像素将为HMI提供一个位置，以容纳面板、趋势窗口和4级显示的定义位置，否则这些位置将是全屏操作显示之上的弹出式显示(图4)。

ASM有效操作人机界面设计指南第二版的新内容是什么

异常情况管理(ASM)联盟最近发布了关于有效显示设计的ASM指南文档的第二版。它有一个新标题，有效的控制台操作员HMI设计，旨在传达对控制台操作员及其HMI的重新关注。新版本的动机是纳入最近的ASM联盟研究，并解决近年来在应用指南时出现的误解和挑战。

第二版于2013年底发布，在CreateSpace.com和亚马逊网站上有售，内容包括:

• 一个新的序言，概述了第一个ASM指南文件的几个常见误解
• 一个关于HMI设计理念的新章节，涵盖了单个指导方针最初打算支持的总体哲学原则
• 一份关于ASM进行的案例研究的新附录，研究了采用ASM指南作为控制台操作员DCS HMI的系统方法的价值主张
• 一个关于遵从性的修订附录，强调如何设计控制台操作员的HMI，然后再考虑如何设计以前被认为是兼容的单个显示器
• 指南类别从16个减少到7个，许多原始类别被合并到生命周期管理的新类别中。这七大类分别是:显示类型;显示内容;导航和交互;显示样式和布局;色彩的运用;符号、线条、文字和数字的使用;开发生命周期
• 指南总数从81条减少到64条，其中5条指南被删除，另外12条指南与9条现有指南合并
• 超过50%的指南进行了修订或更新
• 28个新数字，和
• 43个订正数字。

操作员态势感知

ASM联盟的愿景是:运营团队被授权并能够主动管理他们的工厂，最大限度地提高安全性，最大限度地减少对环境的影响，同时使流程达到最佳极限。有效的操作人员人机界面设计实践的首要目标是使操作人员能够主动管理制造过程，优化工厂性能，同时防止异常情况的发生。此外，当出现异常情况时，目标是使操作人员能够识别当前情况，迅速使工厂恢复安全状态，然后使工厂恢复正常运行。

主动操作和控制台操作员HMI之间的联系是操作员的态势感知。不断更新操作员的状态意识，了解过程和设备的状态，因此，在达到警报限制之前采取适当的控制措施，这是积极主动的本质。提供有效的操作人员人机界面设计实践，建立高水平的操作人员态势感知，是运营公司实现主动操作态势的必要步骤。

Endsley将情境意识分为三个阶段:

• 感知信息并对信息进行改变
• 了解过程的状态和对任何偏差的影响
• 预测流程的发展方向以及有多少时间可以响应。

恩德斯利情境意识模型中一个关键的心理结构是心理模型。拉斯穆森和他的同事已经证明，在复杂系统中工作的人类专家拥有一个包括不同层次抽象和细节的心智模型。他们证明了人类专家在不同层次的抽象和细节之间来回移动，这被描述为关于复杂系统如何运作和设备组成的知识层次，当他们执行所需的工作活动时。

兼容asm的HMI有意地在控件的不同级别定义显示类型心智模式层次，创建与此心智模型相匹配的显示层次结构。此外，如图4所示，这些显示类型在整个HMI设计中都有一席之地，因此操作员可以同时在每种显示类型的信息之间移动，这与心理模型的人因研究相一致。提供对趋势信息的充分访问，也支持了操作员的前瞻性能力，预测系统的走向和速度，与情况感知和心理模型的人为因素理论相一致。

提供符合ASM标准的HMI的好处已经在使用专业石化工厂操作员使用他们自己的实际工厂的高保真模拟器的控制比较中得到了证明，其中总体ASM系统方法与DCS HMI的完成时间缩短了41%，诊断准确性提高了36%，在第一次报警之前检测到过程干扰的能力提高了380%。

最近，ASM联盟的研究已经证明了使用定性、一目了然的仪表构建的控制范围概览显示的好处，以及定性趋势指示的好处，可以更好地提高操作员的态势感知。

人机界面和有效的操作员交互

通过显示层次结构的快速、无错误的导航以及与DCS本身的交互对操作员的性能至关重要，更不用说对有效的主动操作至关重要。ASM兼容的HMI提供了屏幕导航，反映了整体显示层次结构，以及操作员在整体层次结构中的明确指示，以及关键报警条件，是否ASM最佳实践与导航通过行业典型的下钻导航实现(图5和图6)。

兼容asm的HMI还支持快速操作员输入。在控制的情况下调整在一个标签,人机界面提供了专门的地点将打开面板(图7)。与此同时,人机界面还提供了一个家四级显示器,操作员可以与预定的套控制器,选择器,及指标(图8)。这些设置可能基于级联控制回路,例如,或从不同的三级显示齐心协力支持特定的活动(例如,火焰加热器试验气体,燃气,并通过流量控制器支持加热器启动)。

操作员的交互还包括窗口管理，这样操作人员就不需要移动弹出式显示器和面板、调整窗口大小、关闭窗口等等。使用足够工具或最少脚本的系统无需此类工具，操作员无需将精力和注意力从工厂流程转移到自己进行窗口管理。

基本设计原则

在提高作业者采取主动作业姿态的能力方面，作业者人机界面发挥有效作用的两个基本设计原则包括:

• 操作员界面允许操作员开发并保持对其控制下的过程状态的高水平实时感知，同时还允许他们在非常详细的层面上对单个过程单元和设备执行特定操作。
• 操作员界面允许操作员将他们的精神资源集中在控制过程上，而不是与底层系统平台进行交互。这意味着人机界面是一致的，易于使用，对控制台操作员的精神和物理资源的要求最低，以理解过程控制系统并与之交互。

虽然颜色的使用对于支持后一种设计原则是至关重要的，但是为了交付符合ASM的HMI，还需要实现其他ASM指导方针。一个基于有效定义的显示层次、多屏幕/多窗口方法(而不是单一显示/单一窗口方法)、同时访问显示层次中的显示级别、有效导航和交互支持的HMI设计对于实现ASM遵从也是必要的，而不仅仅是一个只使用颜色作为警报指示的灰度显示。

Dal Vernon Reising博士和Peter bulletmer是“以人为本的解决方案”的顾问，这是一个异常情况管理联盟的准成员公司。

关键概念:

• HMI设计师通常错误地认为，ASM HMI指南只处理颜色选择。
• 有效的HMI设计必须从理解影响人类如何与控制系统交互的因素开始。
• ASM指南如果得到有效实施，可以大大提高作业者的响应时间和决策准确性。

在线

阅读更多关于ASM人机界面指南www.globalelove.com请参阅以下相关文章:

www.asmconsortium.com

www.applyhcs.com

更多阅读:

bulmer, P.， Reising, D. V.， Burns, C.， Hajdukiewicz, J.， and Andrzejewski, J.(2009)。有效的控制台操作员HMI: ASM联盟指南。ASM联盟:CreateSpace独立出版平台。

bulmer, P.， & Reising, D. V.(2013)。有效的控制台操作员HMI: ASM联盟指南。ASM联盟:CreateSpace独立出版平台。

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Yin, S.， Wickens, c.d.， Hong-Xiang, P.和Helander, M.(2011):过程控制系统趋势显示中的变化率线索比较。人因与工效学学会第55届年会论文集(第394-398页)，Santa Monica, CA: hes。

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