智能焊裝車間的大屏數(shù)據(jù)信息可視化設(shè)計(jì)

王希 郝雨婷 鄧堯

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)技術(shù)和5G技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)可視化逐漸成為數(shù)據(jù)智能發(fā)展的重要方向。我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)逐步向智能化發(fā)展，從傳統(tǒng)的工業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向智能的電子數(shù)據(jù)。在制造業(yè)領(lǐng)域，大屏數(shù)據(jù)可視化能夠有效提高生產(chǎn)效率。文章以智能焊裝車間為載體，完成大屏數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)，通過研究相關(guān)理論及技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)可視化。

關(guān)鍵詞：智能焊裝車間;數(shù)據(jù)信息;可視化;大屏交互

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2022）03-00-03

1 研究背景

數(shù)據(jù)可視化的價(jià)值在醫(yī)療行業(yè)和公安系統(tǒng)已逐步展現(xiàn)，由于工業(yè)數(shù)據(jù)的種類繁雜，各類數(shù)據(jù)所使用的結(jié)構(gòu)不同，其在制造業(yè)領(lǐng)域的發(fā)揮缺乏系統(tǒng)性。數(shù)據(jù)大屏的根本即數(shù)據(jù)可視化，數(shù)據(jù)可視化是借助可視化的形式如圖表等，轉(zhuǎn)換復(fù)雜多樣且抽象的數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式與傳播方式，讓用戶快速直接讀取信息，讓管理者或決策者能夠借助數(shù)據(jù)大屏作出有效決策[1]。大屏數(shù)據(jù)可視化以大屏為主要展示載體，有面積大、可容納信息多的特點(diǎn)，以大屏共享的方式，幫助業(yè)務(wù)人員和企業(yè)更好地討論與決策[2]。同時(shí)，它并不意味著會(huì)將車間涉及的每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都以可視化的形式展現(xiàn)出來，在挖掘和分析數(shù)據(jù)的過程中，要高效篩選數(shù)據(jù)，以大屏共享的方式，根據(jù)企業(yè)與項(xiàng)目實(shí)際情況與場(chǎng)景選取、展示[3]。

2 研究現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)可視化的概念最早源于美國學(xué)者朱莉-斯蒂的《美麗的視覺可視化》，該書詳細(xì)介紹相關(guān)項(xiàng)目，闡明了數(shù)據(jù)可視化的功能價(jià)值和藝術(shù)之美。英國學(xué)者羅伯特-斯本斯以清晰的邏輯介紹了可視化的概念及作用，介紹可視化設(shè)計(jì)在不同場(chǎng)景中的應(yīng)用。任磊[4]從可視化相關(guān)概念、基礎(chǔ)理論、人機(jī)交互技術(shù)研究等方面闡明數(shù)據(jù)可視化的實(shí)際應(yīng)用已有了良好的基礎(chǔ)。王斌[5]認(rèn)為大數(shù)據(jù)支持的新聞報(bào)道從關(guān)注社會(huì)表層現(xiàn)實(shí)到發(fā)掘社會(huì)深層現(xiàn)實(shí)，有助于媒體建立起新聞報(bào)道的透明性。肖建力[6]提出將數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)應(yīng)用于教育行業(yè)，利用教育大數(shù)據(jù)可視化提高教育質(zhì)量;楊晨[7]多角度地展現(xiàn)國內(nèi)疫情發(fā)展情況及趨勢(shì)，方便國家及人民了解疫情狀況。彭玲闡[8]明了在地理區(qū)域方面，智慧城市關(guān)于智慧交通的數(shù)據(jù)可視化研究，也有了成熟的趨勢(shì)。

3 業(yè)務(wù)調(diào)研

大屏數(shù)據(jù)可視化不能隨意設(shè)計(jì)，它需要符合一定的原則：設(shè)計(jì)服務(wù)需求、先總覽后細(xì)節(jié)。第一，設(shè)計(jì)服務(wù)需求。在已有認(rèn)知里，大屏是炫酷的，正因如此，不能為了炫酷而設(shè)計(jì)，要避免為了展示而展示，大屏設(shè)計(jì)中的背景顏色、組件元素、排版布局等都應(yīng)符合業(yè)務(wù)場(chǎng)景的需求，所以大屏可視化設(shè)計(jì)的第一步應(yīng)是了解其充分的業(yè)務(wù)需求。業(yè)務(wù)需求就是某企業(yè)或個(gè)人要求解決的問題或應(yīng)達(dá)成的目標(biāo)。第二，先總覽后細(xì)節(jié)。大屏面積廣，可展示內(nèi)容多，但這不意味著關(guān)于業(yè)務(wù)的所有數(shù)據(jù)信息都要在大屏中展示，這樣容易讓觀察者疲憊，捕捉不到有效信息，大屏也就失去了意義與價(jià)值。所以大屏信息呈現(xiàn)要有主次，有明確焦點(diǎn)。

本次設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)背景是針對(duì)公司智能焊裝車間的具體業(yè)務(wù)情況和用戶需求進(jìn)行統(tǒng)一整合與篩選，以數(shù)據(jù)可視化的形式使用拼接大屏展示，以實(shí)時(shí)掌握車間運(yùn)作情況、物料倉儲(chǔ)情況、設(shè)備狀態(tài)、人員狀態(tài)等。依據(jù)業(yè)務(wù)背景和目的，總結(jié)出其用戶場(chǎng)景，公司領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人、工作人員可通過大屏實(shí)時(shí)掌握工作進(jìn)度和解決突發(fā)問題，從而繪制出用戶的基本行為路徑。

4 場(chǎng)地與設(shè)備考察

大屏環(huán)境考察是對(duì)大屏所處環(huán)境的調(diào)研，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)流程至關(guān)重要。通過企業(yè)大屏現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境考察可知，大屏由12塊（3×4）液晶顯示屏拼接而成，現(xiàn)場(chǎng)有兩個(gè)投屏電腦和DVI矩陣轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)終端和移動(dòng)端間的切換[9]。

大屏硬件設(shè)備是設(shè)計(jì)展示的必要前提，目前市場(chǎng)上較常用的有LED屏、拼接屏。在明確項(xiàng)目場(chǎng)地使用設(shè)備型號(hào)后，要針對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)及分辨率，整理設(shè)計(jì)注意點(diǎn)。拼接屏的優(yōu)點(diǎn)有分辨率高、色彩豐富、穩(wěn)定耐用、拼接顯示功能強(qiáng)大、支持多臺(tái)電腦同時(shí)顯示、基本無售后，其缺點(diǎn)是有屏縫、不防水。設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)建如圖1所示。

5 人員與座位分析

通過調(diào)研，還原場(chǎng)地人員分布情況，確定核心用戶。公司領(lǐng)導(dǎo)層、業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人主要關(guān)注核心指標(biāo)，如設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)狀態(tài)等[10]。大屏前方有一地臺(tái)，用于每月的任務(wù)匯報(bào)人講演。核心用戶是領(lǐng)導(dǎo)人員和業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人，坐于座位的前兩排，他們通過全局觀看，掌握核心指標(biāo)，了解生產(chǎn)進(jìn)度，發(fā)現(xiàn)車間問題。工作人員坐于座位的后兩排，根據(jù)上層的任務(wù)，確定工作內(nèi)容，及時(shí)處理問題。

大屏由55寸液晶4K顯示屏拼接而成，顯示器長(zhǎng)度約為116cm，寬約53cm?？紤]到大屏的反光區(qū)域，要適當(dāng)保留一些防遮擋預(yù)留高度，大屏距離地面72cm。通過視覺測(cè)試，可得出眼睛視線高度為125cm。

6 內(nèi)容分析與布局構(gòu)建

內(nèi)容分析階段需要將繁雜的數(shù)據(jù)整理出來并仔細(xì)謹(jǐn)慎地篩選。

智能焊裝車間的核心是產(chǎn)品質(zhì)量。影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素可分為人、機(jī)、料、法、環(huán)。人主要指人員身份信息、崗位情況、勞動(dòng)工時(shí)、作業(yè)質(zhì)量等。機(jī)主要指設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備報(bào)警信息、設(shè)備故障信息等。料主要指物料來源、物料倉儲(chǔ)情況等。法主要指生產(chǎn)任務(wù)完成情況、生產(chǎn)狀態(tài)生產(chǎn)質(zhì)量等。針對(duì)以上因素，可大致將大屏分為車間實(shí)時(shí)監(jiān)控主屏、物料管理屏、設(shè)備管理屏、生產(chǎn)管理屏、人員管理屏。

篩選好數(shù)據(jù)信息后可以進(jìn)行故事線設(shè)計(jì)。大屏展示的內(nèi)容動(dòng)線是用戶第一感知，即考慮給用戶講述一個(gè)怎樣的故事，需要結(jié)合業(yè)務(wù)訴求來劃分。通用結(jié)構(gòu)為先總后細(xì)，即體現(xiàn)核心鏈路，再描述細(xì)節(jié)。

設(shè)計(jì)好故事線后，接下來是布局框架，結(jié)合柵格化，將主要信息放在中間區(qū)域，次要信息放在兩側(cè)。主要信息為車間監(jiān)控、生產(chǎn)項(xiàng)目信息，次要信息為物料信息、設(shè)備信息、人員信息。并根據(jù)故事線中的內(nèi)容數(shù)據(jù)選取模型，構(gòu)建合適的數(shù)據(jù)圖表，數(shù)據(jù)可視化模型是將可視化數(shù)據(jù)具有的屬性特征映射在幾何空間中的關(guān)鍵要素，其主要分為三部分：可視化結(jié)構(gòu)映射、可視化空間布局、可視化視圖映射。圖表是整個(gè)大屏視覺高光呈現(xiàn)點(diǎn)，可以促使用戶更快更直觀地了解數(shù)據(jù)信息，通常包括基礎(chǔ)圖表和混合圖表。基礎(chǔ)圖表主要有比較類、占比類、區(qū)間類、關(guān)聯(lián)類、趨勢(shì)類、時(shí)間類、地圖類等。混合圖表是指多個(gè)基礎(chǔ)圖表呈相互關(guān)聯(lián)形態(tài)。分析框架如圖2所示。

7 風(fēng)格定義與呈現(xiàn)

視覺元素在數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)當(dāng)中扮演著重要角色，影響著可視化設(shè)計(jì)作品的質(zhì)量。選擇圖表時(shí)，要注重其視覺層次。由于人類對(duì)于圖形的記憶效率高于文字記憶，視覺在人腦中起主導(dǎo)作用。視覺元素可以分為三類：文字、圖形、色彩。

運(yùn)用情緒版（Mood Board）工具拼貼一系列圖像、文字、樣品，以表達(dá)設(shè)計(jì)定義和方向的設(shè)計(jì)方法論。調(diào)研原生關(guān)鍵詞—腦暴衍生關(guān)鍵詞—搜索圖片樣式—提取情緒版—定義視覺風(fēng)格。前期調(diào)研原生關(guān)鍵詞為“高科技、超炫酷、多質(zhì)感、探索性”，衍生關(guān)鍵詞為“潮流色、流動(dòng)性、藝術(shù)感、神秘性”，從而提取情緒版為科技、沉穩(wěn)、藝術(shù)、活潑。

大屏數(shù)據(jù)可視化最終目的是數(shù)據(jù)提取，智能焊裝車間大屏最注重整個(gè)車間的工作效率，而并非花里胡哨的炫酷大屏。應(yīng)以文字易讀為第一原則，避免夸張、美感設(shè)計(jì)，藝術(shù)字體不可取，字體應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)潔、端正。智能焊裝車間的整體文字采取系統(tǒng)默認(rèn)的微軟黑體即可。

可視化大屏通過顏色來渲染氣氛。多搭配組合色調(diào)、明度差異較大的顏色，在數(shù)據(jù)圖表里，多采用冷暖色、互補(bǔ)色，以產(chǎn)生強(qiáng)烈對(duì)比，突出重點(diǎn)信息[11]。設(shè)計(jì)呈現(xiàn)如圖3所示。

8 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，數(shù)據(jù)背后的信息通過數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)出來，不僅可以讓人們獲得有效信息，還能產(chǎn)生一定的視覺藝術(shù)效果。可視化設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)與藝術(shù)的相互交融，它有效地結(jié)合了兩個(gè)方面，即信息探索和藝術(shù)。在現(xiàn)有的視覺感官的基礎(chǔ)上去接受不一樣的信息可視化，揭示了數(shù)據(jù)的真正價(jià)值。今日今時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)與藝術(shù)文化不斷對(duì)話，不斷碰撞，所產(chǎn)生的火花是令人驚羨的，人們不再僅驚羨大屏的炫酷，更贊賞其具有的價(jià)值。未來，數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)將朝著滿足需求和交互審美的方向發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：王希（1992—），女，安徽銅陵人，碩士，講師，研究方向：信息可視化藝術(shù)設(shè)計(jì)、人機(jī)交互與智能制造融合創(chuàng)新。

郝雨婷（1999—），女，江蘇南通人，本科在讀，研究方向：信息可視化藝術(shù)設(shè)計(jì)。

鄧堯（2000—），女，山西大同人，本科在讀，研究方向：信息可視化藝術(shù)設(shè)計(jì)。

基金項(xiàng)目：本論文為2020年南京郵電大學(xué)教學(xué)改革研究一般項(xiàng)目“信息可視化藝術(shù)設(shè)計(jì)特色教材建設(shè)”研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：JG00820JX26;2020年南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院教學(xué)改革研究一般項(xiàng)目“信息文科背景下廣告學(xué)設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐育人模式構(gòu)建”研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：JG30120004