标准化操作界面

一目了然

需要HMI标准化

常见的程序

一致的配置

显示需求因行业而异

更安全、更有效的应对措施

侧栏:ISA-SP101:人机界面HMI设计的艺术

使1979年宾夕法尼亚州三里岛核电站成为公众关注焦点的问题的根源无疑是多方面的，但有些人会认为，那次不幸事故的根本原因是，操作员面对如此令人眼花缭乱的信息，却无法在显示器上找到线索，告诉他们哪里出了问题，或者该怎么做。有些人还会说，5年后发生在印度博帕尔(Bhopal)的化学灾难，也是因为同样的原因而做出的糟糕决定造成的。操作员应该做些什么，但显示器的设计让他们不容易决定要做什么。

从诸如此类的灾难中，再加上应用程序的数量和复杂性的增加、技术的快速发展和制造业的全球化，已经产生了标准化HMI的愿望、需求和要求。正如英维思系统公司(Invensys Systems Inc.)旗下第三方项目Wonderware的营销总监杰伊•杰弗里斯(Jay Jeffreys)所说，“我们需要一种简化数据呈现的方法，这样人们才能真正看到并理解什么是重要的，并及时做出回应。”

寻找标准化人机界面(HMI)的“手段”是一个漫长的过程，从几个错误的开始，到现在通过一个正式的标准ISA SP101人机界面，为显示带来通用性和一致性。(请参阅“SP101:人机接口”了解ISA[仪器、系统和自动化协会]标准的更多信息。)

历史的视角

在过去几年中发生的一系列事件使工业界开始寻求HMI标准。在20世纪80年代中期，ISA开发了SP5.5，用于过程显示的图形符号，它侧重于过程图纸的仪表符号。该标准是在DOS下以黑白文本形式显示信息时开发的，当然，它已不再适用于今天的进程显示技术。

20世纪80年代的另一项工作是ISA-SP77(化石燃料发电厂)，其中包括一个名为SP77.60(人机界面)的小组委员会，目标是化石燃料发电厂。然而，这项工作从未达到标准地位，而是成为一份技术建议报告。现在，随着SP101的发展，ISA委员会正在回顾过去，同时寻求接受今天的新技术和新环境。

ISA-SP101标准委员会主席Joe Bingham(同时也是AES自动化公司的总裁)指出，该委员会正在“努力避免重复发明轮子”。我们不想与其他标准重叠，”他指出。“例如，我们查看了ISA-SP18(仪器信号和警报)的报警事件，并认为说‘遵循SP18’就足够了。’我们将把这些信息纳入我们的标准，而不是重复已经做过的事情。”

人机界面标准化还受到涉及自动化和控制其他方面的标准的影响。现场总线技术的发展虽然只是间接相关，但很可能是启动目前标准化工作的一个主要因素。西门子能源与自动化人机界面产品经理Jay Coughlin详细阐述道:“首先，我们的网络提供了容纳来自任何和所有供应商的设备的方法。然后出现了OPC，以及具有相互通信的通用方法的软件包。现在我们看到了电子设备描述语言(EDDL)的发展。”

这是合乎逻辑的，Coughlin继续说，在这一点上，一致性和共性，以及由此带来的效率，应该延伸到显示上。当今商业的全球化本质需要它。Wonderware的杰弗里斯补充道:“事情不再简单了。“如今，当你在控制一项危险的操作时，你可能不会看到一堆灯、开关和仪表;你可能正在看电脑显示屏。”

很少有人反对人机界面标准化的概念，它将集中在屏幕配置和设计上。标准被认为是有益的，如果不是至关重要的话，尤其是在今天的移动社会。大多数人认为效率可能是标准化的最大优势。一致的屏幕格式使设计和使用更简单、更安全。

这是一件好事

“该行业几年前就应该有一个标准，”董事长宾厄姆表示。他指出，标准化将使筛管设计和配置保持一致性，这将有助于培训。他补充说，如今，操作人员从一个设施转移到另一个设施，可能会发现信息以不同的方式呈现，从而增加了准备时间和培训需求。宾厄姆说，标准化即使不能消除这个问题，也会最小化这个问题。

他解释说，标准化的目的不是要求任何人重新设计产品以满足标准。“我们正努力保持软件的独立性，”他说。“我们正在制定一份排除名单。我们已经确定，该标准不适用于手机、灯箱(模拟面板)、图表记录仪、手表或任何分辨率低于320 x 240像素的设备。此外，我们指定了一个HMI必须有最小数量(64)的颜色。这样的决定将使我们更加专注。”

ABB公司的系统营销经理Roy Tanner表示，人机界面标准或指导方针绝对是一个好主意，但他认为确定它们所涉及的范围将是具有挑战性的。他说:“我们制定了指导方针，但有时这些指导方针并没有得到遵守，因为客户有自己的标准，或者由于以前/现有的系统而想要特定的外观和感觉;或者是因为不同的地区和行业有自己的要求和指导方针。”

西门子的Coughlin说，任何标准或委员会“将供应商聚集在一起，使最终用户更容易配置系统”都是一件好事。“最终用户、集成商和供应商都需要(并且正在被要求)为标准提供输入，这将为供应商提供一个构建产品的框架。其主要优势在于无论谁提供系统，hmi都具有相似的外观和感觉。导航会更有效率，改变会更容易。”

贝加莱工业自动化公司的分销和销售经理John Roberts也将hmi标准化称为“一个好主意”，但他指出，hmi被用于各种行业的各种机器上，因此可能很难开发出适用于所有领域的东西。他认为可移植性、连续性和可移植性是标准化的好处之一，但他说，标准化“必然会有局限性”。用于工业洗衣的机器与医疗扫描设备上的人机界面完全不同。”

博世力士乐(Bosch Rexroth)电气驱动和控制产品经理拉米•阿什卡尔(Rami Al-Ashqar)也有类似的看法。他预计对人机界面标准化的反应将因行业而异，他预测:“汽车制造商欢迎标准，因为它们要求一致性。当我们使用汽车应用程序时，我们看到对规律性和可重复性的要求，每次都需要相同的按钮，相同的屏幕。操作员知道他们的屏幕是如何工作的，他们希望保持这种状态。但在印刷和包装领域，应用更具创新性;它们需要能够容纳图形、食谱和ActiveX控件。标准化可能会在那里造成一些困难。”

Iconics的营销总监蒂姆•唐纳森(Tim Donaldson)也认为，HMI标准有很多很好的理由。“已经有好的屏幕设计实践可以遵循，但在这一点上，许多元素正在融合在一起。”

Donaldson说，标准将为系统集成商提供一个共同的系统基础，并简化学习曲线。“标准肯定会使从一个软件包或系统迁移到另一个软件包或系统变得更容易。共同的元素、共同的符号库、共同的颜色都能最大限度地减少误解的可能性。”然而，他警告说，在屏幕上放置元素以实现通用外观也需要为创意和定制留出空间。

唐纳森说，导航的一致性会有所帮助。“一种方法可能是将某些信息放在同一个地方，这样操作人员就总是知道在哪里寻找这些信息。标准可能会指定在底部放置报警按钮，在顶部放置导航按钮;例如:总是需要在左上角双击钻过坦克水平。微软Windows的屏幕有标准化的标题栏。如果你编写一个Windows应用程序，它必须遵循Windows应用程序规范。HMI规范可能会以类似的方式制定指导方针。”

博世力士乐的Al-Ashqar补充说，标准应该针对屏幕的外观和感觉，而不是构建屏幕的工具。“屏幕布局和与这些屏幕交互的方法是关键领域，”他说。

这里有一个例子:HMI显示器通过弹出一个框来显示参数，操作员必须在其中输入一个值。有些系统提供了该值的上限和下限;其他人则留空，接受任何数字。有些人把它作为一个选项，允许编程或配置系统的人选择如何显示它。我认为总是展示极限是很有意义的。一个要求对话框始终显示上限和下限或最低值和最高值的标准将是一个好主意。”

贝加莱工业自动化公司的罗伯茨建议，图标是标准化最好瞄准的领域。“欧洲很多地方用图标代替文字，”他说。“一套标准的图标会很有帮助。很多公司都是全球化的。同样，关于如何报告警报的标准可能会有所帮助。然而，用户界面通常是个人的东西。标准化的范围是有限的。你必须留出灵活性，让你的机器做一些特殊的事情。”

变得更像一个艺术家

hmi需要处理许多功能，从清晰、一致的信息表示到警报管理，再到工厂车间与企业之间的数据交换。但是，Wonderware的杰弗里斯说，HMI设计师应该关注的是那些“让人类吸收并对现在从车间获得的大量信息采取行动”的工具。为了有效地做到这一点，“HMI设计师需要更多地成为艺术家，而不是工程师。”

Jeffreys的这个例子可以很好地概括HMI标准的需求和好处:“不久前，我使用了一个SCADA系统。它是定制开发的。在与一家公用事业公司签订监控变电站的合同之前，我们已经在管道行业完成了大量的安装工作。

“我们发现了这两个应用程序之间的根本区别。对于管道或化学工程师来说，如果显示器上的东西是红色的，那么它就被关闭了，而绿色的东西正在运行。但对于电力工程师来说，红色的东西是有能量的。太热了!别碰它!如果它是绿色的，那就安全了。那时，我们将颜色硬编码到显示对象中。这是一个粗鲁的意外。如果没有标准化，就不可能不经过修改就从化学应用到电力应用。”

应该有。这是必须的。还有什么更有说服力的理由支持人机界面标准化呢?

ISA-SP101:人机界面

ISA-SP101，人机界面，是一项正在进行中的工作。与所有ISA委员会一样，它的努力可能以技术报告、推荐实践或成熟的标准告终。或者，委员会主席乔•宾厄姆(Joe Bingham)说，“我们可能会创建这三个文件。”这个过程通常需要3年左右的时间。

该委员会的工作于去年开始，在2005年芝加哥ISA博览会上举行了一次信息会议。第一次正式会议于2006年1月在奥兰多举行。宾厄姆回忆说:“我们见面了大约5个小时，创造了两个句子，感觉我们取得了很大的进步。”

通过电话会议和网络交流，委员会确定了目标和范围:

目的:ISA-SP101定义了评估、设计、开发、实施和维护高效、有效、用户友好的hmi的需求。

适用范围:ISA-SP101建立工业控制系统的人机界面设计标准，包括:

•信息显示;

•过程可视化;

•用户交互;

•性能;和

•文件和培训。

委员会正在寻求来自最终用户、系统集成商和供应商的反馈。任何对该主题感兴趣的人都可以成为“信息成员”。该委员会将于10月在休斯顿举行的ISA Expo 2006上举行下一次面对面会议，届时重点将放在定义上。

宾厄姆说:“我们需要提前定义术语。如果我们有一个强大的定义列表，我们将消除很多歧义。”目前正在开发的定义包括HMI、历史记录、事件、警报、显示、过程可视化、人为因素、屏幕密度、趋势、音频、PDA、像素、分辨率、开始、停止和触觉反馈。

有关该标准的更多信息，请访问ISA网站atjbingham@aesglobal.comor ISA工作人员联系Loanna Overcash atlovercash@isa.org。

人机界面设计的艺术

有关HMI设计师/开发人员作为艺术家的更多概念，Edward R. Tufte的《Envisioning Information》提供了关于如何通过视觉手段解释复杂材料和呈现信息以形成图形图像的实用建议。书中提供了大约400幅插图，其中包括如何不使用颜色的例子。(图形出版社，1990年出版，48美元;ISBN # 0961392118。欲知详情，请浏览

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。