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建立更好HMI的10个关键技巧
 

【作者: Gavin Moore、Jerry Hu】2019年07月10日 星期三

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人机介面(HMI)带给我们与现代科技更隹的互动方式,互动的型式有很多种,但不论是何种型式,都是为了执行控制功能且确保使用者满意。因此,HMI需要经过精心设计,以达到实现高效、及时操作的目的。为了使新的HMI在设计和开发阶段时就能够提高成功的机会,并满足用户的期??功能,可以遵循下文所述的基本规则。


大标: [1]了解应用程序的需求


需要遵守的第一条规则便是清楚的了解需要什麽样的HMI。藉由对於执行的功能及程序明确的理解和定义,HMI的效能将被大大的提升。



图一 :  HMI需要经过精心设计,以达到实现高效、及时操作的目的。(source:Bridgetek)
图一 : HMI需要经过精心设计,以达到实现高效、及时操作的目的。(source:Bridgetek)

在HMI开始设计之前,这些将要被控制和监测的程序必须仔细的研究和评估,同时也预估某些特定操作的使用频率。输入和输出的变数必须辨别━哪些变数在运算时控制以及哪些变数需要显示在HMI上。提供内部变数或中介变数,对於除错以及程序最隹化有时能有很大的帮助。


大标: [2] 考量多位使用者的情况


每位使用者都必须能操作这HMI,即使每位使用者都有着不同的技术背景与技能。因此,也需要考量与确认HMI操作员将受到何种程度的训练,HMI的设计上也必须充分反映这一点。


在大多数情况下,HMI将被要求能够符合各种使用者的能力水平,不论是经验丰富的老手或是初次使用的新人,都应该能够直接操作而不产生重大问题,这一点也是至关重要的。最後,也可以定义不同使用者的级别。一旦熟悉HMI,便能够建立快捷操作方式,以加速一些重复或常用的功能。


大标: [3] 使用简单的图形



图二 : 使用直观的设计是所有HMI设计的主要目标之一。(source:Bridgetek)
图二 : 使用直观的设计是所有HMI设计的主要目标之一。(source:Bridgetek)

延续上一点的论述,尽可能使用直观的设计,避免不必要的复杂设计。这是所有HMI设计的主要目标之一,减少使用者认知上的负荷(在操作该设备时所需耗费的心力)。若使用者需要过度的思考或过多的操作,这样将会增加犯错的机会;如此,将导致操作者感到挫折,在某些状况甚至产生更严重的後果,让相关人员都处於危险之中。


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大标: [4] 保持一致性


为了避免使用者可能的错误,HMI需要保有一致性的外观。一致性表示可以把HMI布局的一部分(例如萤幕或选单),定义方式沿用到相同HMI的其他部分,甚至沿用至同一系统但不同产品上另一个相近的HMI。在整个相同的项目中使用相同的视觉属性(如字体、图标和颜色)与功能属性(如按钮及选单的行为) ,如此使用者与设计工程将会有一致的默契而彼此从中受益。此外,也应选择能够立即传达内容性质或其行为动作的图标,如此在操作上就不会有太多的疑问,而是很直观的使用。


大标: [5] 最隹化的数据传输


通常控制和监测系统需要快速回应。因此,在HMI的布局设计时,也需要将这一特点考虑进去。对於多个资料查询,在资料撷取时只传输必要的数据,仅开放需要的选项在一个萤幕上。


大标: [6] 动画/视频的优点


俗话说:「一张图片胜过千言万语」,所以选择合适的图形与动画可以改善HMI的品质及用户的使用经验。随着科技的进步,创新与令人惊艳的HMI新功能也添加在工业、零售、酒店、汽车工业以及公共服务应用等领域。



图三 :  越来越多的HMI在操作时增加资讯视频。 (source:Bridgetek)
图三 : 越来越多的HMI在操作时增加资讯视频。 (source:Bridgetek)

因此,越来越多的HMI在操作时增加资讯视频。将视频嵌入HMI有两个主要的优点。首先,能够即时监控与同时检查众多的行动;其次,在维护/维修的工作环境,可以帮助工人解决问题,指导工人如何更换零组件,补充消耗品等。


大标:[7] 避免错误发生


为了比竞争对手的HMI 更优良,应该专注在提供使用者能够信赖并且感到愉快的经验。并且尽力减少使用者感到挫折的机会,以及防止发生错误时所带来的威胁。对於操作员在操作自动化仪器,与处理危险化学物品时,若是HMI设计不良而产生错误动作,将可能有生命的危险。为了避免这情况发生,从HMI开始设计时就应该考量让错误发生的机会最小化。


若是使用者在使用HMI时不经意犯了错误,应该要能对使用者提供适当的讯息,以便确定使用者是否要确定执行该操作。若使用者不是很熟练,则提供使用者下一步该做什麽的建议。


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大标:[8] 将资源作最隹化的运用


现今大多的HMI都需要在嵌入式系统实现,一个标准嵌入式系统包括微控制器(MCU)或系统单晶片(SoC)与大量的快闪记忆体以支持系统,再加上多种外设介面(UART,SPI,I2C等) 。


这些嵌入式可以执行即时作业系统或完整的作业系统(如Linux),然而嵌入式系统不同於标准桌上型电脑拥有那样多的资源。因此,HMI的设计必须充分运用有限的资源。


大标:[9] 使预算与效能达成平衡


机构与材料成本都必须列入考量,在原件使用与相关技术的选择时。必须在预算与效能的要求都符合时才能使用。例如萤幕的大小,电阻式或电容式触控的选择,更重要的是使用先进与高度优化的晶片方案将使HMI的布署更加的顺利;既能缩减电路板的大小,也能够简化采购流程,降低电力的消耗,减少系统相关的整体费用,缩短整个开发所需的时间。


由Bridgetek开发的嵌入式视频引擎(EVE),让HMI的建构方式不再需要帧缓冲器(frame buffer),只需低阶的MCU及较小的快闪记忆体。EVE可以实现节省成本,缩减电路板面积以及较低功率的目标。利用将HMI分解为不同的物件(如圆圈、按钮、声音等)并且使用它们的指标来运算。从而大量减少系统上所需传输的数据,因此减少延迟同时也提高HMI的效能。


为了在十分受限的环境下更善用系统记忆体,最新一代EVE晶片能够采用自适应可伸缩纹理压缩(ASTC)演算法。此外,也有专用的QSPI主机介面用来对外部记忆体直接存取,进而释放主系统的QSPI端囗(因主系统不再须要对记忆体作复制的动作),从而减少主系统MCU的工作量而专注於其他任务。


大标:[10] 充分运用可使用的资源


关於 HMI的国际标准与指南,是基於许多不同HMI应用状况的反??,以众人认可的最隹范例汇集而成,所以可以对设计者提供相当好的启发,关於如何开发与布署HMI以及资源该如何分配以得到最隹效果。因此,在开始HMI项目之前请叁考:


https://www.asmconsortium.net/deployment/guidelines/Pages/default.aspx


与https://www.iso.org/standard/53590.html


此外,相关的开发工具也可以采用。如Bridgetek最近对EVE的工具链作了进一步的改善,以简化HMI建构的过程也能缩短项目完成需要的时间。


该工具链提供工程师一个直观拖放式的设计环境,以便开始这些工程师的HMI项目,也能够叁考其他有用的项目范例。也提供预先配置有用的小物件(如拨号盘、滑块、时钟等) 。有经验的工程师能够使用更复杂的功能以建构更优良的HMI。


(本文作者Gavin Moore、Jerry Hu任职於Bridgetek公司)


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