人机界面的国际标准

发布时间：2007-01-01 作者：CONTROL ENGINEERING 高级编辑,Jeanine Katzel

       由于应用的数量和复杂性都有所增加，相应的要求也随之提高到建立普遍通用的配置和程序，这些可以使过程与操作之间的相互影响更安全、一致、高效。
　　使宾夕法尼亚州的三哩岛核电厂在1979年成为众人焦点的问题的根源无疑是很多的，但有些人认为这个不幸事件的根源是操作者，面对大量令人如此困惑的信息，在显示中没有找到任何线索告诉他们哪儿错了或要做些什么。还有人称，五年之后印度Bhopal地区的化学灾难也是同样原因，由于不幸的决定而造成的。操作者本应做些什么，但显示的设计却不容易令人决定要做些什么。

图1：今天的制造过程已经不再是简单的过程了。复杂的控制系统需要清楚的信息显示，
这有助于安全、高效的提高操作人员与控制系统之间的互动过程。（图片由Wonderware提供）

　　从这些灾难看来，加上应用的日趋增多和日渐复杂，迅速发展的技术和生产全球化，已经成为标准化HMI的渴望、需求和要求。正如Invensys系统有限公司的一个业务部门，Wonderware第三方计划的市场部主任Jay Jeffreys所说，“我们需要一种简化数据表达的方法，以便人们能够真实地看到和了解什么是重要的，并及时做出反应。”
　　探索人机界面(HMI)标准化的方法是一个长期的过程，从有些错误的开始到现在，通过一个正规的标准ISA SP101人机界面，进入具有通用性和一致性的显示。
　   ISA-SP101：人机界面
　　ISA-SP101，人机界面，是正在进行中的工作。和所有ISA委员会一样，它的努力可能以技术报告、推荐实践或完整的标准而告完成。或者就如委员会主席Joe Bingham所说，“我们也许创造全部三份文件”。这个过程通常大约需要3年。
　　去年，这个委员会的工作与2005芝加哥ISA展的信息会议一起开始。随后，2006年1月在奥兰多召开第一次正式会议。“我们大约开了5个小时会议，创造了两句话”，Bingham回忆道，“并且感觉我们已经获得了重大的进展”。
　　通过电话会议和互联网交换，委员会已经制订了目的和范围：
　　目的：ISA-SP101界定了对高效、有效、界面友好的HMIs评估、设计、开发、实施和维护的要求。
　　范围：ISA-SP101确定了工业控制系统的HMI设计准则，包括：
　　■信息显示；
　　■工艺流程图；
　　■用户交互作用；
　　■性能；以及
　　■文件和培训。
　　委员会正从最终用户、系统集成商和供应商的平衡中寻找反馈。任何人在该话题上有兴趣都可以成为“信息成员”。下一步，委员会将在2006年10月的休斯敦ISA展中进行面对面的交流，到时，重点将放在定义上。
　　Bingham说：“我们需要预先定义术语。如果我们有一张详细的定义列表，我们将消除很多歧义。”现在，正研发的定义包括HMI、历史记录、事件、报警、显示、工艺流程图、人为因素，屏幕密度，趋势记录，音频、PDA、像素、分辨率、启动、停止和触觉反馈。
　　从历史的角度来看
　　近几年的大量事件使得工业领域谋求HMI标准。在20世纪80年代中期，ISA学会开发了SP5.5，用于过程显示的图形符号，其注重用于过程画面的仪表符号。此标准是在DOS系统的黑白文本显示信息时开发的，当然，已不再适用于当今的过程画面显示技术。
　　另外，在20世纪80年代有关燃煤电厂的ISA-SP77，增加了称之为SP77.60人机界面的小组委员会，对象是燃煤电厂。这项工作没有达到标准水平，然而，它却成为一份建议性的技术报告。目前，随着SP101的发展，ISA委员会正在审视过去做了什么，寻求如何抓住当今的新技术和境遇。
　　ISA-SP101标准委员会主席（也是AES自动化公司的总裁）Joe Bingham指出，委员会一直“努力避免老生常谈。我们不想重复其他的标准，”他特别指出，“比如，我们审视了有关报警事件的ISA-SP18[仪器信号和报警]，并决定说‘按照SP18办’。我们会把这些信息应用到标准化中而不是重做已做的事。”
　　HMI标准化也受到涉及其他方面的自动化和控制的规范标准的影响。尽管只是间接关联，现场总线技术发展很可能已成为目前开展标准化工作的主要因素。西门子能源和自动化有限公司HMI产品部门经理Jay Coughlin说：“首先我们有提供给所有供应商供给设备所需的网络资源。然后，OPC与软件包一起发展，用共同的方法进行相互间的通信。现在，我们看到了EDDL(电子设备描述语言)的发展。”
　　Coughlin继续说，按理，在这一点上，一致性和通用性，以及他们带来效益，应该包括显示。现在全球性企业要求这样。“事情不再简单了，”Wonderware的Jeffreys补充道，“近来，当你控制危险操作时，你可能不看那一排排的灯、开关和仪表。也许你正在看计算机显示。”
　　几乎没有人对HMI标准化表示反对，预计将集中在屏幕配置和设计上。如果没有受到批评，标准被认为是有益的，特别是在当今多变的社会。大多数人同意效益可能是标准的最大优点。一致的屏幕格式使设计和使用更简便、更安全。
　　这是件好事
　　“若干年前，业内有标准，”Bingham主席说。标准化能使屏幕设计和配置具有一致性，这可以帮助培训，他特别指出，现在操作者从一个设备移到另一个设备可能发现信息是以不同方式表现的，这增加了工作时间和培训需要。即使没有消除这个问题，标准化可以使其减到最小，Bingham说。
　　他解释说，标准化的目的不是要任何人重新设计产品，以符合标准。“我们正试图保持软件独立，”他说，“我们正在做排除清单。我们已经确定标准不包括手机、灯箱（模拟盘）、长图记录仪、钟表或其它分辨率小于320×240像素的任何东西。此外，我们规定一个人机界面必须有个最小色数(64)。这样的决定将使我们关注。”
　　HMI标准和准则当然是个好主意，ABB公司的系统销售经理Roy Tanner表示赞同，但是他相信确定他们所及的范围将会是个挑战。他说：“我们已经提出准则，但由于客户有他们自己的标准，或者由于过去/现在的系统需要特殊的观感，或者由于不同地区、不同工业有他们自己的要求和准则，有时没有按照这些标准。”
　　任何标准或委员会——“使供应商一起为最终用户提供更简便的系统配置是一件好事，”西门子的Coughlin说。“最终用户、集成商、供应商都需要[并且正被要求]为标准提供输入，这将给供应商一个构架，根据这个架构来制造产品。主要优点是不管供应系统的是谁，HMIs都具有类似观感。引导将更有效，变化将更容易产生。”
　　贝加莱（B&R）工业自动化公司的分销/销售经理John Roberts也称标准化HMI“是个好主意”，但他指出HMI用于各种工业中的各种机器上，从而也许很难开发涉及所有领域的事物。他发现输送性能、持续性、便携性都是标准化的好处，但他说它“必然有局限性。用于工业洗衣机的机器与医疗扫描设备上的HMI是完全不同的。”

图2：人/机接口标准化的目的是使数据显示保持一致，这样可以减少错误的发生，
使操作员可以对事件作出快速反应。操作员可以从一个操作转移到另一个操作
而不需要大量的重新培训。（图片由Iconics和B&R Industrial Automation公司提供）

　　Bosch Rexroth公司电动驱动器和控制器部的产品经理Rami Al-Ashqa有类似看法。他预料对HMI标准化的反应将随不同工业而变化，他预测，“汽车制造商欢迎标准，因为他们需要一致性。当我们从事汽车应用时，我们看了对规律性和重复性的要求，同样的按钮每次都出现同样的屏幕。操作者知道怎样操作他们的屏幕，并且他们希望保持那个方式。但对于印刷和包装业，应用更加创新；他们需要能提供图解，方法，ActiveX控制。标准化在那儿也许会造成一些困难。”
　　HMI标准化有许多好的理由，Iconics的市场主管Tim Donaldson非常赞同。“已经有很好的屏幕设计投入实际应用，但许多元素在这时一起来临。”
　　Donaldson认为标准使系统集成商为他们的系统提供了一个共同基础，并缓和了学习曲线。“一个标准无疑将更容易从一个软件包或系统移至另一个。共同的元素，共同的符号库，共同的颜色都使误解机会减到最小。”然而，他警告，为达到屏幕上元素的布置，共同的外观也需要给创造性和客户定制留下空间。
　　Donaldson说引导一致性将有帮助。“一种方法可能把某一信息放在同一个地方，以便操作者总能知道到哪儿找它。标准也许指定警报装置横穿底部放置，引导按钮横穿顶部放置；例如：当储槽液位下降时，总要求在顶部左手角落双击。Microsoft Windows的屏幕已经规范化了标题栏。如果你写一个窗口应用程序，它一定按照Windows应用规范。HMI规范也许以类似的方式定下准则。”
　　标准应该提出屏幕观感的方式，而不是建成观感的工具。Bosch-Rexroths公司的Al-Ashqar补充说。“屏幕布局和那些与屏幕交互的方法是关键的地方，”他说。
　　“这里有个例子：HMI的显示通过让操作员在调出来的框中键入一个值来显示参数。有些系统提供那个值需要的上限和下限；其它留作空白任它接受任意数字。一些系统留它作任选之用，允许编程或组态系统的人选择如何显示它。我认为总显示极限是有道理的。一个要求对话框总显示上限、下限或最低值、最高值的标准会是一个好想法，”Al-Ashqar认为。
　　贝加莱（B&R）工业自动化公司的Roberts建议，图标是一个很可能建议标准化作为对象的领域。“在很多地方，欧洲用图标代替文本，”他说。“一套图标标准可能是有用的。许多公司是全球性的。同样，据报告，一个关于如何报警的标准大概是有用的。然而，用户界面典型地是件个人的事。你能标准化什么是有限制的。你必须抛开灵活性而做你机器需要的特殊事情。”
　　成为更像一个艺术家
　　HMIs需要应付许多功能，从清晰一致的信息表述到报警管理，直至在工厂底层和企业之间的数据交换。但Wonderware公司的Jeffreys说，HMI设计师应该关注的是“让人们对车间中得到的巨大信息获取认知并进行操作。”为了有效地做那些事情，“HMI设计师需要更像一个艺术家而不是工程师。”
　　或许HMI标准的需要和好处总结在Jeffreys这个例子中最恰当：“不久前，我从事SCADA系统的工作。这是按习惯开发的。在从一个公共事业部门得到一份监控变电站的合同之前，我们已经在管道工业完成了很多装置。”
　　“我们发现了那两种应用之间的一个根本区别。对管道或化学工程师，如果显示是红色的，它是关闭的，而显示绿色表明其在运行。但对电力工程师，显示红色表明其是带电的。它是火线！不要碰它！如果是绿色，它是关闭且安全的。那时，我们使用硬性规定的编码颜色来显示对象。它是漫不讲理而令人惊奇的。没有标准化，就没有办法不作修改即从化工应用进入到电力应用。”
　    HMI设计的艺术
　　想要了解HMI设计师/开发商作为艺术家这个概念的更多信息，请参阅Edward R所著的Envisioning Information（想象信息）。该书提供了关于如何以视觉手段解释复杂材料和表述信息的实用建议，从而生成画面。大约提供了400个图解，包括如何不使用颜色的例子。想要学习更多信息，请登录www.edwardtufte.com/tufte/books_ei。
　　                                                                                                         翻译：金瑞

       如需更多信息，请访问：
　　www.abb.com
　　www.boschrexroth-us.com
　　www.br-automation.com
　　www.iconics.com
　　www.isa.org
　　www.sea.siemens.com
　　www.wonderware.com