基本概念
人機(jī)界面是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說(shuō)人機(jī)結(jié)合面,信息交換,功能接觸或互相影響,指人和機(jī)器的硬接觸和軟觸,此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線面的直接接觸,還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機(jī)結(jié)合面是人機(jī)系統(tǒng)中的中心一環(huán)節(jié),主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人機(jī)工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù),并過(guò)安全工程設(shè)備工程學(xué),安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解決方法手段措施安全人機(jī)學(xué)。它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。大量運(yùn)用在工業(yè)與商業(yè)上,簡(jiǎn)單的區(qū)分為“輸入”(Input)與“輸出”(Output)兩種,輸入指的是由人來(lái)進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備的操作,如把手、開(kāi)關(guān)、門(mén)、指令(命令)的下達(dá)或保養(yǎng)維護(hù)等,而輸出指的是由機(jī)械或設(shè)備發(fā)出來(lái)的通知,如故障、警告、操作說(shuō)明提示等,好的人機(jī)接口會(huì)幫助使用者更簡(jiǎn)單、更正確、更迅速的操作機(jī)械,也能使機(jī)械發(fā)揮最大的效能并延長(zhǎng)使用壽命,而市面上所指的人機(jī)接口則多界狹義的指在軟件人性化的操作接口上。
特定行業(yè)的人機(jī)界面可能有特定的定義和分類,比如工業(yè)人機(jī)界面(Industrial Human-machine Interface或簡(jiǎn)稱Industrial HMI)。
人機(jī)交互:
人機(jī)交互、人機(jī)互動(dòng)(Human-Computer Interface,簡(jiǎn)寫(xiě)HCI,又稱用戶界面或使用者界面):是一門(mén)研究系統(tǒng)與用戶之間的互動(dòng)關(guān)系的學(xué)問(wèn)。系統(tǒng)可以是各種各樣的機(jī)器,也可以是計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)和軟件。人機(jī)交互界面通常是指用戶可見(jiàn)的部分。用戶通過(guò)人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流,并進(jìn)行操作。小如收音機(jī)的播放按鍵,大至飛機(jī)上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。
人機(jī)交互(Human-Computer Interaction,簡(jiǎn)寫(xiě)HCI):是研究關(guān)于設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和實(shí)現(xiàn)供人們使用的交互計(jì)算系統(tǒng)以及有關(guān)這些現(xiàn)象進(jìn)行研究的科學(xué)。
人機(jī)交互與人機(jī)界面是兩個(gè)有著緊密聯(lián)系而又不盡相同的概念。
人機(jī)交互與人機(jī)界面的關(guān)系:
人機(jī)交互是指人與機(jī)器的交互,本質(zhì)上是人與計(jì)算機(jī)的交互?;蛘邚母鼜V泛的角度理解:人機(jī)交互是指人與含有計(jì)算機(jī)的機(jī)器的交互。具體來(lái)說(shuō),人機(jī)交互用戶與含有計(jì)算機(jī)機(jī)器之間的雙向通信,以一定的符號(hào)和動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn),如擊鍵,移動(dòng)鼠標(biāo),顯示屏幕上的符號(hào)/圖形等。這個(gè)過(guò)程包括幾個(gè)子過(guò)程:識(shí)別交互對(duì)象-理解交互對(duì)象-把握對(duì)象情態(tài)-信息適應(yīng)與反饋等;而人機(jī)界面是指用戶與含有計(jì)算機(jī)的機(jī)器系統(tǒng)之間的通信媒體或手段,是人機(jī)雙向信息交互的支持軟件和硬件。這里界面定義為通信的媒體或手段,它的物化體現(xiàn)是有關(guān)的支持軟件和硬件,如帶有鼠標(biāo)的圖形顯示終端等。
交互是人與機(jī)-環(huán)境作用關(guān)系/狀況的一種描述。界面是人與機(jī)-環(huán)境發(fā)生交互關(guān)系的具體表達(dá)形式。交互是實(shí)現(xiàn)信息傳達(dá)的情境刻畫(huà),而界面是實(shí)現(xiàn)交互的手段。在交互設(shè)計(jì)子系統(tǒng)中,交互是內(nèi)容/靈魂,界面是形式/肉體;然而在大的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,交互和界面,都只是解決人機(jī)關(guān)系的一種手段,不是最終目的,其最終目的是解決和滿足人的需求。
交互設(shè)計(jì)是從屬于產(chǎn)品系統(tǒng)的,是對(duì)成功的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種強(qiáng)有力的支持與完善。
如果利用系統(tǒng)論的觀點(diǎn),交互設(shè)計(jì)是從屬于產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。
設(shè)計(jì)原則
人機(jī)界面設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮以下原則。
1、以用戶為中心的基本設(shè)計(jì)原則
在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員要抓住用戶的特征,發(fā)現(xiàn)用戶的需求。在系統(tǒng)整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中要不斷征求用戶的意見(jiàn),向用戶咨詢。系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)決策要結(jié)合用戶的工作和應(yīng)用環(huán)境,必須理解用戶對(duì)系統(tǒng)的要求。最好的方法就是讓真實(shí)的用戶參與開(kāi)發(fā),這樣開(kāi)發(fā)人員就能正確地了解 用戶的需求和目標(biāo),系統(tǒng)就會(huì)更加成功。
2、順序原則
即按照處理事件順序、訪問(wèn)查看順序(如由整體到單項(xiàng),由大到小,由上層到下層等)與控制工藝流程等設(shè)計(jì)監(jiān)控管理和人機(jī)對(duì)話主界面及 其二級(jí)界面。
3、功能原則
即按照對(duì)象應(yīng)用環(huán)境及場(chǎng)合具體使用功能要求,各種子系統(tǒng)控制類型、不同管理對(duì)象的同一界面并行處理要求和多項(xiàng)對(duì)話交互的同時(shí)性要求 等,設(shè)計(jì)分功能區(qū)分多級(jí)菜單、分層提示信息和多項(xiàng)對(duì)話欄并舉的窗口等的人機(jī)交互界面,從而使用戶易于分辨和掌握交互界面的使用規(guī)律和 特點(diǎn),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(qū)域一致,文字的一致。即一方面界面顏色、形狀、字體與國(guó)家、國(guó)際或行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)相一致。另一方面界面顏色、 形狀、字體自成一體,不同設(shè)備及其相同設(shè)計(jì)狀態(tài)的顏色應(yīng)保持一致。界面細(xì)節(jié)美工設(shè)計(jì)的一致性使運(yùn)行人員看界面時(shí)感到舒適,從而不分散 他的注意力。對(duì)于新運(yùn)行人員,或緊急情況下處理問(wèn)題的運(yùn)行人員來(lái)說(shuō),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(duì)象的對(duì)話交互頻率高低設(shè)計(jì)人機(jī)界面的層次順序和對(duì)話窗口萊單的顯示位置等,提高監(jiān)控和訪問(wèn)對(duì)話頻率。
6、重要性原則
即按照管理對(duì)象在控制系統(tǒng)中的重要性和全局性水平,設(shè)計(jì)人機(jī)界面的主次菜單和對(duì)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(tǒng)的主次,實(shí)施好控制決策的順序,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度和管理。
7、面向?qū)ο笤瓌t
即按照操作人員的身份特征和工作性質(zhì),設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)和友好的人機(jī)界面。根據(jù)其工作需要,宜以彈出式窗口顯示提示、引導(dǎo)和幫助信息 ,從而提高用戶的交互水平和效率。
人機(jī)交互界面,無(wú)論是面向現(xiàn)場(chǎng)控制器還是面向上位監(jiān)控管理,兩者是有密切內(nèi)在聯(lián)系的,他們監(jiān)控和管理的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)各對(duì)象是相同的,因此 許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)在他們之間是共享和相互傳遞的。人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)應(yīng)是未來(lái)的發(fā)展方向,因?yàn)樗_實(shí)體現(xiàn)了易憧、簡(jiǎn)單、實(shí)用的基木 原則,充分表達(dá)了以人為本的設(shè)計(jì)理念。各種工控組態(tài)軟件和編程工具為制作精美的人機(jī)交互界面提供了強(qiáng)大的支持手段,系統(tǒng)越大越復(fù)雜越 能體現(xiàn)其優(yōu)越性。
設(shè)計(jì)過(guò)程
人機(jī)界面的設(shè)計(jì)過(guò)程可分為以下幾個(gè)步驟:
1、創(chuàng)建系統(tǒng)功能的外部模型設(shè)計(jì)模型主要是考慮軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)和過(guò)程性描述,界面設(shè)計(jì)一般只作為附屬品,只有對(duì)用戶的情況(包括年齡、性別、心理情況、文化程度、個(gè)性、種族背景等)有所了解,才能設(shè)計(jì)出有效的用戶界面;根據(jù)終端用戶對(duì)未來(lái)系統(tǒng)的假想(簡(jiǎn)稱系統(tǒng)假想)設(shè)計(jì)用戶模型,最終使之與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后得到的系統(tǒng)映象(系統(tǒng)的外部特征)相吻合,用戶才能對(duì)系統(tǒng)感到滿意并能有效的使用它;建立用戶模型時(shí)要充分考慮系統(tǒng)假想給出的信息,系統(tǒng)映象必須準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的語(yǔ)法和語(yǔ)義信息??傊挥辛私庥脩?、了解任務(wù)才能設(shè)計(jì)出好的人機(jī)界面。
2、確定為完成此系統(tǒng)功能人和計(jì)算機(jī)應(yīng)分別完成的任務(wù)
任務(wù)分析有兩種途徑。一種是從實(shí)際出發(fā),通過(guò)對(duì)原有處于手工或半手工狀態(tài)下的應(yīng)用系統(tǒng)的剖析,將其映射為在人機(jī)界面上執(zhí)行的一組類似的任務(wù);另一種是通過(guò)研究系統(tǒng)的需求規(guī)格說(shuō)明,導(dǎo)出一組與用戶模型和系統(tǒng)假想相協(xié)調(diào)的用戶任務(wù)。
逐步求精和面向?qū)ο蠓治龅燃夹g(shù)同樣適用于任務(wù)分析。逐步求精技術(shù)可把任務(wù)不斷劃分為子任務(wù),直至對(duì)每個(gè)任務(wù)的要求都十分清楚;而采用面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)可識(shí)別出與應(yīng)用有關(guān)的所有客觀的對(duì)象以及與對(duì)象關(guān)聯(lián)的動(dòng)作。
3、考慮界面設(shè)計(jì)中的典型問(wèn)題
設(shè)計(jì)任何一個(gè)機(jī)界面,一般必須考慮系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、用戶求助機(jī)制、錯(cuò)誤信息處理和命令方式四個(gè)方面。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是交互式系統(tǒng)中用戶抱怨最多的問(wèn)題,除了響應(yīng)時(shí)間的絕對(duì)長(zhǎng)短外,用戶對(duì)不同命令在響應(yīng)時(shí)間上的差別亦很在意,若過(guò)于懸殊用戶將難以接受;用戶求助機(jī)制宜采用集成式,避免疊加式系統(tǒng)導(dǎo)致用戶求助某項(xiàng)指南而不得不瀏覽大量無(wú)關(guān)信息;錯(cuò)誤和警告信息必須選用用戶明了、含義準(zhǔn)確的術(shù)語(yǔ)描述,同時(shí)還應(yīng)盡可能提供一些有關(guān)錯(cuò)誤恢復(fù)的建議。此外,顯示出錯(cuò)信息時(shí),若再輔以聽(tīng)覺(jué)(鈴聲)、視覺(jué)(專用顏色)刺激,則效果更佳;命令方式最好是菜單與鍵盤(pán)命令并存,供用戶選用。
4、借助CASE工具構(gòu)造界面原型,并真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型軟件模型一旦確定,即可構(gòu)造一個(gè)軟件原形,此時(shí)僅有用戶界面部分,此原形交用戶評(píng)審,根據(jù)反饋意見(jiàn)修改后再交給用戶評(píng)審,直至與用戶模型和系統(tǒng)假想一致為止。一般可借助于用戶界面工具箱(Userinterfacetoolkits)或用戶界面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)(Userinterfacedevelopmentsystems)提供的現(xiàn)成的模塊或?qū)ο髣?chuàng)建各種界面基本成分的工作。
5、在人機(jī)界面分析設(shè)計(jì)中所要考慮的人文因素主要包括以下內(nèi)容:
1)人機(jī)匹配性:用戶是人,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為人完成任務(wù)的工具,應(yīng)該使計(jì)算機(jī)和人組成的人機(jī)系統(tǒng)很好地匹配工作;如果有矛盾,應(yīng)該讓計(jì)算機(jī)去適應(yīng)人,而不是人去適應(yīng)計(jì)算機(jī);
2)人的固有技能:作為計(jì)算機(jī)用戶的人具有許多固有的技能。對(duì)這些能力的分析和綜合,有助于對(duì)用戶所能勝任的,處理人機(jī)界面的復(fù)雜程度,以及用戶能從界面獲得多少知識(shí)和幫助,以及所化費(fèi)的時(shí)間做出估計(jì)或判斷;
3)人的固有弱點(diǎn):人具有遺忘、易出錯(cuò)、注意力不集中、情緒不穩(wěn)定等固有弱點(diǎn)。設(shè)計(jì)良好的人機(jī)界面應(yīng)盡可能減少用戶操作使用時(shí)的記憶量,應(yīng)力求避免可能發(fā)生的錯(cuò)誤;
4)用戶的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和受教育程度:使用計(jì)算機(jī)用戶的受教育程度,決定了他對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn);
5)用戶對(duì)系統(tǒng)的期望和態(tài)度。
使用方法
明確監(jiān)控任務(wù)要求,選擇適合的HMI產(chǎn)品;
在PC機(jī)上用畫(huà)面組態(tài)軟件編輯“工程文件”;
測(cè)試并保存已編輯好的“工程文件” ;
PC機(jī)連接HMI硬件,下載“工程文件”到HMI中;
連接HMI和工業(yè)控制器(如PLC、儀表等),實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
發(fā)展趨勢(shì)
中國(guó)人機(jī)界面市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀
中國(guó)是全球人機(jī)界面需求量最大的市場(chǎng),但卻不是全球人機(jī)界面產(chǎn)品銷售額最高的市場(chǎng),這說(shuō)明,低端人機(jī)界面用戶在中國(guó)占有很大的份額。近些年來(lái)民族品牌的迅速發(fā)展,采取低價(jià)格等策略,正在大舉進(jìn)攻低端市場(chǎng),在國(guó)內(nèi)已經(jīng)占據(jù)了低端市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)地位,贏得了廣大用戶的認(rèn)可。國(guó)際品牌也在逐漸研發(fā)其經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品,以搶占低端市場(chǎng)的份額。因此,由于在低端市場(chǎng)的穩(wěn)扎穩(wěn)打,國(guó)內(nèi)的人機(jī)界面廠商整體業(yè)績(jī)呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的狀態(tài)。
人機(jī)界面不再是單純的顯示和控制
國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化產(chǎn)業(yè),一些原本不用人機(jī)界面的行業(yè),也開(kāi)始使用人機(jī)界面了,這說(shuō)明人機(jī)界面已經(jīng)成為客戶體驗(yàn)的不可缺少的一部分,人機(jī)界面的用戶界面能更好地反映出設(shè)備和流程的狀態(tài),并通過(guò)視覺(jué)和觸摸的效果,帶給客戶更直觀的感受。
人機(jī)界面未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)
有些機(jī)械行業(yè),比如說(shuō)機(jī)床、紡織機(jī)械、電子設(shè)備等行業(yè),在國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)展有幾十年的歷史了,相對(duì)來(lái)說(shuō)屬于比較成熟的行業(yè),從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,這些行業(yè)還存在著設(shè)備升級(jí)換代的需求。在這個(gè)升級(jí)換代的過(guò)程中,確實(shí)會(huì)有一些小的、一直使用比較低端產(chǎn)品的廠家被淘汰掉,但也有很多企業(yè)在設(shè)備更新過(guò)程中,將需求重新定位,去尋找那些能夠符合他們發(fā)展計(jì)劃,幫助他們提高自身生產(chǎn)力的設(shè)備供應(yīng)商。
鑒于這種需求,以后人機(jī)界面的改變,將在形狀上、觀念上、應(yīng)用場(chǎng)合等方面都有所改變,從而帶來(lái)工控機(jī)核心技術(shù)的一次次變革。總體來(lái)講,人機(jī)界面的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是六個(gè)現(xiàn)代化:平臺(tái)嵌入化、品牌民族化、設(shè)備智能化、界面時(shí)尚化、通訊網(wǎng)絡(luò)化和節(jié)能環(huán)保化。
故障處理
一、人機(jī)界面無(wú)響應(yīng),按觸摸任何部位都無(wú)響應(yīng)。
處理方法:遇到這種情況,首先檢查各接線接口是否出現(xiàn)松動(dòng),然后檢查串口及中斷號(hào)是否有沖突,如果是由于沖突引起的,那么應(yīng)調(diào)整資源,避開(kāi)沖突。
其次,檢查人機(jī)界面表面是否出現(xiàn)裂縫,如發(fā)現(xiàn)有裂縫應(yīng)及時(shí)更換。此外,還需要檢查人機(jī)界面表面是否有塵垢,若有,用軟布進(jìn)行清除。觀察檢查控制盒上的指示燈是否工作正常,正常時(shí),指示燈為綠色,并且閃爍。
如果上面的部分均正常,可用替換法檢查人機(jī)界面,先替換控制盒,再替換觸摸屏,最后替換主機(jī)。
二、人機(jī)界面正常但電腦不能操作。一臺(tái)人機(jī)界面,經(jīng)試驗(yàn)其本身一切正常,但接上主機(jī)后,電腦不能操作。
處理方法:對(duì)于這種情況,原因有二。其一,可能是人機(jī)界面驅(qū)動(dòng)程序版本過(guò)低,需要安裝最新的驅(qū)動(dòng)程序。其二,可能是在主機(jī)啟動(dòng)裝載人機(jī)界面驅(qū)動(dòng)程序之前,人機(jī)界面控制卡接收到操作信號(hào),只需重新斷電后,再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)即可。
三、觸摸不準(zhǔn)。一臺(tái)表面聲波人機(jī)界面,用手指觸摸顯示器屏幕的部位不能正常地完成對(duì)應(yīng)的操作。
處理方法:這種現(xiàn)象有2種原因。第一種可能是聲波屏的反射條紋受到輕微破壞,如果遇到這種情況則將無(wú)法完全修復(fù);第二種可能是聲波人機(jī)界面在使用一段時(shí)間后,屏四周的反射條紋上面被灰塵覆蓋,可用一塊干的軟布進(jìn)行擦拭,然后斷電、重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)并重新校準(zhǔn)。
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