人机界面:从可爱到有效

另一方面，一套最不寻常的标准正在诞生。如果一切顺利，不仅操作人员会更有效率，而且控制室项目从设计到部署都将尽可能简单和快速。这些新生标准的不同寻常之处在于，尽管这些标准起源于相互竞争的供应商，但每个构建它们的人似乎都处于一种温和的情绪中，大多数人都同意一个相对清晰的总体模式和基本相似的可视化方法。

但是，你可能会说，在制造过程中，没有什么是如此简单和顺利的。你当然是对的，但事实仍然是，在需要采取行动时，关于操作员界面与-à-vis快速、有效的控制行动的研究揭示了非常深刻的共识。这一切的背后是:安全、更快的数据流动和不断减少的体验。

基于标准的hmi背后的主要驱动力是安全。“人们对为清晰性和人为因素而设计的控制界面的兴趣激增，”微软监控软件产品投资组合总监格兰特•勒苏尔(Grant Le Seuer)表示英维思运营管理（http://iom.invensys.com)是一家位于德克萨斯州普莱诺的自动化和可视化软件制造商。“在涉及安全的情况下，快速、适当地做出反应不再是理论家的模糊愿望，而是客户的强烈需求。他们寻求一种更敏锐的态势感知，最重要的是，他们希望为操作人员提供操作工厂所需的工具。”

第二个驱动因素可能被称为点爆炸。Peter bullmer是以人为本的解决方案（www.applyhcs.com他是一位关键的HMI架构师。他说:“如今，随着仪器仪表、控制和I/O点数量的不断增加，操作变得非常复杂。至少可以说，潜在的数据流是巨大的。”具有讽刺意味的是，正如Le Seuer所指出的那样，“与十年前相比，现在的运营商越来越少，但工作量却越来越大。”更多的数据轰炸更少的人，放大了对hmi更清晰的需求。

最后，越来越需要快速培训相对缺乏经验的操作员，以便他们能够适当地应对情况。有经验的人员正在退休，带走了他们几十年来对因果关系的理解，以及他们从最细微的线索中发现失控情况的能力。如果人机界面可以作为事件的向导，引导操作人员了解可能的原因和建议的操作措施，它就可以在一定程度上抵消智能计算机算法的经验流失。

各种措施
关于高性能hmi的指导可以从许多来源获得。专注于标准的开发，ISA101的倡议国际自动化学会（www.isa.org)正在为工业控制和信息系统整理基于软件的人机界面设计标准。考虑的方面包括信息显示、流程可视化、用户交互、系统性能以及文档和培训。该倡议成立于2005年。

hmi的标准化也是异常情况管理联盟(ASM)所承担的工作中相当大的一部分。ASM的非正式开始于1992年，两年后正式组织。1992年的创始人包括霍尼韦尔过程解决方案公司、阿莫科公司、雪佛龙公司、埃克森美孚公司和壳牌公司，英国石油公司、美孚公司(现在的埃克森美孚公司)、NOVA化学公司和德士古公司在正式组织阶段加入。从那时起，其他公司也加入进来，包括沙索、康菲和道达尔，以及几所大学，包括德克萨斯州农工大学、宾夕法尼亚州立大学、南洋理工大学(新加坡)和加州大学洛杉矶分校的玫琳凯奥康纳过程安全中心。

hmi只是ASM工作的一个方面，它还涉及日常运营指标和出错流程的根本原因分析、操作员角色和职责的定义、维护和运营管理、模拟、通信(包括人力和数字)、过程生命周期管理和监控。ASM的许多参与者都为ISA101的发展做出了贡献，ASM在2009年发布了具有里程碑意义的有效操作符显示指南，bullmer是其作者之一。

还有其他组织正在研究人机界面:操作员性能中心、国际电工委员会(IEC)内的各种倡议，当然还有个别公司——艾默生的以人为本的设计倡议，以及罗克韦尔自动化在所有控制产品中集成和调整通用功能的举措。实际上，每一家涉及运营管理产品和软件的公司都在酝酿一些事情

有一段时间，从20世纪80年代开始，直到今天，人机界面都在尝试视觉模拟。当计算机取代了继电器和定制电子产品时，操作员界面就变成了过程的微型哑剧。在屏幕上，越来越多的颜色显示，水箱装满，搅拌器转动，阀门打开和关闭，马达运转。

ISA101的联合主席莫里斯·威尔金斯说日本横河自动化（www.us.yokogawa.com)，“如今理想的人机界面能最大限度地减少干扰，最大限度地提高相关性。燃烧的火焰和油箱的加油会分散你的注意力，把你的注意力从重要的事情上转移开。我们从一些事故中收集到的数据显示，在许多情况下，操作人员只是被控制面板的干扰所淹没。”

公司创始人兼总裁大卫•斯特罗巴尔表示:“如果汽车是在上世纪80年代发明的。贝维尔工程公司（www.operatorperformance.org)，俄亥俄州代顿(也是操作员性能中心的创始成员)，你会在仪表板上看到活塞上下移动的图片。不幸的是，对现实主义的追求，对视觉上吸引人的展示，是naïve的。在海军的一项研究中，当屏幕显示三角形内的数字来识别飞机类型时，空中管制人员的表现比飞机的小图片要好70%，尽管用户表示更喜欢微型飞机。的原因吗?乍一看，F-16看起来很像F/ a -18，三角形中的数字很清楚。操作人员需要更长的时间从照片中确定飞机，也需要更长的时间启动适当的反应。

Peter bullmer补充道:“设计应该根据感知而不是认知进行调整。例如，当你选择显示坦克水位下降时会发生什么?是的，它反映了正在发生的事情，它可能是即将发生问题的关键预测器，但操作员必须确定在必须对饲料采取措施之前还剩下多少时间。你要求他们做心算，这种事情计算机处理得很好，但人处理得很差。另一方面，如果您的显示器显示数字级加上基于抽油的剩余时间，那么操作人员就可以准确地知道何时将另一个泵上线或切换到备用进料。”

颜色意味着麻烦

在这个新的人机界面世界里，颜色只保留在需要立即注意的情况下。正常操作显示为灰色，至少在遵循ASM指南时是这样。bullmer说:“你不能在显示器的一个部分使用红色表示离线泵，然后在另一个部分使用红色表示紧急警报。当你对不同的东西使用相同的颜色时，你就把对关键内容的搜索变成了一个详尽的、可能容易出错的搜索。”

根据布卢默的说法，使用中性或灰色的有颜色的背景来获取重要信息有助于结合人类的主要优势，即学习模式的能力。“看到模式的能力似乎是一种天生的特征，学习模式会带来专业知识。颜色与中性的背景形成强烈的对比，所以你可以用它自动把注意力吸引到关键的地方。”

重大的挑战

虽然这一切看起来都很简单，但创建尽可能清晰的hmi(一个始终有效地呈现正常流程和关键的、必须响应的事件的hmi)远非易事。

威尔金斯说:“(关于高性能hmi的)一些东西可以标准化，但其他元素只能通过一般建议或指南来涵盖。我们可以说，我们有x个屏幕，只需要那么多次点击，并为标准元素分配标准颜色，但最终，每个HMI的设计都必须由操作员驱动。”

Strobhar表示同意。“内容很关键，”他说，“内容的变化很大程度上取决于所涉及的过程。你从人开始，而不是系统。作为一个HMI设计师，你必须知道你想让这个人做什么。必须做出什么决定?要做出这些决定，屏幕上必须有什么信息?”

他说，基本的方法是逐个检查运营商，“但你不能简单地问，‘你想看什么?’因为他们不能清楚地说出需要什么。你必须和他们坐在一起，观察他们所做的一切，并询问他们的工作。当他们描述他们所做的事情时，他们就开始明确他们的需求，而这取决于设计师将其具体化。例如，如果有人说，‘我正在查看我离某某温度极限有多近’，设计师就知道HMI应该同时显示当前温度和极限。”

现有的控制参数可能有用，也可能没用。Strobhar说:“我们在一个主机上看到了一个Wobbe索引的图形。”“我们问那是什么，但接线员不知道。总机建议把它做成趋势，不管它是什么，他们做了很多。它原来是一种测量燃料气流中的btu的方法，它的存在是因为有人，在某个时候，决定测量它。沃比指数对操作员来说毫无意义。但这是心态的一个很好的例子，如果我衡量它，我就会展示它。真正的问题是什么?重要的不是你测量什么，而是你想让操作员做什么，或者你想让他们看到什么?”

Strobhar发现换班程序对于指示操作员需要看到的内容特别有用。通过记录下下班期的操作人员页面，并向下班期的操作人员进行解释，设计师就有了一个很好的窗口，可以在显示中回答哪些问题。

“一旦你明白了需要展示什么，”布勒默说，“还有工作要做。操作非常复杂，以至于必须使用显示层次结构。一级显示可能仅限于整个操作中最关键的运行状况指标。如果出现问题，那么您可以深入到第2级，显示主要进程单元或主控制器。最理想的情况是包含80%的控制动作。如果还需要更多的细节，第三级将带您到仪器和设备级别，并且可能仅用于故障排除模式。”

设计过程是合理化(或可能改变)控制理念的一个机会。毫不奇怪，它遵循了那些促进任何类型的变化的人所熟悉的模式:让每个利益相关者参与设计过程。“每个人都需要就控制管理的愿景和方向达成一致，”布勒默说。“工程人员可能拥有控制项目，但运营管理和运营商也必须拥有它。”

Bruce Fuller是密尔沃基可视化和信息软件的产品管理总监罗克韦尔自动化（www.rockwellautomation.com)，认为接下来的需求是:包括足够的信息以影响诊断。他表示:“客户变得越来越成熟，不是在人机界面方面，而是在数据以及如何处理数据方面。”“与此同时，我们看到对灵活软件界面的需求不断增长，使hmi能够与最终用户的企业标准或即将推出的ISA101等外部标准保持一致。但无论屏幕上显示的是什么，我们真正需要的是从可视化切换到信息。”

“当然，数据的数量在增长，”富勒说，“但如何处理这些数据并没有太大变化。最好的界面会明确什么是重要的——甚至是谁应该接收信息。当在控制界面中加入决策支持时，操作员的干预将变得更加有效。当HMI不仅清晰地提出需求，而且还包括操作员应该做些什么来让事情恢复正常时，操作员可以更有效地工作。”

贝维尔工程公司（www.operatorperformance.org）

以人为本的解决方案（www.applyhcs.com）

英维思运营管理（http://iom.invensys.com）

罗克韦尔自动化（www.rockwellautomation.com）

日本横河自动化（www.us.yokogawa.com）