三个有效的HMI设计原则

人机界面是机器制造商创建品牌的关键组件之一，因此任何功能设计都需要在最佳用户体验、硬件选项和上位通信之间取得平衡。

在大多数人的脑海中，原始设备制造商（OEM）的品牌可能很难让人印象深刻。人机界面（HMI）是确保与机器制造商品牌建立积极关系的最关键组件之一。硬件和软件的这种关键组合，是客户对机器功能和易用性的第一印象。然而在应用中，它却通常是最后考虑的一个因素，许多公司使用的都是塑料面板，像模拟电视一样老的掉牙。

无论你是为机器制造商、系统集成商工作，还是终端设备用户，让我们来探究一下为什么会这样，以及能做些什么。为了帮助评估任何HMI改进，考虑三个有效的HMI设计原则是非常有帮助的。

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原则1：面向用户体验

在很大程度上，平板电脑和智能手机的流行提高了用户对用户体验（UX）的期望，在工业领域亦是如此。过去，机器操作员必须接受广泛的维护培训，并依靠PLC编程知识来更改（或只是理解）神秘的界面，并提供有限的故障排除帮助。现在，由于劳动力持续短缺、工厂自动化专业知识的减少，这已经不是一个可行的选择。基于这些残酷的现实，为了减少不必要的停机，上述方法从来不是一种良好的机器运营方法。

▲作为机器和终端设备用户之间的主要交互点，HMI本质上是机器制造商的品牌。提供出色的用户体验、坚固的硬件和简单的上游通信至关重要。

任何现代HMI都应提供简单、直观的软件导航：更少的页面导航，多点触控功能，使用户可以更快地找到所需的内容。设计、屏幕文本和标签，应以当地语言创建，便于用户理解，并提供易于理解的术语、控制和故障排除措施。标题中不应有晦涩难懂的词汇，HMI应提供可变参数，以允许非程序员直观地进行更改，而无需在PLC上编辑机器代码。

基于Web的HMI的发展，为机器操作人员带来了更多的可能性。这将自带设备 （BYOD） 方法带到工厂车间。利用基于HTML5和JavaScript等现代Web开发标准构建的HMI软件，OEM厂商可以实施响应式HMI软件。对于任何规格的屏幕——无论是横向或纵向的工业HMI，还是前述的智能手机和平板电脑，该软件都可以自动缩放和重整格式。能够将设备HMI带到任何地方，为设备授权运行人员传达清晰的信息，从而带来更大的灵活性。

除了可用性之外，优秀的HMI还可以帮助用户更一致地管理参数变更，确保不会造成任何损坏，而且安全协议仍然有效。更好的用户体验还可以增强诊断功能，为错误代码提供更多情境信息，并帮助用户快速排除问题。甚至可以嵌入说明视频或PDF文档，例如，如何解决垂直填充密封（VFFS）机器上的材料进给问题。机器上易用的可操作信息越多，节省的时间也就越多，设备综合效率（OEE）也就越高。

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原则2：硬件选项

机器上的主要操作员接口硬件必须是坚固耐用的。屏幕必须能够适应长期使用和可能发生的碰撞、刮擦和钝力事故等恶劣环境。现代HMI设计采用全金属外壳，这些外壳要么用实心铝块铣削而成，要么用不锈钢包裹。与塑料面板相比，这样的显示器更耐用，而塑料面板更薄，更容易开裂和断裂。

即使具有金属外壳的面板也应加固，以应对持续振动和极端温度。对于潮湿、多尘和脏乱的应用，如食品、饮料和制药生产，需要带有不锈钢外壳和框架的IP65级面板，因为在典型的卫生清洁过程中面板可能会被弄湿并被擦拭。

▲为了获得最佳用户体验，TwinCATHMI 支持在控制工程师熟悉的图形编辑器中进行编程，并提供标准工具来实现级联样式表（CSS）主题，使用API 来构建其它程序。

一些机器制造商和集成商，可能认为他们只能选择某种HMI屏幕，但供应商其实可以提供各种屏幕尺寸和方向。在提供外观更好、更耐用和更可靠的面板的同时，也有供应商提供耐用的HMI硬件，尺寸从5.7英寸到24英寸不等。宽屏格式已经非常流行，但对多个屏幕尺寸的纵向面板进行标准化也是可能的。

然而，一些供应商意识到，某些机器制造商更喜欢4:3等旧格式，会继续提供这类选择。此外，还可以在几乎所有屏幕尺寸和方向上提供电容式多点触摸功能，以便跟上HMI软件中所有令人兴奋的发展。

尽管确保HMI硬件的设计能够适用当前的坚固操作很重要，但为了确保硬件能够在现场安装机器的整个生命周期内持续使用，应选择具有长期可靠性和可用性的供应商。这样就减少了重新设计的要求，有助于在几十年内使用相同的硬件进行HMI维护、维修或更换。

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原则3：上位通信

功能的考虑不应止步于工厂车间，甚至不能止步于远程机器控制层。现代HMI应为制造商提供创建真正业务智能或计算OEE所需的上位连接，从而帮助最终用户实现价值提升。

这包括从机器上位发送信息，以便在监控和数据采集（SCADA）系统、制造执行软件（MES）或企业层面进行评估的能力。它还可以包括使用人工智能或机器学习来优化性能、产量或能源效率。

整个自动化平台的功能与HMI软件一样重要。用户需要询问有关其功能的问题，包括：

■ 系统能否通过EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet或其它现场网络，以及消息队列遥测传输（MQTT）、OPC UA等，从机器或工厂中提取数据？

■ 您能否通过机器学习实现新优化的控制算法，并在生产线上快速实现？

■ 您能否安全地登录到安装在世界各地的机器上，以进行远程服务？

▲可扩展性是考量 HMI 软件和硬件的关键因素之一，可用于各种规格的工业加固触摸屏和移动设备。

随着制造业数字化转型的加速发展，HMI不再是一个静态菜单。它需要成为从工厂车间到云端的网关，并促进机器与更高层级系统的协作。让操作人员和维护人员在HMI和PLC之间来回跋涉，以找出错误代码的蛛丝马迹已不再可行。

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明智地选择HMI技术

那么对于控制工程师来说，这一切意味着什么呢？他们应该寻找允许在HTML5和其它通用Web设计标准中编程的HMI软件。软件还应提供卓越的可移植性，以便在下一代硬件上运行相同的程序，而不是每次变更都需要编写新程序。如果所有这些都能集成到通用自动化平台和工程环境中，包括HMI、PLC、机器人运动学和物联网，则可获得额外加分。由此产生的差异（外观和内在的差异），可能为最终用户带来深远的影响。

审核编辑 ：李倩