开发高性能人机界面:提高界面效率

在“第1部分:开发高性能hmi”中着重强调了可用性。人机界面(HMI)的主要目的是允许用户与流程进行交互，在工厂出现问题时提醒操作员，并通知他们哪些是重要的，同时不会将注意力转移到无关的信息上。

界面设计人员必须平衡准确性和上下文，并确保所有信息和警报都是可访问的。使用大小、静态指示器和动态指示器以及视觉透视的差异可以提供清晰度，从而增强界面的有效性。

准确性与语境

变量可以表示为模拟或数字。当值的准确性比上下文更重要时，首选数字表示。另外，当上下文比准确性更重要时，首选模拟表示(参见图1)。

对于模拟表示，建议使用线长度而不是面积来表示数量(见图2)。这是因为我们的大脑可以更好地评估长度而不是面积。

可访问性

通常，警报与严重程度相关联:高(1)、中(2)或低(3)。在这种情况下，建议针对每种情况使用特定的指示器(见图3)。警报指示器不仅应该通过颜色来区分，还应该通过它们的形状来区分，因为有些人的病情使他们无法区分某些颜色。这种缺陷被称为“道尔顿症”或色盲。

根据《遗传学家庭参考》，多达8%的北欧男性和0.5%的北欧女性无法区分红色和绿色。其他颜色组合也会带来问题。然而，在这些情况下，受影响的人的百分比更少。由于这种情况，必须有一个界面，为这种情况的人提供一种安全区分各种操作状态的手段。测试界面是否可访问的有效方法是将其屏幕、对象和指示符分析为灰色阴影。

在下一个示例中，第一帧包含四个显示。顶部显示器不显示报警条件，显示为白色。第一帧中剩下的三个显示是黄色的，表示警报状态(参见图4)。第二帧重复第一帧，但用灰色代替彩色。很明显，区分警报和正常状态是多么困难。

在第三和第四帧中，特定的报警指示器形状和数字可以实现安全区分-即使使用灰度而不是彩色。遵循警报表示的相同策略，设备必须以色盲的人能够区分的方式表示。但是，建议一个物体使用不超过三种颜色。

避免使用完全的黑色或白色作为屏幕背景。除了较亮和较暗的阴影，中间阴影允许识别两个以上的对象(参见图5)。另一个重要的问题是不要使用颜色来强调对象的状态。如果泵处于通电状态，这是它的正常状态，那么没有理由用红色或绿色等大胆的颜色来吸引操作人员的注意。

如果需要对象的更多状态，例如离开、过渡等，最方便的方法是创建一个额外的指示器，例如警报。物体附近的简单图标，如齿轮、箭头或设备(泵、风扇等)的图形，可以比各种状态的指示颜色更有效地提供相同的信息。

视觉层次结构

视觉层次结构的目标是显示相关性(对用户或多或少重要)或具有相同重要性的元素，表明它们之间可能存在的关系。

有几种方法可以在界面上创建视觉层次结构。一种简单的方法是通过对象的大小(参见图6)。具有相同大小的对象表示其层次位置的相似性。另一方面，较大的对象传达了更高层次的概念。

静态与动态指示

动作是一种强大而引人注目的功能，经常被用作娱乐。传送带、转子叶片、液体流动等的动画会分散操作员的注意力，使他们看不到重要的东西，而看不到不太重要的东西。

不要使用动画(如旋转的涡轮机)来显示过程状态，而是使用适合目的和应用的静态指示器。否则，界面可能看起来像一个娱乐系统，而不是一个监控和数据采集(SCADA)系统。动画很有用的一种情况是一个闪烁的指示器，提醒操作员注意未被确认的警报。

透视与清晰

“平面”表面的外观比显示透视图的表面更清楚地表示信息。尽管3-D图表更吸引人，但2-D图表更清楚地表示数量(参见图7)。

当绘制带有消失点(一点透视)的屏幕或物体时，物体会被扭曲，从而产生深度的错觉。这种扭曲违背了可见性、清晰度和视觉层次的原则，因为背景中的对象往往比前景中的对象看起来小——即使它们具有同样的重要性。

建议首先定义HMI屏幕的功能，然后决定哪种表示方式最好。实际上，3d屏幕的空间感知是有限的，因为3d是一种欺骗性的效果:图像看起来有深度，但实际上是平面的(见图8)。此外，过于逼真的渲染带来了太多的颜色和装饰细节，这给操作员的认知系统带来了不必要的信息过载。

如果3-D屏幕使用一点透视，则信息呈现变得更差，因为物体在靠近或远离消失点时会变形。除了违反界面的视觉层次结构外，这还损害了它们的可见性和可读性。相反，3-D在美学上很吸引人，所以它被用于展示更重要的演示屏幕。此外，3-D更倾向于整体视图，而不是特定视图。当需要创建一个导航屏幕，使其具有更广阔的植物视图或非常大的区域(例如地图)时，这非常有用。

基于上述清晰度准则，可以为界面定义屏幕组:

• 一组二维屏幕来操作这个过程
• 一组较小的3d屏幕，用于展示，具有详细视图，但没有操作功能
• 一个或多个用于浏览的3d屏幕，操作人员需要对更广泛的区域进行总体概述。这可以是一个大型的总体架构或地图。

将3d绘图与操作对象混合的一种方式呈现了一个碎片化的场景，每个绘图代表该场景的一部分(参见图9)。它的颜色是柔和的，不会与所有其他操作对象的颜色竞争。但是，它们与这些对象以及流程流的整个表示集成在一起。在这种情况下，使用轴测投影(没有消失点)而不是单点投影(有消失点)来创建图纸，以避免扭曲并简化其表示。

虽然这个解决方案比较复杂，但是当需要在某些操作屏幕上显示独特的表示时，它可以是一个很好的替代方案，而不会牺牲该方法的原则。

Helcker Goetz他是ellipse Software的分析师和设计师，在那里他开发HMI用户改进解决方案，发现新资源并进行研究。他从事开发人员、平面设计师和界面设计师工作了22年，并为工业自动化市场开发了13年的应用程序和界面。编辑杰克·史密斯，内容经理，CFE媒体，控制工程，jsmith@cfemedia.com。

更多的建议

关键概念

• 使用数字表示显示准确性;使用模拟来显示上下文。
• 使用形状和数字表示设备状态或报警条件。
• 创建显示相关性的视觉层次结构。

考虑一下这个

是警报在你的工厂里不被注意?

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参考文献

巴西职业健康协会。NBR 9241: Requisitos Ergonômicos Para o Trabalho Com Dispositivos de interal o Visual:第11部分:Orientações Sobre Usabilidade。里约热内卢:巴西，2000年。

Mica R. Endsley著。“动态系统中的情境感知理论”。人因与工效学学会。32-64。1995年3月。

埃林顿，杰米，蒂姆·德梅尔，还有埃里克·韦德。通过控制系统接口支持关键控制台操作员交互。亚特兰大:以人为本的解决方案;NOVA化工公司，2005。

联邦航空管理局。印度航空605航班，空客A320-231, VT-EPN。可以在https://lessonslearned.faa.gov/ll_main.cfm?TabID=1&LLID=71&LLTypeID=0。2014年10月访问。

少,斯蒂芬。信息仪表板设计:数据的有效视觉传达。1.编辑。塞瓦斯托波尔:O 'Reilly, 2006。

遗传学家庭参考。色觉缺陷。可以在https://ghr.nlm.nih.gov/condition/color-vision-deficiency。2014年10月访问。

霍利菲尔德，比尔等人。高性能人机界面手册。1.编辑。休斯顿:PAS, 2008。

普利斯，詹妮弗等人。Design de interaoHomem-computador。1.编辑。阿雷格里港:布克曼出版社，2005年。

美国化学品安全与危害调查委员会。调查报告:BP德克萨斯城，德克萨斯州。3月/ 2007。可以在https://www.csb.gov/bp-america-refinery-explosion。2014年10月访问。

器皿,科林。信息可视化:设计感知。2.编辑。旧金山:爱思唯尔，2004。

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