用戶界面

　　基本概念

　　人機(jī)界面：

　　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，輸入指的是由人來進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備的操作，如把手、開關(guān)、門、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)出來的通知，如故障、警告、操作說明提示等，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HCI，又稱用戶界面或使用者界面）：是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的互動(dòng)關(guān)系的學(xué)問。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的部分。用戶通過人機(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。或者從更廣泛的角度理解：人機(jī)交互是指人與含有計(jì)算機(jī)的機(jī)器的交互。具體來說，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)過程包括幾個(gè)子過程：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，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)開發(fā)過程中要不斷征求用戶的意見，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)的用戶參與開發(fā)，這樣開發(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、字體與國家、國際或行業(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題的運(yùn)行人員來說，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)過程

　　人機(jī)界面的設(shè)計(jì)過程可分為以下幾個(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)的語法和語義信息?？傊?，只有了解用戶、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)；另一種是通過研究系統(tǒng)的需求規(guī)格說明，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)間過長(zhǎng)是交互式系統(tǒng)中用戶抱怨最多的問題，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)，若再輔以聽覺（鈴聲）、視覺（專用顏色）刺激，則效果更佳；命令方式最好是菜單與鍵盤命令并存，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)

　　中國人機(jī)界面市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　中國是全球人機(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)，這說明，低端人機(jī)界面用戶在中國占有很大的份額。近些年來民族品牌的迅速發(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)，也開始使用人機(jī)界面了，這說明人機(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)，并通過視覺和觸摸的效果，帶給客戶更直觀的感受。

　　人機(jī)界面未來的發(fā)展趨勢(shì)

　　有些機(jī)械行業(yè)，比如說機(jī)床、紡織機(jī)械、電子設(shè)備等行業(yè)，在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展有幾十年的歷史了，相對(duì)來說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，從而帶來工控機(jī)核心技術(shù)的一次次變革。總體來講，人機(jī)界面的未來發(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)界面無響應(yīng)，按觸摸任何部位都無響應(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)。