浮法玻璃工廠DCS系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)

徐洋 李勇

（秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司 秦皇島 066001）

0 引言

HMI是Human Machine Interface 的縮寫，直譯為人機(jī)接口，一般稱作人機(jī)界面或用戶界面。簡單的說，HMI指的是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，其根本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部信息、動作形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。在現(xiàn)代工廠控制系統(tǒng)里不可或缺的一部分就是人機(jī)交互，而交互設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)支持人們工作與生活的交互式產(chǎn)品。一個(gè)交互界面的設(shè)計(jì)者應(yīng)首先從使用者的角度出發(fā)，在滿足生產(chǎn)工藝條件的前提下充分考慮使用者的使用習(xí)慣，提供簡單快捷安全的操作，從而提升用戶體驗(yàn)。

1 HMI系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和標(biāo)準(zhǔn)

1.1 遵從工藝

圖1所示是退火窯的俯視圖，它包含了1#、2#、 3#主傳動控制、顯示；熱電偶在退火窯相對準(zhǔn)確的位置和殼體空間內(nèi)空氣溫度顯示；退火窯風(fēng)機(jī)的運(yùn)行、報(bào)警、停機(jī)顯示；電加熱功率給定顯示及控制，電加熱運(yùn)行及報(bào)警顯示等。這些儀表和機(jī)器的布置是完全按照浮法玻璃退火窯的工藝位置設(shè)計(jì)，正確合理的排版能讓使用者更快更容易的操作軟件，提高工作效率和操作的準(zhǔn)確性。

圖1 退火窯俯視圖

1.2 布局合理

合理的布局會更好的引起注意和呈現(xiàn)焦點(diǎn)。HMI構(gòu)圖的核心目的是讓用戶便捷找到相應(yīng)的設(shè)備。這需要對產(chǎn)品功能主次關(guān)系、信息重要層級關(guān)系、目標(biāo)用戶群體使用習(xí)慣以及用戶偏好等進(jìn)行準(zhǔn)確把握，再利用信息框架進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。相當(dāng)多的HMI設(shè)計(jì)者在工作時(shí)往往只站在自身的立場，基于自己對用戶和交互的理解進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不是從用戶的角度出發(fā)，換一種思維方式為客戶考量。一個(gè)優(yōu)化的HMI設(shè)計(jì)會提升系統(tǒng)正常運(yùn)行品質(zhì)、節(jié)省開機(jī)、關(guān)機(jī)、過渡的時(shí)間、避免下載及錯(cuò)誤，節(jié)省費(fèi)用、減少培訓(xùn)時(shí)間，為使用者營造輕松的工作環(huán)境，為操作人員大大降低疲勞。一項(xiàng)研究顯示，在高精確度工程仿真器中測試，獲得ASM認(rèn)證的界面，與傳統(tǒng)的界面相比較，使用獲得認(rèn)證界面的操作人員的評價(jià)為：

（1）更快更連貫地識別錯(cuò)誤；

（2）比起傳統(tǒng)界面，發(fā)現(xiàn)問題速度提高35%～48%；

（3）成功處理問題的速率提高25%。

1.3 分組和匯總同類數(shù)據(jù)

一個(gè)良好的工業(yè)HIM界面不僅僅是圖形的排布，它還包含著復(fù)雜紛亂的數(shù)據(jù)顯示等元素。根據(jù)所處位置分組是最直接的方法。信息分組還有很多種方式：同樣形狀、尺寸或顏色；同一電路連接；同一盒子封裝，或用略暗的背景置于背后。屬于同一類的分組信息，幫助操作人員理解它們之間的重要連接。也從視覺上簡化屏幕，更便于操作人員歸納信息。

1.4 突出重要信息

關(guān)注某一列或只注意一組而忽略其他的信息，是環(huán)境意識中最常出現(xiàn)的錯(cuò)誤。HMI設(shè)計(jì)者可以通過突出關(guān)鍵的信息，把不太重要的信息設(shè)為與背景較一致來提高環(huán)境意識。

要先知道什么信息是最重要的，什么信息不太重要。HMI設(shè)計(jì)者對操作人員任務(wù)的研究，能幫助操作人員在正常及非正常情況下，確定相關(guān)數(shù)據(jù)的重要性。

1.5 提供信息，而不僅僅是數(shù)據(jù)

HMI不僅僅是提供數(shù)據(jù)，而是提供能讓操作人員快速做出判斷的信息，通過圖2可以了解天然氣燃燒的流量是否處于正常水平。

底層為沉積巖或結(jié)晶巖；沉積巖按石油鉆井技術(shù)體系考慮，結(jié)晶巖破碎帶、漏失帶等，強(qiáng)致斜巖石；孔底地層溫度約175℃，循環(huán)孔底溫度約100℃。

圖2 天然氣流量對比

1.6 簡潔化

一個(gè)良好的HMI設(shè)計(jì)，會讓用戶或者使用者更快的上手操作。不同的用戶幾乎有一個(gè)共同的特點(diǎn)和需求，那就是希望更安全、高效地達(dá)到他們的目的。如HMI中增加一個(gè)如圖3的加速和減速的按鈕，用以下C腳本實(shí)現(xiàn)：

圖3 增減速按鈕

一段簡單的代碼實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)擊“增加”按鈕，電機(jī)頻率增加1 Hz。點(diǎn)擊“減少”按鈕，電機(jī)頻率減少1 Hz。頻率改變的直接結(jié)果就是轉(zhuǎn)速的同比變化。在只需要微調(diào)速度的情況下，一次點(diǎn)擊即可實(shí)現(xiàn)該操作，安全和合理。

1.7 為操作行為提供安全邊界

任何工業(yè)的HMI設(shè)計(jì)都要把安全性放在第一位，浮法玻璃工藝對設(shè)備操作的安全要求尤為嚴(yán)格。在浮法玻璃工藝的設(shè)備控制系統(tǒng)中，主傳動是一個(gè)非常重要的設(shè)備，操作人員在調(diào)整主傳動速度的時(shí)候要非常注意，因?yàn)樯杂胁簧骶蜁斐伞皵喟濉M槽”等嚴(yán)重生產(chǎn)安全事故。要避免誤操作，就有必要對此設(shè)備的速度輸入框做主傳動的速度限制，也就是每次操作的安全邊界。如圖4所示。

圖4 WINCC輸入輸出域?qū)ο髮傩?/p>

這段代碼實(shí)現(xiàn)的功能是：在調(diào)整主傳動速度的時(shí)候，禁止主傳動的速度偏移量超過0.5 m/min。這樣的設(shè)置能有效避免誤操作，避免主傳動電機(jī)飛車而造成生產(chǎn)安全事故。

1.8 謹(jǐn)慎使用顏色、聲音、符號

如果在任意時(shí)刻，很多信息都需要操作人員去關(guān)注，那他就無法關(guān)注最重要的信息。提高信噪比，重要的信息就不會被埋沒。當(dāng)紅色用于報(bào)警時(shí)，同時(shí)也被用作是控制器/閥門狀態(tài)顯示的時(shí)候，需要花費(fèi)超過25%的時(shí)間尋找報(bào)警。

謹(jǐn)慎使用顏色，因?yàn)樗鼤蛊聊蛔兊酶鼜?fù)雜。要記住許多顏色及其意義，對操作人員來說是不現(xiàn)實(shí)的。要確保操作人員能夠區(qū)別最重要的元素，不僅僅是顏色，還有報(bào)警等。例如，給報(bào)警級別標(biāo)識不同的形狀和顏色。

1.9 保持一貫性

HMI界面的一致性原則主要是指在不同的系統(tǒng)之間及應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部具有相似的界面外觀、布局、人機(jī)交互方式及信息顯示格式等。

（2）同一設(shè)備用同一個(gè)名字；

（3）將屏幕上的各元素組合起來保持一致性。如保持導(dǎo)航條在右下角；

（4）動態(tài)數(shù)據(jù)的顯示要與說明性文本區(qū)別開來。如動態(tài)數(shù)據(jù)使用明顯的藍(lán)色；

（5）用一致的方式，顯示相類似的數(shù)值。如在小數(shù)位置顯示相同的數(shù)字，按小數(shù)點(diǎn)對齊排列成縱隊(duì)的數(shù)據(jù)更容易識別。

2 提供反饋

當(dāng)操作人員與系統(tǒng)信息交互，需要了解他所做的是否正確、有效。HMI設(shè)計(jì)人員可以建立檢查機(jī)制，簡化操作人員的工作。

（1）如果在屏幕上選中什么，就能指示出選了什么；

（2）如果開始著手某個(gè)行動，就指示出該行動正在執(zhí)行；

（3）重要數(shù)據(jù)需要設(shè)置二次確認(rèn)，證實(shí)所需進(jìn)行的操作，尤其很少被執(zhí)行以及會導(dǎo)致重大結(jié)果的操作，如速率和流量調(diào)整；

（4）輸入的數(shù)值在期待范圍以外。如當(dāng)期待數(shù)值為3.88時(shí)，一旦操作人員輸入388的時(shí)候，系統(tǒng)會拒絕執(zhí)行。

2.1 提供快速導(dǎo)航

在正常情況下，操作人員經(jīng)常需要在屏幕間快速切換。如一定要在幾個(gè)等級間切換，會浪費(fèi)一定的時(shí)間。圖5為來自ASM協(xié)會的快速導(dǎo)航圖。

圖5 快速導(dǎo)航

淺導(dǎo)航是在每個(gè)界面的同樣位置，安置一個(gè)按鈕。一個(gè)按鈕直接連接到縱覽界面，其他的直接跳轉(zhuǎn)到等級2界面。

“ASM高效操作者界面設(shè)計(jì)指導(dǎo)”推薦淺導(dǎo)航，所有的等級2界面都容易從HMI中獲得。在淺導(dǎo)航中，只需點(diǎn)擊三次鼠標(biāo)，就能從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)。

3 浮法玻璃工廠DCS系統(tǒng)HMI發(fā)展方向

隨著信息科技化的發(fā)展，在未來，為了能更好呈現(xiàn)設(shè)備和流程狀態(tài)，HMI不僅僅是為了實(shí)現(xiàn)控制和可視化，而是與整個(gè)流程的無縫對接，向用戶呈現(xiàn)一個(gè)栩栩如生的智能系統(tǒng)。同時(shí)操作簡易性、畫面顯示高精度也就成了HMI發(fā)展的重要因素之一。一個(gè)有競爭優(yōu)勢的HMI，必定是一個(gè)軟硬兼優(yōu)的結(jié)合體。對用戶來說，在HMI基礎(chǔ)上是需要根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行相應(yīng)開發(fā)和定義的。而穩(wěn)定的、體驗(yàn)佳、易上手、功能強(qiáng)的設(shè)計(jì)可以為HMI增彩。

4 結(jié)語

HMI是人與企業(yè)之間的橋梁，它也是建立完整的企業(yè)視覺形象的手段，它通過良好的操作體驗(yàn)和友好的界面為公司建立品牌形象，形成品牌語言，維護(hù)企業(yè)的競爭地位，促進(jìn)企業(yè)的成長及發(fā)展。