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高效工程組態成就高效自動化

並且發布一些控制信息來指導現場系統的運行。因此，他們對人機界面的直觀性和友好性要求較高，人機界面設計應該考慮以下原則。

1.以用戶為中心的基本設計原則

在系統的設計過程中，設計人員要抓住用戶的特征，發現用戶的需求。在系統整個開發過程中要不斷征求用戶的意見，向用戶咨詢。系統的 設計決策要結合用戶的工作和應用環境，必須理解用戶對系統的要求。最好的方法就是讓真實的用戶參與開發，這樣開發人員就能正確地了解 用戶的需求和目標，系統就會更加成功。

2．順序原則

即按照處理事件順序、訪問查看順序（如由整體到單項，由大到小，由上層到下層等）與控制工藝流程等設計監控管理和人機對話主界面及 其二級界面。

3．功能原則

即按照對象應用環境及場合具體使用功能要求，各種子系統控制類型、不同管理對象的同一界面並行處理要求和多項對話交互的同時性要求 等，設計分功能區分多級菜單、分層提示信息和多項對話欄並舉的窗口等的人機交互界面，從而使用戶易於分辨和掌握交互界面的使用規律和 特點，提高其友好性和易操作性。

4．一致性原則

包括色彩的一致，操作區域一致，文字的一致。即一方面界面顏色、形狀、字體與國家、國際或行業通用標準相一致。另一方面界面顏色、 形狀、字體自成一體，不同設備及其相同設計狀態的顏色應保持一致。界面細節美工設計的一致性使運行人員看界面時感到舒適，從而不分散 他的注意力。對於新運行人員，或緊急情況下處理問題的運行人員來說，一致性還能減少他們的操作失誤。

5．頻率原則

即按照管理對象的對話交互頻率高低設計人機界面的層次順序和對話窗口萊單的顯示位置等，提高監控和訪問對話頻率。

6．重要性原則

即按照管理對象在控制系統中的重要性和全局性水平，設計人機界面的主次菜單和對話窗口的位置和突顯性，從而有助于管理人員把握好控 制系統的主次，實施好控制決策的順序，實現最優調度和管理。

7．面向對象原則

即按照操作人員的身份特征和工作性質，設計與之相適應和友好的人機界面。根據其工作需要，宜以彈出式窗口顯示提示、引導和幫助信息 ，從而提高用戶的交互水平和效率。

人機交互界面，無論是面向現場控制器還是面向上位監控管理，兩者是有密切內在聯繫的，他們監控和管理的現場設各對象是相同的，因此 許多現場設備參數在他們之間是共享和相互傳遞的。人機界面的標準化設計應是未來的發展方向，因為它確實體現了易憧、簡單、實用的基木 原則，充分表達了以人為本的設計理念。各種工控組態軟件和編程工具為製作精美的人機交互界面提供了強大的支持手段，系統越大越複雜越 能體現其優越性。

 

 

人機界面的設計過程可分為以下幾個步驟：

3.1 創建系統功能的外部模型設計模型主要是考慮軟件的數據結構、總體結構和過程性描述，界面設計一般只作為附屬品，只有對用戶的情況（包括年齡、性別、心理情況、文化程度、個性、種族背景等）有所了解，才能設計出有效的用戶界面；根據終端用戶對未來系統的假想(簡稱系統假想）設計用戶模型，最終使之與系統實現后得到的系統映象（系統的外部特征）相吻合，用戶才能對系統感到滿意並能有效的使用它；建立用戶模型時要充分考慮系統假想給出的信息，系統映象必須準確地反映系統的語法和語義信息。總之，只有了解用戶、了解任務才能設計出好的人機界面。

3.2 確定為完成此系統功能人和計算機應分別完成的任務

任務分析有兩種途徑。一種是從實際出發，通過對原有處於手工或半手工狀態下的應用系統的剖析，將其映射為在人機界面上執行的一組類似的任務；另一種是通過研究系統的需求規格說明，導出一組與用戶模型和系統假想相協調的用戶任務。

逐步求精和麵向對象分析等技術同樣適用於任務分析。逐步求精技術可把任務不斷劃分為子任務，直至對每個任務的要求都十分清楚；而採用面向對象分析技術可識別出與應用有關的所有客觀的對象以及與對象關聯的動作。

3.3 考慮界面設計中的典型問題

設計任何一個機界面，一般必須考慮系統響應時間、用戶求助機制、錯誤信息處理和命令方式四個方面。系統響應時間過長是交互式系統中用戶抱怨最多的問題，除了響應時間的絕對長短外，用戶對不同命令在響應時間上的差別亦很在意，若過於懸殊用戶將難以接受；用戶求助機制宜採用集成式，避免疊加式系統導致用戶求助某項指南而不得不瀏覽大量無關信息；錯誤和警告信息必須選用用戶明瞭、含義準確的朮語描述，同時還應盡可能提供一些有關錯誤恢復的建議。此外，顯示出錯信息時，若再輔以聽覺（鈴聲）、視覺（專用顏色）刺激，則效果更佳；命令方式最好是菜單與鍵盤命令並存，供用戶選用。

3.4 借助CASE工具構造界面原型，並真正實現設計模型軟件模型一旦確定，即可構造一個軟件原形，此時僅有用戶界面部分，此原形交用戶評審，根據反饋意見修改后再交給用戶評審，直至與用戶模型和系統假想一致為止。一般可借助于用戶界面工具箱作。

 

 

 

 

1. 人機界面產品的定義

連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調速器、儀表等工業控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數或輸入操作命令，實現人與機器信息交互的數字設備，由硬件和軟件兩部分組成。HMI為英文Human-Machine Interface的縮寫。

2. 人機界面（HMI）產品的組成及工作原理

人機界面產品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數據存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產品的性能高低，是HMI的核心單元。根據HMI的產品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運行于HMI硬件中的系統軟件和運行于PC機Windows操作系統下的畫面組態軟件（如JB－HMI畫面組態軟件）。使用者都必須先使用HMI的畫面組態軟件製作“工程文件”，再通過PC機和HMI 產品的串行通訊口，把編製好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運行。

3. 人機界面產品的基本功能及選型指標

基本功能：

設備工作狀態顯示，如指示燈、按鈕、文字、圖形、曲線等；

數據、文字輸入操作，打印輸出；

生產配方存儲，設備生產數據記錄；

簡單的邏輯和數值運算；

可連接多種工業控制設備組網。

選型指標：

顯示屏尺寸及色彩，分辨率；

HMI的處理器速度性能；

輸入方式：觸摸屏或薄膜鍵盤；

畫面存貯容量，注意廠商標註的容量單位是字節（byte）、還是位（bit）；

通訊口種類及數量，是否支持打印功能。

4. 人機界面產品分類

薄膜鍵輸入的HMI，顯示尺寸小於5.7?，畫面組態軟件免費，屬初級產品。如POP－HMI 小型人機界面；

觸摸屏輸入的HMI，顯示屏尺寸為5.7?～12.1?，畫面組態軟件免費，屬中級產品；

基於平板PC計算機的、多種通訊口的、高性能HMI，顯示尺寸大於10.4?，畫面組態軟件收費，屬高端產品。

5. 人機界面的使用方法

明確監控任務要求，選擇適合的HMI產品；

在PC機上用畫面組態軟件編輯“工程文件”；

測試並保存已編輯好的“工程文件” ；

PC機連接HMI硬件，下載“工程文件”到HMI中；

連接HMI和工業控制器（如PLC、儀表等），實現人機交互。

 

 

 

今天人類的生活片刻也離不開機器。與機器的和平共處比任何時候都更顯重要。而要做到這一點，人與機器的交流必須通暢無阻。設計最精巧的人機界面裝置能夠讓人根本感覺不到是它賦予了人巨大的力量－此時人與機器的界線徹底消融，人與技術合為一體。以下是10種產品被專家們認為是s世紀最偉大的人機界面裝置。

擴音器 折疊

擴音器的問世使得人們不僅在乘坐地鐵或去郊外遠足時能夠欣賞自己喜愛的音樂和廣播節目，而且還能聆聽以電子手段保存下來的早已與世長辭的人的聲音以及大自然中根本不存在的種種奇妙聲音。在電影院里，擴音器所營造的聲的世界將觀眾們帶入一個想象的世界。擴音器亦是本世紀所有具有個性魅力的公眾人物與大眾溝通的重要工具。

擴音器是1915年發明的，從那以後一代又一代的技術人員為它的完善做出了不懈的努力。今天，隨着錄音設備和存儲技術的飛速發展，用美國著名擴音設備生產企業Bose公司研究員威廉·R·舒特的話說，擴音器“反而成為家庭音響系統中最薄弱的一環”。他說：每當我在家中欣賞音樂的時候，根本沒有辦法做到想象自己是坐在音樂廳里。擴音技術還做不到這一點，原因何在，尚不得而知。

按鍵式電話 折疊

按鍵式電話業務是美國電話電報公司在1963年11月正式開通的。幾乎所有初次接觸按鍵式電話的人都認為它遠勝於轉盤式電話。貝爾實驗室的研究人員為使這種新產品為人們所接納，真可謂絞盡腦汁。他們實驗了16種按鍵排列方式，交叉式的，圓盤式的，不一而足。他們還在電話機的大小、形狀、按鍵的間距、彈性甚至與手指尖接觸的部位的外形上作了大量的文章。

節省撥號時間只是按鍵式電話的設計初衷之一，實際上從一開始技術專家就抱着一個把新式電話機設計成一種遙控數據輸入設備的目的。正是從這一設計思想出發，研究人員在1968年又在鍵盤上增加了“*”鍵和“#”鍵。雖然研究人員的部分設計思想－如通過電話機來控制家用電器的開關－迄今尚未實現，但是按鍵式電話畢竟開創了語音數據通信的新時代。

方向盤 折疊

最初的汽車是用舵來控制駕駛的。舵不能說不好，但是它會把汽車行駛中產生的劇烈振動傳導給駕駛者，增加其控制方向的難度。當發動機被改為安裝在車頭部位之後，由於重量的增加，駕駛員根本沒有辦法再用車舵來駕駛汽車了。方向盤這種新設計便應運而生，它在駕駛員與車輪之間引入的齒輪系統操作靈活，很好地隔絕了來自道路的劇烈振動。不僅如此，好的方向盤系統還能為駕駛者帶來一種與道路親密無間的感受。

但是最初設計方向盤的人沒有能夠預見到在汽車車速越來越快的今天，一旦發生車禍，方向盤卻成了造成駕駛員喪命的罪魁禍首。五十年代，不帶方向盤的概念型汽車相繼問世，可是消費者對這種汽車一點也不感興趣。畢竟，沒有方向盤的汽車根本就不成其為汽車。

磁卡 折疊

今天在許多場合我們都會用到磁卡，如在食堂就餐，在商場購物，乘公共汽車，打電話，進入管制區域等等，不一而足。在西方，人們遺失了錢包之後，往往擔心的不是錢包里的現金，而是各種用途的磁卡。

70年代早期，帶有磁條的信用卡在美國問世，極大的提高了信用卡購物時的驗証效率，一下子便受到零售商的青睞。美國的信用卡行業因此進入一個高速增長期。有人問，目前陸陸續續問世的各種“智能卡”會不會取代磁卡呢？專家認為暫時是不會的。他們指出，芯片型的智能卡只適用於某些特定的領域，與磁卡並不發生衝突，更何況取代磁卡的終端設備投放代價高昂，誰也不會願意這麼做的。

交通指揮燈 折疊

交通指揮燈是非裔美國人加萊特·摩根在1923年發明的。此前，鐵路交通已經使用自動轉換的燈光信號有一段時間了。但是由於火車是按固定的時刻表以單列方式運行的，而且火車要停下來不是很容易，因此鐵路上使用的信號只有一種命令：通行。公路交通的紅綠燈則不一樣，它的職責在很大程度上是要告訴汽車司機把車輛停下來。

開車的人誰也不願意看到停車信號。美國夏威夷大學心理學家詹姆斯指出，人有一種將剎車和油門與自尊相互聯繫的傾向。他說：駕車者看到黃燈亮時，心裡便暗暗作好加速的準備。如果此時紅燈亮了，馬上就會產生一種失望的感覺。他把交叉路口稱作“心理動力區”。如果他的理論成立的話，這個區域在佛羅伊德心理學理論中應該是屬於超我（supere go）而非本能（id）的範疇。

新式的紅綠燈能將闖紅燈的人拍照下來。犯事的司機不久就會收到罰款單。有的紅綠燈還具備監測車輛行駛速度的功能。

遙控器 折疊

據說，遙控器的開發源於人們對於電視商業廣告的反感。美國頂峰公司（Zenith）的總裁尤其痛恨電視節目頻頻被廣告打斷的現象。在他的領導下，頂峰公司在1950年開發出了世界上第一個遙控器。這個遙控器是有線的。頂峰公司再接再厲，在1955年又研製了世界上第一個使用光學傳感器的無線遙控器，後來又發明瞭超聲波遙控器。紅外線遙控器則是到了八十年代初才問世。這時遙控器的價格變得非常低廉，誰都能買得起。今天遙控器已經成為家電產品的標準配置，市場上銷售的99%的電視機和100%的錄像機都配置有它。對了伴着遙控器長大的一代人來說，手持遙控器從一個頻道換到另一個頻道正是電視給他們帶來的歡樂之一。

陰極射線管 折疊

陰極射線管（CRT）是德國物理學家布勞恩（Kari Ferdinand Braun）發明的，1897年被用於一台示波器中首次與世人見面。但CRT得到廣氾應用則是在電視機出現以後。電視出現于本世紀20年代，到了50年代在西方得到全面普及，如今電視更是無所不在。據統計，美國人平均每天要觀看7個小時的電視。

當然，看電視是一種被動接受。但是當CRT顯示器上顯示出的是一幅計算機的操作界面，情況就大不相同了。我們可以與之互動、交流，此時顯示器便成為我們可以加以利用的一種手段。隨着互聯網的蓬勃興起，許多人患上了“上網成癮症”，這種社會現象從一個側面充分反映出今天越來越多的人寧願坐在CRT的面前，而不願意做其他任何事情。

液晶顯示器 折疊

電視機和計算機屏幕可向人們展示容量龐大的可視信息。然而它們擁有一個共同的缺點：體積太大。因為它們都需要一個陰極射線管作顯示器。液晶顯示器的發明使得人們可以將顯示器攜帶在身邊。

雖然液晶早在1888年就已經被奧地利植物學家Frederich Reinitzer所發現，但是人們直到1977年才將其用作顯示用途。當時Hoffmann-La Roche發明瞭“螺旋向列液晶顯示器”並申請了專利。這種顯示器現在被普遍用於計算器和電子手錶。80年代，每個像素都由一個晶體管控制的有源矩陣液晶顯示器研製成功，有力地推動了筆記本電腦、微型電視機和便攜式DVD播放機的發展。

雖然液晶顯示器還存在顯示速度慢和視角受限等技術缺陷，但是技術專家指出，以薄、平著稱的液晶顯示器5年內必將淘汰目前普遍使用的又笨又重又占位置的CRT顯示器。

鼠標/圖形用戶界面 折疊

道格拉斯·恩格爾巴特在60年代發明瞭鼠標和圖形用戶界面。他曾這樣說過：“我當初發明鼠標的時候，幾乎誰也不相信人們會願意坐在計算機顯示器跟前進行在線操作。”

但是，鼠標和圖形用戶界面在70年代在施樂公司的帕羅奧爾托研究中心（PARC）的努力下得到了進一步的完善，80年代在蘋果公司的努力下，它終於完成了走向大眾的進程。至此，顯示在計算機屏幕上的內容在可視性方面大大改善，人們再也不用象從前一樣需要記憶計算機文件的名稱和路徑。由於圖形用戶界面減輕電腦操作者的記憶負擔以及提供了一個良好的視覺空間環境，計算機終於發展成為一種工作場所。美國學者史迪文·約翰遜在《界面設計》一書中盛贊恩格爾巴特的發明“為普及數字化革命所作出的巨大貢獻是其他任何在軟件上所取得的進步所不能比擬的。”

條形碼掃描器 折疊

1992年2月，美國前總統喬治·布什獲贈一個用於超級市場的條形碼掃描器。據說，布什當時說了句：“ 這東西真是奇特！”但是請注意，令布什感到驚嘆不已的並不是這種早在1974年就已經問世的掃描技術。他感嘆的是當時他手中拿的那種新式掃描器居然能夠掃描被撕成7張碎片的條形碼。

條碼掃描器第一次實際應用是在美國俄亥俄州特洛伊市的馬什超級市場，掃描的是10小包一袋的口香糖。此前，條碼掃描器經過了一個漫長的開發過程。掃描器對商家最初的吸引力是它的掃描結果非常準確。但是激光能夠讀取大量信息，包括所售商品的類型、時間和組合。如今，零售商存儲的數據量以兆兆位計，對每筆交易都要進行記錄，這些信息都將返回給分銷商。條形碼大大提高了供應鏈的通信效率，以至於有些商店要在商品銷售以後才付款。