自20世紀80年代問世以來，隨著計算機在制造業(yè)中的日益普及，人機界面(HMI)已經(jīng)取得了長足的進步，優(yōu)化的工廠需要優(yōu)化的HMI設(shè)計。
HMI的開發(fā)是為了讓人類可以與1970年代引入的可編程邏輯控制器 (PLC)進行交互，以取代硬連線繼電器邏輯。在許多方面，PLC和HMI通過提供更大的靈活性、更好的控制和更多的洞察力，徹底改變了制造業(yè)。
不僅僅是技術(shù)得到快速發(fā)展，用戶還學(xué)會了如何更有效地與之互動。按照“多多益善”的原則，這些信息和報警的數(shù)量越來越多，于是HMI被信息和報警淹沒。我們不再滿足于知道哪個變頻器出現(xiàn)故障，還需要有機會通知用戶，在可能的300多個變頻器故障中，是哪一個導(dǎo)致了問題。
這些都是很好的信息，但很快就變得不堪重負，并導(dǎo)致了諸如警報管理和態(tài)勢感知概念等舉措，以更有效地將信息呈現(xiàn)給用戶。在正確的時間向正確的人提供正確的信息這一概念是這些現(xiàn)代人機互動的基礎(chǔ)。
大多數(shù)HMI仍然在平板顯示器或監(jiān)視器上運行，但我們已經(jīng)開始看到下一代HMI的模樣。增強現(xiàn)實(AR)和智能眼鏡作為操作員界面已經(jīng)出現(xiàn)在工廠車間，而且已被證明是成功的，其功能主要圍繞維護和部件組裝。隨著這些技術(shù)的發(fā)展，逐步與人工智能(AI)和頭戴式顯示器相結(jié)合，在不遠的將來，我們可能將不再需要顯示器和監(jiān)視器。
1、升級老舊的HMI系統(tǒng)
盡管看起來未來的HMI與當前的顯示器和監(jiān)視器不同，但我們?nèi)孕枰卯斍翱捎玫脑O(shè)計和技術(shù)來解決短期問題，使HMI更加用戶友好。操作員與HMI有效交互的能力，直接影響其所控制的生產(chǎn)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)率。
有很多過時的HMI系統(tǒng)正在監(jiān)控生產(chǎn)制造活動，其中許多已經(jīng)有幾十年的歷史了。在很多情況下的應(yīng)對策略是：“它仍然有效。我們已經(jīng)學(xué)會使用它了，最好別碰它。”
硬件和軟件過時以及網(wǎng)絡(luò)安全問題，通常是HMI升級的觸發(fā)因素，還可以利用新技術(shù)帶來的其它好處。就像有了智能手機，就沒人想用翻蓋手機。未來的HMI可以為用戶提供更多實時信息，從而做出更明智、更好的決策。
升級老舊的HMI系統(tǒng)，要重點考慮兩個關(guān)鍵概念：
①保持設(shè)計不變，但將其遷移至更新的硬件和軟件。
②重新設(shè)計HMI以解決已知問題，并利用更好的設(shè)計和最新技術(shù)。
可以為每種情況進行論證。通過翻蓋手機與智能手機的類比，我們可以很容易地看到前一種方法具有改進的機會。還應(yīng)注意的是，與HMI部署伊始相比，大多數(shù)制造商現(xiàn)在擁有不同的環(huán)境和員工。
最新一代的員工在移動設(shè)備、基于應(yīng)用程序的解決方案以及無處不在的互聯(lián)網(wǎng)訪問(以快速找到解決方案)的陪伴下成長起來。
當今的制造環(huán)境，需要更少的勞動力、更高的機器和系統(tǒng)效率、更大的靈活性以及更高的生產(chǎn)率和質(zhì)量目標，這就需要更高的HMI性能來支持這些需求。
2、新一代HMI的性能特點
利用最新技術(shù)的HMI現(xiàn)在可以支持更高級的功能，通常作為監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)甚至制造智能(MI)解決方案的一部分提供。
新一代HMI可以支持和利用以下設(shè)計和功能：
①移動性
現(xiàn)在，通過智能手機和平板電腦可以更方便地提供訪問，而無需重新設(shè)計屏幕。在正確的時間，向正確的人提供正確的信息以支持更高效的員工隊伍，這是關(guān)鍵所在。更廣泛的訪問，也拓寬了參與系統(tǒng)維護的受眾。不在現(xiàn)場的專家也可以提供來自遠方的豐富經(jīng)驗。新冠疫情證實了遠程參與的有效性。
②記分板
在關(guān)鍵操作臺上添加大型平板顯示器，使操作員可以快速看到需要解決的問題，而無需親往HMI嘗試找到描述問題的屏幕。
③無紙化
以前的表單、電子表格和其它手動數(shù)據(jù)跟蹤機制，現(xiàn)在可以更容易地得到數(shù)字支持。在工廠車間仍然使用有紙化辦公可能真的沒什么必要。
④控制室
隨著勞動力越來越少，操作員都需要管理更多自動化設(shè)備，控制室等概念則允許操作員一次更有效地監(jiān)控多個系統(tǒng)。分布式控制室的概念提供了兩全其美的優(yōu)勢：提供了多個系統(tǒng)的概覽，并具有將其掌握在不斷移動的員工手中的靈活性。
⑤態(tài)勢感知
這種HMI設(shè)計理念允許操作員在灰度背景上使用自定義的顏色編碼，顯示可操作信息，以突出需要注意的事項。這一理念是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作信息的基本范式轉(zhuǎn)變。
⑥報警管理
任何偏離可接受范圍的報警都會讓操作人員不堪重負，以至于他們會忽略報警。開發(fā)優(yōu)先級以區(qū)分可操作警報和信息警報，應(yīng)該是任何HMI重新設(shè)計的一部分。
3、HMI設(shè)計標準化的優(yōu)勢
HMI標準化是有效利用現(xiàn)代設(shè)計的核心概念。標準化涉及圖形標準、命名慣例和應(yīng)用程序設(shè)計概念等，例如一致的外觀和觀感，以提高車間的效率。這是應(yīng)用易于識別的視覺效果來提高生產(chǎn)力的最佳做法。隨著標準化在企業(yè)規(guī)模上的應(yīng)用，總體效益成倍增長。
在系統(tǒng)和機器層面，標準化提供了一致性，以提高用戶對期望運行方式的信心。例如，每次使用時，返回主菜單的按鈕都應(yīng)布置在同一區(qū)域。如果在不同屏幕的位置不同，則會導(dǎo)致混亂和效率低下。此外，如果很少訪問的設(shè)備的控制，與頻繁訪問設(shè)備的控制相同，那么用戶將有一個如何與它們交互的基本概念。
使得在現(xiàn)場不同制造系統(tǒng)之間移動的人員，不管分配的任務(wù)如何，都能了解控件如何工作。制造系統(tǒng)之間一致的控制，有利于運行人員更無縫地在多個系統(tǒng)上高效工作。此外，維護也得益于跨系統(tǒng)一致的故障排除功能。例如，A線上的電機故障報告和重置方式，與B線上的電機完全相同。一致的HMI系統(tǒng)，減少了對新運行和維護人員培訓(xùn)的工作量。
HMI標準化的最大好處來自于企業(yè)層面。在站點之間移動的工作人員知道如何更效地進行操作和排除故障。培訓(xùn)和文檔也變得更加高效。從開發(fā)的角度來看，具有經(jīng)驗證的最佳實踐的運營可以在整個企業(yè)中利用解決方案。
例如，工廠A可能有更多的工藝經(jīng)驗，而工廠B有更多的包裝經(jīng)驗。工廠A可以利用兩個站點的工藝解決方案，而工廠B可以利用包裝解決方案。標準化允許兩個工廠共享解決方案，并最大限度地提高多個站點的能力。結(jié)果是一個無縫的工作流程，讓員工以更高的績效水平運行。
一個好的人機界面應(yīng)該易于使用，并隨時為用戶提供態(tài)勢感知。
標準化的人機界面還有助于快速輕松地進行變更或更新培訓(xùn)，并且使新員工培訓(xùn)在整個員工隊伍中保持一致。
標準化人機界面的3個重要優(yōu)勢是：
①提高生產(chǎn)率
HMI系統(tǒng)的易用性和功能性，將提高整體設(shè)備效率和勞動力生產(chǎn)率。更新后的控制系統(tǒng)使生產(chǎn)中的啟動、停止、故障排除和變更變得更容易。
②易于理解的技術(shù)
除了提高運行人員的生產(chǎn)效率，其它任務(wù)也得到了改進。可以簡化培訓(xùn)、故障排除和生產(chǎn)線的變更。訓(xùn)練有素的生產(chǎn)線操作員，可以隨時走近HMI，輕松了解特定生產(chǎn)階段的情況。應(yīng)用編程標準使得用戶可以通過HMI更深入地了解控制，以接收有關(guān)工況的更多信息。
③成本效率
通過降低設(shè)備問題解決和變更所需的停機時間，提高操作員、維護和工程人員的生產(chǎn)效率，快速實現(xiàn)HMI標準化的投資回報。重要的是要專注于功能、外觀良好的高效HMI設(shè)計。華麗的動畫和軟件在HMI演示中可能看起來令人印象深刻，但它們對HMI的有效性并沒有貢獻。事實上，它們減慢了操作員對設(shè)備和信息的導(dǎo)航速度。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的信息才是HMI的最佳實踐。
4、呈現(xiàn)信息而不僅僅是數(shù)據(jù)
先進的軟件和硬件技術(shù)，為下一代HMI提供了呈現(xiàn)信息而不僅僅是數(shù)據(jù)的機會。它為用戶提供了大量數(shù)據(jù)，但挑戰(zhàn)在于使用時提取可操作的信息。
HMI的靈活性可以將信息傳遞到車間的任何位置，而車間的大型平板顯示器或記分板，可以將信息提供給需要的用戶。用戶可以一目了然地了解生產(chǎn)線的運行情況，顯示故障、警告、質(zhì)量問題以及已確定的關(guān)鍵性能指標(KPI)和生產(chǎn)目標。該實時信息允許操作員做出適當?shù)臎Q定和變更，以達到預(yù)期目標。
其它交互式界面設(shè)備，如智能手機和平板電腦，也可以連接到企業(yè)中任何需要的地方，向需要的人提供定制和標準化的可操作信息視圖。智能手機提供了一個了解KPI、關(guān)鍵故障和質(zhì)量問題的窗口，從而能夠做出更高級別的決策，從而實現(xiàn)卓越的整體運營。
平板電腦可提供用于診斷和故障排除的移動無線HMI。使用平板電腦作為故障排除工具，將HMI放在技術(shù)人員需要的地方，通常在工廠車間，并且始終在移動中。
5、改進工作流程的4種方法
工作流程軟件為HMI提供了邏輯擴展。HMI提供了一個“這是正在發(fā)生的事情，這里出錯了”的視圖。共享工作流程，提供了關(guān)于報警或質(zhì)量問題的根本原因所處位置的信息，以及為糾正該問題而采取的措施。在新一代HMI中增加標準化工作流程，將運營效率提升到了一個新的水平。
工作流程可以通過幾種不同的方式應(yīng)用：
①標準操作程序：精簡并發(fā)送一致的信息，說明應(yīng)如何完成工作。
②更換和機器設(shè)置：跟蹤關(guān)鍵的計劃停機事件，并在不生產(chǎn)時提供反饋以提高效率。
③在線參考和文件：在適當?shù)臅r間和地點提供相關(guān)參考信息；通過快速參考、單點課程和交互式教程補充培訓(xùn)。
④故障糾正：提供機器停機、質(zhì)量問題和性能偏差的故障排除程序。
從工作流程中收集的數(shù)據(jù)提供了一個記錄了何時發(fā)生何種情況的電子記錄，以確保遵循程序。這有助于實現(xiàn)一個閉環(huán)的持續(xù)改進計劃。
在智能HMI的支持下，通過配備并主動廣播信息，運行和技術(shù)人員可以自信地?zé)o縫地在設(shè)施中移動，從而將生產(chǎn)保持在最高水平。
工作流程通過提供對標準程序、故障排除指南和有價值的參考資料的實時和相關(guān)訪問來增強培訓(xùn)。關(guān)鍵故障和質(zhì)量問題的自動上報，可確保在合適的時間通知合適的人員采取合適的行動。
新一代HMI為運行和技術(shù)人員創(chuàng)造了一個環(huán)境，使他們能夠跟上生產(chǎn)制造的步伐，并展望未來，幫助企業(yè)做出對長遠發(fā)展更有益的決策。
關(guān)鍵概念：
■標準化 HMI 帶來的優(yōu)勢包括：提高生產(chǎn)率、易于理解的技術(shù)和成本效率。
■利用最新技術(shù)的 HMI 可以支持更高級的功能。
■新一代HMI創(chuàng)造了一個環(huán)境，讓運行和技術(shù)人員可以跟上生產(chǎn)制造的步伐。
作者：Chris Parkinson
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