开发高性能hmi:演进，提高可用性

在过去的几年里，我们见证了界面设计的演变，从命令提示符控制的终端，到眼动控制的界面，在那里学习几乎是瞬间的。这种演变是在许多不同的知识领域进行大量研究和研究的结果。但是工业如何从这一突破中受益呢?

许多工业接口是在特定的短交货时间和有限的预算情况下开发的，这是影响接口设计方式的外部影响。这使得由有效性、效率和用户满意度驱动的开发变得更加困难。

高性能人机界面(HMI)方法通过将最先进的界面设计与航空工业经验相结合来弥补这一差距。这种接口最明显的特征包括(参见图1):

• 优化的颜色
• 突出显示的报警信号
• Minimalistic-drawn对象
• 大量使用图表和条形图
• 在上下文中显示的值
• 基于网格的屏幕
• 有效利用空间。

这种方法的优点远远超出了美学。它们包括:

• 故障预防
• 减少操作错误
• 提高操作效率
• 更易于学习
• 提高信息质量
• 降低认知加工成本。

已经进行了将高视觉性能hmi与传统hmi进行比较的测试，结果非常显著，不容忽视(见图2)。然而，当我们考虑到这种方法可以逐步应用，甚至只应用于现有系统的几个部分，而不是从头开始时，成本效益关系就变得更有吸引力了。

关注安全

一个安全的工业接口必须具有良好的可用性。在开发工业接口时，必须首先考虑用户，其次考虑流程。在正常和关键情况下，HMI可用性必须良好。因此，在开发时必须考虑到用户。

ISO 9241-11-1998:带可视显示终端(vdt)的办公室工作的人体工程学要求将可用性定义为系统中的有效性、效率和用户满意度的组合。同样的标准表明可用性度量:

• 简单易学
• 容易记忆
• 错误率低。

许多事故都是由于人为失误造成的。然而，如果界面设计得当，它可以帮助避免许多悲剧。这是通过增强操作员的态势感知来实现的。通过这种方式，HMI可以有效地提高安全性和安全性。“情境意识”是指对我们周围的环境有充分的意识。它是感知情境与真实情境之间的完美协调。情境意识包括感知、理解和投射(见图3)。

首先，我们感知一个事实。其次，我们必须在它的上下文中理解它;也就是说，这种情况是否正常，或者是否接近异常。然后，我们必须将这一感知到的事实的后果放在其背景下，以决定采取何种行动及其紧迫性。我们如何在一个接口中实现这三个方面?

原始数据给了我们对价值的感知。然而，它并没有告诉我们这个值是在正常范围内还是在警报的边缘。它不提供上下文。

通过指示报警限制，操作员可以清楚地了解被监控变量在正常情况下的操作范围，从而实现理解。这种上下文指示可以显示在多个对象中，例如图形、雷达图或条形图。然而，这些限制仍然不允许预测被监控行为的后果;它们并没有指出一个变量随时间的变化趋势。

投影可以通过许多不同的方式来实现。也许最直观的方法是使用图表，它可以估计变量随时间的行为(参见图4)。

提高可用性

工业HMI的主要目的是允许用户与流程交互。这包括当工厂出现问题时有效地提醒操作员。为了有效地完成这一任务，接口必须提醒操作员什么是有效重要的。例如，它不能在显示故障时将用户的注意力吸引到不相关的内容上。使用预注意设计技术可以提高这种效率。但这是什么?

我们的大脑处理和存储从眼睛接收到的视觉信息。研究人员已经创建了一个模型来模拟这种功能。这个模型包含一种被称为标志性或感觉性的记忆。在这一步中，我们对接收到的视觉信息进行了非常快速的处理(见图5)。这就是当我们感知到某些东西时，即使它只是一瞥，或者当某些东西引起我们的注意时。

接下来，信息被转移到我们的短期记忆(STM)中，在那里它可以被丢弃或存储在我们的长期记忆中。STM是有限和暂时的。信息在这种类型的记忆中不会持续很长时间。如果我们用不必要的视觉信息重载运算符，STM就会饱和，它必须丢弃旧的信息，以便存储新信息。例如，信息丢失，而丢弃的信息可能是解决紧急情况所必需的。在工业过程中，不建议这样做。

这就是为什么我们总是要避免屏幕上有太多颜色和物体的原因。这降低了界面信息功能的效率，从而降低了它的可用性。因此，当我们不需要知道每个点的确切值时，最好以图形方式表示相似或相关的模拟值(见图6)。另一个提供相关变量甚至关键性能指标良好视图的对象是雷达类型的图表(见图7)。

在这个图表中，连续的线表示每一个时刻的进程状态。虚线表示理想情况。因此，我们可以比较图表上每个变量在每个时刻与理想情况的接近程度。

颜色使用一致

最重要的数据必须始终从不那么重要的数据中脱颖而出。要做到这一点，我们必须在屏幕上使用柔和的颜色，避免颜色渐变。为了指示流程中的关键和相关状态，使用能够吸引操作人员注意的颜色(参见图8)。

以非常逼真的方式呈现的对象可能会出现两种类型的问题。第一个问题是使用大胆的颜色;第二个问题是为了装饰目的使用了太多像素。因此，不要使用如图9所示的表示，而是选择如图10所示的更简单、更有效的显示。注意，在图10中的表示中，没有装饰像素或颜色梯度。目标是重视数据像素的使用，并大幅减少装饰性或非日期像素的使用。

另一个要避免的问题是在屏幕背景上使用颜色梯度，因为环境会影响我们的颜色感知。在图11所示的示例中，两个矩形具有相同的颜色，但由于背景颜色的变化，我们认为其中一个比另一个颜色浅。

第2部分将重点讨论准确性与上下文、可访问性、视觉层次、动画与静态指示以及2D与3D屏幕。

Helcker Goetz是分析师和设计师椭圆的软件在那里，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，并致力于为工业自动化市场开发应用程序和接口13年。由CFE媒体内容经理杰克·史密斯编辑，控制工程，jsmith@cfemedia.com．

关键概念

• 使用图表图表可以让操作员估计变量随时间的变化。
• 模拟值以图形方式呈现时更容易理解。
• 使用颜色能够吸引操作人员的注意力，以指示流程中的关键和相关状态。

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