三個(gè)有效的HMI設(shè)計(jì)原則

人機(jī)界面是機(jī)器制造商創(chuàng)建品牌的關(guān)鍵組件之一，因此任何功能設(shè)計(jì)都需要在最佳用戶體驗(yàn)、硬件選項(xiàng)和上位通信之間取得平衡。

在大多數(shù)人的腦海中，原始設(shè)備制造商（OEM）的品牌可能很難讓人印象深刻。人機(jī)界面（HMI）是確保與機(jī)器制造商品牌建立積極關(guān)系的最關(guān)鍵組件之一。硬件和軟件的這種關(guān)鍵組合，是客戶對機(jī)器功能和易用性的第一印象。然而在應(yīng)用中，它卻通常是最后考慮的一個(gè)因素，許多公司使用的都是塑料面板，像模擬電視一樣老的掉牙。

無論你是為機(jī)器制造商、系統(tǒng)集成商工作，還是終端設(shè)備用戶，讓我們來探究一下為什么會這樣，以及能做些什么。為了幫助評估任何HMI改進(jìn)，考慮三個(gè)有效的HMI設(shè)計(jì)原則是非常有幫助的。

01

原則1：面向用戶體驗(yàn)

在很大程度上，平板電腦和智能手機(jī)的流行提高了用戶對用戶體驗(yàn)（UX）的期望，在工業(yè)領(lǐng)域亦是如此。過去，機(jī)器操作員必須接受廣泛的維護(hù)培訓(xùn)，并依靠PLC編程知識來更改（或只是理解）神秘的界面，并提供有限的故障排除幫助?，F(xiàn)在，由于勞動(dòng)力持續(xù)短缺、工廠自動(dòng)化專業(yè)知識的減少，這已經(jīng)不是一個(gè)可行的選擇?；谶@些殘酷的現(xiàn)實(shí)，為了減少不必要的停機(jī)，上述方法從來不是一種良好的機(jī)器運(yùn)營方法。

▲作為機(jī)器和終端設(shè)備用戶之間的主要交互點(diǎn)，HMI本質(zhì)上是機(jī)器制造商的品牌。提供出色的用戶體驗(yàn)、堅(jiān)固的硬件和簡單的上游通信至關(guān)重要。

任何現(xiàn)代HMI都應(yīng)提供簡單、直觀的軟件導(dǎo)航：更少的頁面導(dǎo)航，多點(diǎn)觸控功能，使用戶可以更快地找到所需的內(nèi)容。設(shè)計(jì)、屏幕文本和標(biāo)簽，應(yīng)以當(dāng)?shù)卣Z言創(chuàng)建，便于用戶理解，并提供易于理解的術(shù)語、控制和故障排除措施。標(biāo)題中不應(yīng)有晦澀難懂的詞匯，HMI應(yīng)提供可變參數(shù)，以允許非程序員直觀地進(jìn)行更改，而無需在PLC上編輯機(jī)器代碼。

基于Web的HMI的發(fā)展，為機(jī)器操作人員帶來了更多的可能性。這將自帶設(shè)備 （BYOD） 方法帶到工廠車間。利用基于HTML5和JavaScript等現(xiàn)代Web開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的HMI軟件，OEM廠商可以實(shí)施響應(yīng)式HMI軟件。對于任何規(guī)格的屏幕——無論是橫向或縱向的工業(yè)HMI，還是前述的智能手機(jī)和平板電腦，該軟件都可以自動(dòng)縮放和重整格式。能夠?qū)⒃O(shè)備HMI帶到任何地方，為設(shè)備授權(quán)運(yùn)行人員傳達(dá)清晰的信息，從而帶來更大的靈活性。

除了可用性之外，優(yōu)秀的HMI還可以幫助用戶更一致地管理參數(shù)變更，確保不會造成任何損壞，而且安全協(xié)議仍然有效。更好的用戶體驗(yàn)還可以增強(qiáng)診斷功能，為錯(cuò)誤代碼提供更多情境信息，并幫助用戶快速排除問題。甚至可以嵌入說明視頻或PDF文檔，例如，如何解決垂直填充密封（VFFS）機(jī)器上的材料進(jìn)給問題。機(jī)器上易用的可操作信息越多，節(jié)省的時(shí)間也就越多，設(shè)備綜合效率（OEE）也就越高。

02

原則2：硬件選項(xiàng)

機(jī)器上的主要操作員接口硬件必須是堅(jiān)固耐用的。屏幕必須能夠適應(yīng)長期使用和可能發(fā)生的碰撞、刮擦和鈍力事故等惡劣環(huán)境?，F(xiàn)代HMI設(shè)計(jì)采用全金屬外殼，這些外殼要么用實(shí)心鋁塊銑削而成，要么用不銹鋼包裹。與塑料面板相比，這樣的顯示器更耐用，而塑料面板更薄，更容易開裂和斷裂。

即使具有金屬外殼的面板也應(yīng)加固，以應(yīng)對持續(xù)振動(dòng)和極端溫度。對于潮濕、多塵和臟亂的應(yīng)用，如食品、飲料和制藥生產(chǎn)，需要帶有不銹鋼外殼和框架的IP65級面板，因?yàn)樵诘湫偷男l(wèi)生清潔過程中面板可能會被弄濕并被擦拭。

▲為了獲得最佳用戶體驗(yàn)，TwinCATHMI 支持在控制工程師熟悉的圖形編輯器中進(jìn)行編程，并提供標(biāo)準(zhǔn)工具來實(shí)現(xiàn)級聯(lián)樣式表（CSS）主題，使用API 來構(gòu)建其它程序。

一些機(jī)器制造商和集成商，可能認(rèn)為他們只能選擇某種HMI屏幕，但供應(yīng)商其實(shí)可以提供各種屏幕尺寸和方向。在提供外觀更好、更耐用和更可靠的面板的同時(shí)，也有供應(yīng)商提供耐用的HMI硬件，尺寸從5.7英寸到24英寸不等。寬屏格式已經(jīng)非常流行，但對多個(gè)屏幕尺寸的縱向面板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化也是可能的。

然而，一些供應(yīng)商意識到，某些機(jī)器制造商更喜歡4:3等舊格式，會繼續(xù)提供這類選擇。此外，還可以在幾乎所有屏幕尺寸和方向上提供電容式多點(diǎn)觸摸功能，以便跟上HMI軟件中所有令人興奮的發(fā)展。

盡管確保HMI硬件的設(shè)計(jì)能夠適用當(dāng)前的堅(jiān)固操作很重要，但為了確保硬件能夠在現(xiàn)場安裝機(jī)器的整個(gè)生命周期內(nèi)持續(xù)使用，應(yīng)選擇具有長期可靠性和可用性的供應(yīng)商。這樣就減少了重新設(shè)計(jì)的要求，有助于在幾十年內(nèi)使用相同的硬件進(jìn)行HMI維護(hù)、維修或更換。

03

原則3：上位通信

功能的考慮不應(yīng)止步于工廠車間，甚至不能止步于遠(yuǎn)程機(jī)器控制層?，F(xiàn)代HMI應(yīng)為制造商提供創(chuàng)建真正業(yè)務(wù)智能或計(jì)算OEE所需的上位連接，從而幫助最終用戶實(shí)現(xiàn)價(jià)值提升。

這包括從機(jī)器上位發(fā)送信息，以便在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)、制造執(zhí)行軟件（MES）或企業(yè)層面進(jìn)行評估的能力。它還可以包括使用人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)來優(yōu)化性能、產(chǎn)量或能源效率。

整個(gè)自動(dòng)化平臺的功能與HMI軟件一樣重要。用戶需要詢問有關(guān)其功能的問題，包括：

■系統(tǒng)能否通過EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet或其它現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，以及消息隊(duì)列遙測傳輸（MQTT）、OPC UA等，從機(jī)器或工廠中提取數(shù)據(jù)？

■您能否通過機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)新優(yōu)化的控制算法，并在生產(chǎn)線上快速實(shí)現(xiàn)？

■您能否安全地登錄到安裝在世界各地的機(jī)器上，以進(jìn)行遠(yuǎn)程服務(wù)？

▲可擴(kuò)展性是考量 HMI 軟件和硬件的關(guān)鍵因素之一，可用于各種規(guī)格的工業(yè)加固觸摸屏和移動(dòng)設(shè)備。

隨著制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速發(fā)展，HMI不再是一個(gè)靜態(tài)菜單。它需要成為從工廠車間到云端的網(wǎng)關(guān)，并促進(jìn)機(jī)器與更高層級系統(tǒng)的協(xié)作。讓操作人員和維護(hù)人員在HMI和PLC之間來回跋涉，以找出錯(cuò)誤代碼的蛛絲馬跡已不再可行。

04

明智地選擇HMI技術(shù)

那么對于控制工程師來說，這一切意味著什么呢？他們應(yīng)該尋找允許在HTML5和其它通用Web設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中編程的HMI軟件。軟件還應(yīng)提供卓越的可移植性，以便在下一代硬件上運(yùn)行相同的程序，而不是每次變更都需要編寫新程序。如果所有這些都能集成到通用自動(dòng)化平臺和工程環(huán)境中，包括HMI、PLC、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和物聯(lián)網(wǎng)，則可獲得額外加分。由此產(chǎn)生的差異（外觀和內(nèi)在的差異），可能為最終用戶帶來深遠(yuǎn)的影響。

審核編輯 ：李倩