用戶界面

　　基本概念

　　人機界面：

　　人機界面是指人和機器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領域或稱界面所說人機結合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機器的硬接觸和軟觸，此結合面不僅包括點線面的直接接觸，還包括遠距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機結合面是人機系統(tǒng)中的中心一環(huán)節(jié)，主要由安全工程學的分支學科安全人機工程學去研究和提出解決的依據(jù)，并過安全工程設備工程學，安全管理工程學以及安全系統(tǒng)工程學去研究具體的解決方法手段措施安全人機學。它實現(xiàn)信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。凡參與人機信息交流的領域都存在著人機界面。大量運用在工業(yè)與商業(yè)上，簡單的區(qū)分為“輸入”（Input）與“輸出”（Output）兩種，輸入指的是由人來進行機械或設備的操作，如把手、開關、門、指令（命令）的下達或保養(yǎng)維護等，而輸出指的是由機械或設備發(fā)出來的通知，如故障、警告、操作說明提示等，好的人機接口會幫助使用者更簡單、更正確、更迅速的操作機械，也能使機械發(fā)揮最大的效能并延長使用壽命，而市面上所指的人機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)的人機界面可能有特定的定義和分類，比如工業(yè)人機界面（Industrial Human-machine Interface或簡稱Industrial HMI）。

　　人機交互：

　　人機交互、人機互動（Human-Computer Interface，簡寫HCI，又稱用戶界面或使用者界面）：是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的互動關系的學問。系統(tǒng)可以是各種各樣的機器，也可以是計算機化的系統(tǒng)和軟件。人機交互界面通常是指用戶可見的部分。用戶通過人機交互界面與系統(tǒng)交流，并進行操作。小如收音機的播放按鍵，大至飛機上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。

　　人機交互（Human-Computer Interaction，簡寫HCI）：是研究關于設計、評價和實現(xiàn)供人們使用的交互計算系統(tǒng)以及有關這些現(xiàn)象進行研究的科學。

　　人機交互與人機界面是兩個有著緊密聯(lián)系而又不盡相同的概念。

　　人機交互與人機界面的關系：

　　人機交互是指人與機器的交互，本質上是人與計算機的交互?；蛘邚母鼜V泛的角度理解：人機交互是指人與含有計算機的機器的交互。具體來說，人機交互用戶與含有計算機機器之間的雙向通信，以一定的符號和動作來實現(xiàn)，如擊鍵，移動鼠標，顯示屏幕上的符號/圖形等。這個過程包括幾個子過程：識別交互對象-理解交互對象-把握對象情態(tài)-信息適應與反饋等；而人機界面是指用戶與含有計算機的機器系統(tǒng)之間的通信媒體或手段，是人機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)是有關的支持軟件和硬件，如帶有鼠標的圖形顯示終端等。

　　交互是人與機-環(huán)境作用關系/狀況的一種描述。界面是人與機-環(huán)境發(fā)生交互關系的具體表達形式。交互是實現(xiàn)信息傳達的情境刻畫，而界面是實現(xiàn)交互的手段。在交互設計子系統(tǒng)中，交互是內容/靈魂，界面是形式/肉體；然而在大的產品設計系統(tǒng)中，交互和界面，都只是解決人機關系的一種手段，不是最終目的，其最終目的是解決和滿足人的需求。

　　交互設計是從屬于產品系統(tǒng)的，是對成功的產品設計的一種強有力的支持與完善。

　　如果利用系統(tǒng)論的觀點，交互設計是從屬于產品設計系統(tǒng)的子系統(tǒng)。

　　設計原則

　　人機界面設計應該考慮以下原則。

　　1、以用戶為中心的基本設計原則

　　在系統(tǒng)的設計過程中，設計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 設計決策要結合用戶的工作和應用環(huán)境，必須理解用戶對系統(tǒng)的要求。最好的方法就是讓真實的用戶參與開發(fā)，這樣開發(fā)人員就能正確地了解 用戶的需求和目標，系統(tǒng)就會更加成功。

　　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，由大到小，由上層到下層等）與控制工藝流程等設計監(jiān)控管理和人機對話主界面及 其二級界面。

　　3、功能原則

　　即按照對象應用環(huán)境及場合具體使用功能要求，各種子系統(tǒng)控制類型、不同管理對象的同一界面并行處理要求和多項對話交互的同時性要求 等，設計分功能區(qū)分多級菜單、分層提示信息和多項對話欄并舉的窗口等的人機交互界面，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，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)通用標準相一致。另一方面界面顏色、 形狀、字體自成一體，不同設備及其相同設計狀態(tài)的顏色應保持一致。界面細節(jié)美工設計的一致性使運行人員看界面時感到舒適，從而不分散 他的注意力。對于新運行人員，或緊急情況下處理問題的運行人員來說，一致性還能減少他們的操作失誤。

　　5、頻率原則

　　即按照管理對象的對話交互頻率高低設計人機界面的層次順序和對話窗口萊單的顯示位置等，提高監(jiān)控和訪問對話頻率。

　　6、重要性原則

　　即按照管理對象在控制系統(tǒng)中的重要性和全局性水平，設計人機界面的主次菜單和對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，實施好控制決策的順序，實現(xiàn)最優(yōu)調度和管理。

　　7、面向對象原則

　　即按照操作人員的身份特征和工作性質，設計與之相適應和友好的人機界面。根據(jù)其工作需要，宜以彈出式窗口顯示提示、引導和幫助信息 ，從而提高用戶的交互水平和效率。

　　人機交互界面，無論是面向現(xiàn)場控制器還是面向上位監(jiān)控管理，兩者是有密切內在聯(lián)系的，他們監(jiān)控和管理的現(xiàn)場設各對象是相同的，因此 許多現(xiàn)場設備參數(shù)在他們之間是共享和相互傳遞的。人機界面的標準化設計應是未來的發(fā)展方向，因為它確實體現(xiàn)了易憧、簡單、實用的基木 原則，充分表達了以人為本的設計理念。各種工控組態(tài)軟件和編程工具為制作精美的人機交互界面提供了強大的支持手段，系統(tǒng)越大越復雜越 能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

　　設計過程

　　人機界面的設計過程可分為以下幾個步驟：

　　1、創(chuàng)建系統(tǒng)功能的外部模型設計模型主要是考慮軟件的數(shù)據(jù)結構、總體結構和過程性描述，界面設計一般只作為附屬品，只有對用戶的情況（包括年齡、性別、心理情況、文化程度、個性、種族背景等）有所了解，才能設計出有效的用戶界面；根據(jù)終端用戶對未來系統(tǒng)的假想(簡稱系統(tǒng)假想）設計用戶模型，最終使之與系統(tǒng)實現(xiàn)后得到的系統(tǒng)映象（系統(tǒng)的外部特征）相吻合，用戶才能對系統(tǒng)感到滿意并能有效的使用它；建立用戶模型時要充分考慮系統(tǒng)假想給出的信息，系統(tǒng)映象必須準確地反映系統(tǒng)的語法和語義信息?？傊?，只有了解用戶、了解任務才能設計出好的人機界面。

　　2、確定為完成此系統(tǒng)功能人和計算機應分別完成的任務

　　任務分析有兩種途徑。一種是從實際出發(fā)，通過對原有處于手工或半手工狀態(tài)下的應用系統(tǒng)的剖析，將其映射為在人機界面上執(zhí)行的一組類似的任務；另一種是通過研究系統(tǒng)的需求規(guī)格說明，導出一組與用戶模型和系統(tǒng)假想相協(xié)調的用戶任務。

　　逐步求精和面向對象分析等技術同樣適用于任務分析。逐步求精技術可把任務不斷劃分為子任務，直至對每個任務的要求都十分清楚；而采用面向對象分析技術可識別出與應用有關的所有客觀的對象以及與對象關聯(lián)的動作。

　　3、考慮界面設計中的典型問題

　　設計任何一個機界面，一般必須考慮系統(tǒng)響應時間、用戶求助機制、錯誤信息處理和命令方式四個方面。系統(tǒng)響應時間過長是交互式系統(tǒng)中用戶抱怨最多的問題，除了響應時間的絕對長短外，用戶對不同命令在響應時間上的差別亦很在意，若過于懸殊用戶將難以接受；用戶求助機制宜采用集成式，避免疊加式系統(tǒng)導致用戶求助某項指南而不得不瀏覽大量無關信息；錯誤和警告信息必須選用用戶明了、含義準確的術語描述，同時還應盡可能提供一些有關錯誤恢復的建議。此外，顯示出錯信息時，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工具構造界面原型，并真正實現(xiàn)設計模型軟件模型一旦確定，即可構造一個軟件原形，此時僅有用戶界面部分，此原形交用戶評審，根據(jù)反饋意見修改后再交給用戶評審，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)成的模塊或對象創(chuàng)建各種界面基本成分的工作。

　　5、在人機界面分析設計中所要考慮的人文因素主要包括以下內容：

　　1）人機匹配性：用戶是人，計算機系統(tǒng)作為人完成任務的工具，應該使計算機和人組成的人機系統(tǒng)很好地匹配工作；如果有矛盾，應該讓計算機去適應人，而不是人去適應計算機；

　　2）人的固有技能：作為計算機用戶的人具有許多固有的技能。對這些能力的分析和綜合，有助于對用戶所能勝任的，處理人機界面的復雜程度，以及用戶能從界面獲得多少知識和幫助，以及所化費的時間做出估計或判斷；

　　3）人的固有弱點：人具有遺忘、易出錯、注意力不集中、情緒不穩(wěn)定等固有弱點。設計良好的人機界面應盡可能減少用戶操作使用時的記憶量，應力求避免可能發(fā)生的錯誤；

　　4）用戶的知識經(jīng)驗和受教育程度：使用計算機用戶的受教育程度，決定了他對計算機系統(tǒng)的知識經(jīng)驗；

　　5）用戶對系統(tǒng)的期望和態(tài)度。

　　使用方法

　　明確監(jiān)控任務要求，選擇適合的HMI產品；

　　在PC機上用畫面組態(tài)軟件編輯“工程文件”；

　　測試并保存已編輯好的“工程文件” ；

　　PC機連接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），實現(xiàn)人機交互。

　　發(fā)展趨勢

　　中國人機界面市場的發(fā)展現(xiàn)狀

　　中國是全球人機界面需求量最大的市場，但卻不是全球人機界面產品銷售額最高的市場，這說明，低端人機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，采取低價格等策略，正在大舉進攻低端市場，在國內已經(jīng)占據(jù)了低端市場的優(yōu)勢地位，贏得了廣大用戶的認可。國際品牌也在逐漸研發(fā)其經(jīng)濟型產品，以搶占低端市場的份額。因此，由于在低端市場的穩(wěn)扎穩(wěn)打，國內的人機界面廠商整體業(yè)績呈現(xiàn)出快速增長的狀態(tài)。

　　人機界面不再是單純的顯示和控制

　　國內的自動化產業(yè)，一些原本不用人機界面的行業(yè)，也開始使用人機界面了，這說明人機界面已經(jīng)成為客戶體驗的不可缺少的一部分，人機界面的用戶界面能更好地反映出設備和流程的狀態(tài)，并通過視覺和觸摸的效果，帶給客戶更直觀的感受。

　　人機界面未來的發(fā)展趨勢

　　有些機械行業(yè)，比如說機床、紡織機械、電子設備等行業(yè)，在國內已經(jīng)發(fā)展有幾十年的歷史了，相對來說屬于比較成熟的行業(yè)，從長遠看，這些行業(yè)還存在著設備升級換代的需求。在這個升級換代的過程中，確實會有一些小的、一直使用比較低端產品的廠家被淘汰掉，但也有很多企業(yè)在設備更新過程中，將需求重新定位，去尋找那些能夠符合他們發(fā)展計劃，幫助他們提高自身生產力的設備供應商。

　　鑒于這種需求，以后人機界面的改變，將在形狀上、觀念上、應用場合等方面都有所改變，從而帶來工控機核心技術的一次次變革。總體來講，人機界面的未來發(fā)展趨勢是六個現(xiàn)代化：平臺嵌入化、品牌民族化、設備智能化、界面時尚化、通訊網(wǎng)絡化和節(jié)能環(huán)保化。

　　故障處理

　　一、人機界面無響應，按觸摸任何部位都無響應。

　　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，然后檢查串口及中斷號是否有沖突，如果是由于沖突引起的，那么應調整資源，避開沖突。

　　其次，檢查人機界面表面是否出現(xiàn)裂縫，如發(fā)現(xiàn)有裂縫應及時更換。此外，還需要檢查人機界面表面是否有塵垢，若有，用軟布進行清除。觀察檢查控制盒上的指示燈是否工作正常，正常時，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界面，先替換控制盒，再替換觸摸屏，最后替換主機。

　　二、人機界面正常但電腦不能操作。一臺人機界面，經(jīng)試驗其本身一切正常，但接上主機后，電腦不能操作。

　　處理方法：對于這種情況，原因有二。其一，可能是人機界面驅動程序版本過低，需要安裝最新的驅動程序。其二，可能是在主機啟動裝載人機界面驅動程序之前，人機界面控制卡接收到操作信號，只需重新斷電后，再啟動計算機即可。

　　三、觸摸不準。一臺表面聲波人機界面，用手指觸摸顯示器屏幕的部位不能正常地完成對應的操作。

　　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；第二種可能是聲波人機界面在使用一段時間后，屏四周的反射條紋上面被灰塵覆蓋，可用一塊干的軟布進行擦拭，然后斷電、重新啟動計算機并重新校準。