人机

人机界面(human-computer interface)，又称用户界面、人机交互、人机接口等，是人与机器之间传递、交换信息的媒介．是用户使用计算机系统的综合操作环境。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。在商品竞争中，一个应用系统的成功与否在某种程度上也取决于用户使用界面的感受好坏，因此，人机界面的在应用系统的设计中有着重要的作用。 人机界面： 人机界面是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。人机结合面是人机系统中的中心一环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。现在大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Output）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命，而目前市面上所指的人机接口则多界狭义的指在软件人性化的操作接口上。 特定行业的人机界面可能有特定的定义和分类，比如工业人机界面（Industrial Human-machine Interface或简称Industrial HMI）。 人机交互： 人机交互、人机互动（Human-Computer Interface，简写HCI，又称用户界面或使用者界面）：是一门研究系统与用户之间的互动关系的学问。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。小如收音机的播放按键，大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。 人机交互（Human-Computer Interaction，简写HCI）：是研究关于设计、评价和实现供人们使用的交互计算系统以及有关这些现象进行研究的科学。 人机交互与人机界面是两个有着紧密联系而又不尽相同的概念。 人机交互与人机界面的关系： 人机交互是指人与机器的交互，本质上是人与计算机的交互。或者从更广泛的角度理解：人机交互是指人与含有计算机的机器的交互。具体来说，人机交互用户与含有计算机机器之间的双向通信，以一定的符号和 液晶屏被用作人机界面显示器 动作来实现，如击键，移动鼠标，显示屏幕上的符号/图形等。这个过程包括几个子过程：识别交互对象-理解交互对象-把握对象情态-信息适应与反馈等；而人机界面是指用户与含有计算机的机器系统之间的通信媒体或手段，是人机双向信息交互的支持软件和硬件。这里界面定义为通信的媒体或手段，它的物化体现是有关的支持软件和硬件，如带有鼠标的图形显示终端等。 交互是人与机-环境作用关系/状况的一种描述。界面是人与机-环境发生交互关系的具体表达形式。交互是实现信息传达的情境刻画，而界面是实现交互的手段。在交互设计子系统中，交互是内容/灵魂，界面是形式/肉体；然而在大的产品设计系统中，交互和界面，都只是解决人机关系的一种手段，不是最终目的，其最终目的是解决和满足人的需求。 交互设计是从属于产品系统的，是对成功的产品设计的一种强有力的支持与完善。 如果利用系统论的观点，交互设计是从属于产品设计系统的子系统。 设计原则 并且发布一些控制信息来指导现场系统的运行。因此，他们对人机界面的直观性和友好性要求较高，人机界面设计应该考虑以下原则。[1] 1、以用户为中心的基本设计原则 在系统的设计过程中，设计人员要抓住用户的特征，发现用户的需求。在系统整个开发过程中要不断征求用户的意见，向用户咨询。系统的 设计决策要结合用户的工作和应用环境，必须理解用户对系统的要求。最好的方法就是让真实的用户参与开发，这样开发人员就能正确地了解 用户的需求和目标，系统就会更加成功。 2、顺序原则 即按照处理事件顺序、访问查看顺序（如由整体到单项，由大到小，由上层到下层等）与控制工艺流程等设计监控管理和人机对话主界面及 其二级界面。 3、功能原则 即按照对象应用环境及场合具体使用功能要求，各种子系统控制类型、不同管理对象的同一界面并行处理要求和多项对话交互的同时性要求 等，设计分功能区分多级菜单、分层提示信息和多项对话栏并举的窗口等的人机交互界面，从而使用户易于分辨和掌握交互界面的使用规律和 特点，提高其友好性和易操作性。 4、一致性原则 包括色彩的一致，操作区域一致，文字的一致。即一方面界面颜色、形状、字体与国家、国际或行业通用相一致。另一方面界面颜色、 形状、字体自成一体，不同设备及其相同设计状态的颜色应保持一致。界面细节美工设计的一致性使运行人员看界面时感到舒适，从而不分散 他的注意力。对于新运行人员，或紧急情况下处理问题的运行人员来说，一致性还能减少他们的操作失误。 5、频率原则 即按照管理对象的对话交互频率高低设计人机界面的层次顺序和对话窗口莱单的显示位置等，提高监控和访问对话频率。 6、重要性原则 即按照管理对象在控制系统中的重要性和全局性水平，设计人机界面的主次菜单和对话窗口的位置和突显性，从而有助于管理人员把握好控 制系统的主次，实施好控制决策的顺序，实现最优调度和管理。 7、面向对象原则 即按照操作人员的身份特征和工作性质，设计与之相适应和友好的人机界面。根据其工作需要，宜以弹出式窗口显示提示、引导和帮助信息 ，从而提高用户的交互水平和效率。 人机交互界面，无论是面向现场控制器还是面向上位监控管理，两者是有密切内在联系的，他们监控和管理的现场设各对象是相同的，因此 许多现场设备参数在他们之间是共享和相互传递的。人机界面的标准化设计应是未来的发展方向，因为它确实体现了易憧、简单、实用的基木 原则，充分表达了以人为本的设计理念。各种工控组态软件和编程工具为制作精美的人机交互界面提供了强大的支持手段，系统越大越复杂越 能体现其优越性。 设计过程 人机界面的设计过程可分为以下几个步骤： 1、创建系统功能的外部模型设计模型主要是考虑软件的数据结构、总体结构和过程性描述，界面设计一般只作为附属品，只有对用户的情况（包括年龄、性别、心理情况、文化程度、个性、种族背景等）有所了解，才能设计出有效的用户界面；根据终端用户对未来系统的假想(简称系统假想）设计用户模型，最终使之与系统实现后得到的系统映象（系统的外部特征）相吻合，用户才能对系统感到满意并能有效的使用它；建立用户模型时要充分考虑系统假想给出的信息，系统映象必须准确地反映系统的语法和语义信息。总之，只有了解用户、了解任务才能设计出好的人机界面。 2、确定为完成此系统功能人和计算机应分别完成的任务 任务分析有两种途径。一种是从实际出发，通过对原有处于手工或半手工状态下的应用系统的剖析，将其映射为在人机界面上执行的一组类似的任务；另一种是通过研究系统的需求规格说明，导出一组与用户模型和系统假想相协调的用户任务。 逐步求精和面向对象分析等技术同样适用于任务分析。逐步求精技术可把任务不断划分为子任务，直至对每个任务的要求都十分清楚；而采用面向对象分析技术可识别出与应用有关的所有客观的对象以及与对象关联的动作。 3、考虑界面设计中的典型问题 设计任何一个机界面，一般必须考虑系统响应时间、用户求助机制、错误信息处理和命令方式四个方面。系统响应时间过长是交互式系统中用户抱怨最多的问题，除了响应时间的绝对长短外，用户对不同命令在响应时间上的差别亦很在意，若过于悬殊用户将难以接受；用户求助机制宜采用集成式，避免叠加式系统导致用户求助某项指南而不得不浏览大量无关信息；错误和警告信息必须选用用户明了、含义准确的术语描述，同时还应尽可能提供一些有关错误恢复的建议。此外，显示出错信息时，若再辅以听觉（铃声）、视觉（专用颜色）刺激，则效果更佳；命令方式最好是菜单与键盘命令并存，供用户选用。 4、借助CASE工具构造界面原型，并真正实现设计模型软件模型一旦确定，即可构造一个软件原形，此时仅有用户界面部分，此原形交用户评审，根据反馈意见修改后再交给用户评审，直至与用户模型和系统假想一致为止。一般可借助于用户界面工具箱(Userinterfacetoolkits）或用户界面开发系统（Userinterfacedevelopmentsystems）提供的现成的模块或对象创建各种界面基本成分的工作。 5、在人机界面分析设计中所要考虑的人文因素主要包括以下内容： 1）人机匹配性：用户是人，计算机系统作为人完成任务的工具，应该使计算机和人组成的人机系统很好地匹配工作；如果有矛盾，应该让计算机去适应人，而不是人去适应计算机； 2）人的固有技能：作为计算机用户的人具有许多固有的技能。对这些能力的分析和综合，有助于对用户所能胜任的，处理人机界面的复杂程度，以及用户能从界面获得多少知识和帮助，以及所化费的时间做出估计或判断； 3）人的固有弱点：人具有遗忘、易出错、注意力不集中、情绪不稳定等固有弱点。设计良好的人机界面应尽可能减少用户操作使用时的记忆量，应力求避免可能发生的错误； 4）用户的知识经验和受教育程度：使用计算机用户的受教育程度，决定了他对计算机系统的知识经验； 5）用户对系统的期望和态度。[2] 组成及工作原理 人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用不同的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如JB－HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。 选型指标 显示屏尺寸及色彩，分辨率； HMI的处理器速度性能； 通讯口种类及数量，是否支持打印功能。 使用方法 明确监控任务要求，选择适合的HMI产品； 在PC机上用画面组态软件编辑“工程文件”； 测试并保存已编辑好的“工程文件” ； PC机连接HMI硬件，下载“工程文件”到HMI中； 连接HMI和工业控制器（如PLC、仪表等），实现人机交互。 发展趋势 目前中国人机界面市场的发展现状 中国是全球人机界面需求量最大的市场，但却不是全球人机界面产品销售额最高的市场，这说明，低端人机界面用户在中国占有很大的份额。近些年来民族品牌的迅速发展，采取低价格等策略，正在大举进攻低端市场，在国内已经占据了低端市场的优势地位，赢得了广大用户的认可。国际品牌也在逐渐研发其经济型产品，以抢占低端市场的份额。因此，由于在低端市场的稳扎稳打，国内的人机界面厂商整体业绩呈现出快速增长的状态。 人机界面不再是单纯的显示和控制 目前国内的自动化产业，一些原本不用人机界面的行业，现在也开始使用人机界面了，这说明人机界面已经成为客户体验的不可缺少的一部分，人机界面的用户界面能更好地反映出设备和流程的状态，并通过视觉和触摸的效果，带给客户更直观的感受。 人机界面未来的发展趋势 有些机械行业，比如说机床、纺织机械、电子设备等行业，在国内已经发展有几十年的历史了，相对来说属于比较成熟的行业，从长远看，这些行业还存在着设备升级换代的需求。在这个升级换代的过程中，确实会有一些小的、一直使用比较低端产品的厂家被淘汰掉，但也有很多企业在设备更新过程中，将需求重新定位，去寻找那些能够符合他们发展计划，帮助他们提高自身生产力的设备供应商。 鉴于这种需求，以后人机界面的改变，将在形状上、观念上、应用场合等方面都有所改变，从而带来工控机核心技术的一次次变革。总体来讲，人机界面的未来发展趋势是六个现代化：平台嵌入化、品牌民族化、设备智能化、界面时尚化、通讯网络化和节能环保化。 保养方法 维修流程： 第一步：询问用户变频器的故障； 第二步：根据用户的故障描述，分析造成此类故障的原因； 第三步：打开被维修的设备，确认被损坏的器件，分析维修恢复的可行性； 第四步：根据被损坏器件的工作位置，阅读及分析电路工作原理，从中找出损坏器件的原因； 第五步：与客户联系，报上维修价格，征求用户维修意见； 第六步：寻找相关的器件进行配换； 第七步：确定变频器故障及原因都排除的情况下，通电进行实验； 第八步：在变频器正常工作的情况下，进入系统； 24小时接修服务，快速反应测试。 相关问答 1、人机界面只能连接PLC吗？ 人机界面产品是为了解决PLC的人机交互问题而产生的，但随着计算机技术和数字电路技术的发展，很多工业控制设备都具备了串口通讯能力，所以只要有串口通讯能力的工业控制设备，如变频器、直流调速器、温控仪表、数采模块等都可以连接人机界面产品，来实现人机交互功能。 2、人机界面只能通过标准的串行通讯口与其它设备相连接吗？ 大多数情况下是这样的。但随着计算机和数字电路技术的发展，人机界面产品的接口能力越来越强。除了传统的串行（RS232、RS422/RS485）通讯接口外，有些人机界面产品已具有网口、并口、USB口等数据接口，它们就可与具有网口、并口、USB口等接口的工业控制设备相连接，来实现设备的人机的交互。 3、是否有通讯功能的设备一定能和人机界面产品连接？ 通用的人机界面产品都提供了大量的、可供选择的常用设备通讯驱动程序；一般情况下，只要在人机界面的画面组态软件中选择与连接设备相对应的通讯驱动程序，就可以完成HMI和设备的通讯连接。如果所选HMI产品的组态软件中没有要连接设备的通讯驱动程序，用户则可以把要连接设备的通讯口类型和内容告知HMI产品的生产商，请HMI厂商代为编制该设备的通讯驱动程序。 4、人机界面与人们常说的“触摸屏”有什么区别？ 从严格意义上来说，两者是有本质上的区别的。因为“触摸屏”仅是人机界面产品中可能用到的硬件部分，是一种替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备；而人机界面产品则是一种包含硬件和软件的人机交互设备。在工业中，人们常把具有触摸输入功能的人机界面产品称为“触摸屏”，但这是不科学的。 5、人机界面和组态软件有什么区别？ 人机界面产品，常被大家称为“触摸屏”，包含HMI硬件和相应的专用画面组态软件，一般情况下，不同厂家的HMI硬件使用不同的画面组态软件，连接的主要设备种类是PLC。而组态软件是运行于PC硬件平台、windows操作系统下的一个通用工具软件产品，和PC机或工控机一起也可以组成HMI产品；通用的组态软件支持的设备种类非常多，如各种PLC、PC板卡、仪表、变频器、模块等设备，而且由于PC的硬件平台性能强大（主要反应在在速度和存储容量上），通用组态软件的功能也强很多，适用于大型的监控系统中。 6、人机界面产品中是否有操作系统？ 任何人机界面产品都有系统软件部分，系统软件运行在HMI的处理器中，支持多任务处理功能，处理器中需有小型的操作系统管理系统软件的运行。基于平板计算机的高性能人机界面产品中，一般使用WinCE,Linux等通用的嵌入式操作系统。 WinCC(Windows Control Center，视窗控制中心)是SIEMENS与Microsoft公司合作开发的、开放的过程可视化系统。无论是简单的工业应用，还是复杂的多客户应用领域，甚至在有若干服务器和客户机的分布式控制系统中，都可以应用WinCC系统。 WinCC是在PC(Personal Computer)基础上的操作员监控系统软件，WinCC V6.0+SP2 是运行在Windows XP+SP2标准环境下的HMI(Human Machine Interface，人机界面)，具有控制自动化过程的强大功能和极高性能价格比的SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition，监视控制与数据采集)级的操作监视系统。 WinCC的显著特性就是全面开放，它很容易将标准的用户程序结合起来，建立人机界面，精确地满足生产实际要求。通过系统集成，可将WinCC作为其系统扩展的基础，通过开放接口开发自己的应用软件。 组态软件通过I/O驱动程序从现场I/O设备获得实时数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上，另一方面按照组态要求和操作人员的指令将 控制数据送给I/O设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。 对已经组态的历史趋势的变量存储历史数据，对历史数据检索请求给予响应。当发生报警时及时将报警以声音、图像的方式通知给操作人员，并报警的历史信息，以备检索。 下图直观地表示出了组态软件的数据处理流 WinCC是世界上3个 (WinCC，iFix，inTatch)最成功的SCADA系统之一，由WinCC系统组件建立的各种编辑器可以生成画面、脚本、报警、趋势和报告，即使是最基本的WinCC系统，也能提供生成复杂可视化任务的组件和函数。 WinCC是一个模块化的自动化软件，可以灵活地进行扩展，可应用在办公室和机械制造系统中。从简单的工程应用到复杂的多用户应用，从直接表示机械到高度复杂的工业过程图像的可视化监控和操作。 WinCC在开放式编程接口的基础上开发了范围广泛的选件和附件，使之能够适应各个工业领域不同工业分支的不同需求 主要的WinCC子系统包括： 1) 图形系统 用于创建画面的编辑器，也称作图形编辑器。 2）报警系统 对报警信号进行组态的过程，也称报警记录。 3) 归档系统 变量记录编辑器，用于确定对何种数据进行归档。 4) 报表系统 用于创建报表布局的编辑器，也称作报表编辑器。 5) 用户管理器 用于对用户进行管理的编辑器。 6) 通信 提供WinCC与SIMATIC各系列可编程控制器的连接