如何设计一个好的HMI——平衡效率和可用性
- 2024/10/16 13:34:44 22224
- 来源：控制工程网
【仪表网 行业科普】根据不同的行业和使用需求来定制HMI，可以最大限度地提高相关性，并在效率和可用性之间取得适当的平衡。
图片来源：Inductive Automation
在人机界面(HMI)设计方面，有一些基本概念需要牢记，但没有放之四海而皆准的解决方案。每个屏幕都是独一无二的，其功能和要求都与操作员的需求息息相关。三家系统集成商分享了他们对HMI在电动汽车制造、发电和制药行业卓越表现的见解。
01 满足不同用户需求的HMI设计
在设计电动汽车制造设施的HMI时，来自Corso Systems公司的Alex Marcy强调了用户需求的重要性。不是每个人都需要相同的信息，因此Marcy建议将整个用户群体分为三类：业务人员、运营人员和投资者/客户。
业务人员(比如高管和经理)不太关心工厂的细节。相反，他们需要了解全局信息和高级别的关键绩效指标(KPI)，以便回答有关运营的一般问题并做出明智的决策。Marcy说：“业务人员通常从ISA 95的角度出发，他们不一定关心特定工作站中发生的事情。”
相比之下，运行人员则专注于运行特定过程，因此其HMI可以提供更具本地化的情境信息，强调实时KPI、报警和生产计划。Marcy说：“我们使用了Ignition Perspective的地图组件和自定义模块，来显示车间的设备。在某种程度上，这种地图组件可以简化整个应用的导航。”
投资者或客户查看HMI的方式和其他类别的人员不太一样，但同样需要即时理解。通过构建工艺过程图，用箭头显示物料在整个工艺过程中的流动方向以实现可视化，可以更方便用户查看设备。
对客户来说外观显示也很重要。屏幕的色彩、光洁度和清晰度都会影响用户的体验，这和更看重功能的灰度、高性能的HMI不一样。
02 清晰的架构和直观的导航
没有装配线的公司如何设计人机界面？正如Kupper Engineering公司的Frank Peronace所解释的那样，发电设施的HMI应围绕强大的组织层次结构进行设计，提供情境化数据，同时为行业的某些特定功能腾出空间。
直观的导航对发电设施至关重要，因为它们往往拥有一个复杂的系统，有时甚至要监控上百个太阳能发电场。“我们尽量避免用户问：‘我点击了什么才到这里，或者这些数据是从哪里来的？’” Peronace说。不超过两层的树状导航结构可保持可访问性，同时保持运行人员在系统内定向的能力。选项卡式界面使运行人员无需从一个屏幕移动到另一个屏幕，即可查看更多内容，从而显示层次结构并避免不一致的更改。
▲专为太阳能应用定制的系统设置，帮助用户有效抑制不必要的报警。
没有情境的数据根本不是数据，只是数字。可以通过多种方式实现情境与数据的配对，包括将趋势数据集分组、显示关联位置的标签、用于监视给定标签是否在规格书所定义范围内的报警和模拟指示器。
在这个案例中，该工厂从垃圾填埋气中生产能量，因此Peronace建议在屏幕顶部设置一个固定工具条，随时显示相关KPI，如总容量、总千瓦输出、甲烷百分比、氧气百分比等。
有些问题，只有特定行业才会遇到。例如，在日出和日落时，大型太阳能场的系统可能会遇到大量恼人的警报。为了抑制这些不必要的报警，Kupper公司实施了一个系统，允许输入站点的纬度和经度来计算日出和日落时间，在日出和日落前后设定死区，从而可以抑制警报，以确保实际收到的报警足够重要，并可以据此采取行动。
03 应对严苛标准的挑战
虽然每个行业都有自己的最佳实践，但像制药业这种被高度监管的行业，有一套特别严格的标准。InflexionPoint公司的Chris Monchinski强调，在为制药企业设计HMI时，遵循ISA 101和ISA 88标准的重要性。
概览显示应保持态势感知，即运行人员对工厂工况的理解与其实际工况之间的关系。对于制药设施，符合ISA 101标准的高性能HMI设计能让操作员更好地即时了解情况。
▲概览显示应保持态势感知，以便运行人员了解工厂工况及其实际状况。
“Ignition仪表板工具内置的小部件，让我们的用户能够一目了然地看到对运行至关重要的信息。”Monchinski说，“它们会根据报警条件生成动画，通过标准文本描述或图表向用户显示对运行至关重要的数据。”
让操作员能够定制自己的屏幕或 “解锁系统”是非常有益的，这也是直观流程与令人沮丧的笨拙流程之间的最大区别。集成商或控制工程师可能更了解软件，但操作员才是现场的主题专家。
“我们可以在其中添加小部件，然后将其设置到不同的位置，并调出该位置的数据。”Monchinski说：“这让我们不仅能设计出针对我们需要考虑的不同受众的屏幕，还能为屏幕构建组件，让我们的最终用户利用这些组件来定义屏幕。”
在这样一个被高度监管的行业中，设计和功能在整个集成过程中往往紧密相连。Monchinski表示，“我们从控制层构建这些模板化的标准模块，构建控制逻辑、控制模块和设备模块，然后在Ignition系统中，将其分层并配置到用户定义类型(UDT)中，直至模板化图形。因此，我们在整个过程中构建这些基础图形，从控制系统开始，直至紧密集成到Ignition流程中。”
在各种类型的HMI中，某些概念适用于任何行业，但有些概念则大相径庭。这些差异是运行人员和组织需求的不同而造成的。无论这意味着严格遵守特定标准还是遵循更普遍的准则，重要的是用户要仔细考虑任何特定HMI的行业要求，并在效率和可用性之间取得适当的平衡。优秀实用的HMI设计始于与其使用者的交流，发现他们的真实需求，直至解决他们的痛点。
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