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      如何設計有效的HMI界面?

      發布日期:2022-04-17 點擊率:243

        在設計有效的控制臺操作HMI(人機界面)時,對ASM準則最常見的誤解和錯誤應用,就是過度強調顏色:簡單地將某種新的顏色,用于控制臺某個位置處的所有現存顯示畫面。一般稱之為HMI類似替換遷移工程(like-for-like HMI migration project)。有些人可能希望在這種僅僅是顏色類似替換的工程中,能夠將圖1所示的畫面轉換成圖2所示的畫面。典型情況下,如果分布式控制系統(DCS)的HMI,不是經過精心設計的、基于控制臺操作員操作深度的層級畫面顯示,那么它就是扁平化的DCS顯示系統。在該系統中,大部分顯示畫面,會被精確地設計為P&ID(管道和儀表圖)細節顯示。面對這樣的DCS顯示系統。控制臺操作人員一般會以圖3所示的方式來使用DCS屏幕,每個操作人員會根據自己的喜好,來選擇第3級設備顯示畫面以及報警匯總畫面。最好的情況是,如果開發人員在顏色選擇上正確的應用了ASM準則,并且遵循了良好的畫面顯示布局原則,那么遷移的DCS顯示系統也許具有滿足ASM要求的單個第3級顯示畫面,但是DCS的HMI并不滿足ASM要求。

        圖1 在進行HMI類似顏色替換工程之前的現有顯示畫面。

       

        ASM的要求是什么?

        在HMI設計中使用ASM導則,并不僅僅是將彩色轉換成灰度的設計,也不是僅在報警中使用顏色。實際上,ASM準則提倡有效的利用顏色,包括恰當的規定某些顯示背景,這些背景顏色在色調上,要比HMI庫中那些供應商提供的、聲稱滿足ASM準則的背景顏色要亮一些。但是,要設計出滿足ASM要求的HMI,還應遵循其它方面的要求,尤其是在顯示類型、顯示內容、瀏覽和交互等方面。這就要求注意其它的實施細節:

        圖2 遷移后的顯示畫面,使用了某些基本的布置原則。

       

        ■ 基于主要的操作步驟,設計顯示層次,以符合操作員的思維模式;

        ■ 設計與顯示層次一致的第2級控制和監視畫面,利用這些第2級畫面,可以完成日常操作 ;

        ■ 與主題專家一起,依據需求分析,識別第1、2、3、4級顯示內容,使得HMI能夠支持操作員工況認知、日常監視和控制操作、故障診斷活動以及異常工況管理。

        ■ 將先前的瀏覽策略改變成為基于重新設計的、基于層級的新方法,該方法利用簡單的屏幕瀏覽目標,滿足操作人員思維模型以及快速、無差錯的使用;

        ■ 取消應用于整個顯示內容的彈出式顯示畫面,取而代之以窗口管理技術,該技術可以將不同的顯示類型賦給特定區域,并可預設大小;

        ■ 提供第1級總覽顯示畫面的即時瀏覽,比如:KPI和趨勢概覽,第2級監視和控制顯示,面板,實時趨勢和報警匯總細節(圖4)等,而不是將整個HMI設計為單個屏幕、單個顯示系統(圖3);

        圖3 典型控制臺屏幕,利用了HMI類似替換遷移工程。

        圖4 圖中所示為遵循ASM的控制臺操作員HMI概念示意圖。

       

        本例中,通過鏈接導航模式,在提供操作畫面、面板、設備詳情、實時趨勢操作的同時,支持大圖工況認知。

        ASM準則并不僅僅是簡單的使用灰色背景和限制使用顏色。在最初的版本中,顏色要求僅僅是16個準則類目中的一個。ASM HMI導則的目的是設計一個操作人員HMI框架,可以支持操作人員認知以及有效的交互。第二版本(Bullemer & Reising, 2013)則將重點轉移到顯示層級,在操作員認知中的角色,以及作為操作員交互和瀏覽基礎方面的角色上面來。重點的轉移導致“顯示(display)”一詞從第二版的標題中被刪除掉,以強調控制臺操作員HMI設計的整體性和有效性。盡管ASM準則涉及到了單個顯示畫面的設計,但由于ASM準則要求使用多個顯示屏幕和交互設備,在同一個控制臺操作站上以不同的層次細節顯示多個畫面,因此HMI的整體設計框架得到了提升。

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