【文章內(nèi)容簡介】 電子方面的經(jīng)驗(yàn)使 Honeywell 在工業(yè)控制軟環(huán)境設(shè)計(jì)方面具 有獨(dú)特的優(yōu)勢，從 90 年 代開始， Honeywell 借貫通航空電子和工業(yè)控制的優(yōu)勢，組織了一個(gè) “異常情況管理 ”（ Abnormal Situation Management Consortium，簡稱 ASM）的松散研究組織，專門研究控制系統(tǒng) MMI 的問題。 ASM 通過對人機(jī)心理和工控環(huán)境的研究，發(fā)表了一系列 MMI 的設(shè)計(jì)原則，其中顯示系統(tǒng)的色彩和畫面設(shè)置是一個(gè)重要內(nèi)容。 ASM 的研究結(jié)果表明，斑斕的色彩和眩目的圖形設(shè)計(jì)是工業(yè)控制的大敵。在天下太平的時(shí)候，這可能使畫面看起來很有趣。但在緊急情況發(fā)生時(shí)，真正的警報(bào)信息可能 就淹沒在斑斕和眩目之中。事實(shí)上，航空界很早就開始向這個(gè)方向轉(zhuǎn)移了。飛機(jī)座艙里除了各種儀表和開關(guān)外，指示燈也越來越多，提醒飛行員各個(gè)系統(tǒng)的工作情況和任何異常。習(xí)慣上，如果一個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)，和這個(gè)系統(tǒng)相應(yīng)的指示燈就是亮的；一旦系統(tǒng)停轉(zhuǎn)，指示燈相應(yīng)熄滅。以后開始用不同顏色區(qū)分不同的狀態(tài)，綠色表示正常，紅色表示故障，有時(shí)候還加上黃色，表示異常但還不到故障的地步。隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度迅速提高，座艙內(nèi)很快就變成了燈的海洋，在工業(yè)界就被戲稱為 “圣誕樹 ”。有些系統(tǒng)在正常的時(shí)候并不需要工作，或者只有在某種模式下才需要工作，比如起落 架，著陸的時(shí)候不能放下起落架是要命的事，但在飛行的時(shí)候就不需要放下。如果不分狀態(tài)，簡單化以下，只能取保險(xiǎn)的狀態(tài)，也就是放下了是正常，不放下就是不正常。這樣一來，起落架的指示燈倒有大半時(shí)間是紅的。這樣的系統(tǒng)多了，燈海里紅的、綠的就不再容易分辨到底誰是真故障，誰是真正常?？湛驮谠O(shè)計(jì) A300 的時(shí)候，就開始采用所謂的 “暗艙 ”原則，正常的系統(tǒng)指示燈根本不亮，只有不正常的系統(tǒng)指示燈才亮，這樣一下子就抓住飛行員的注意力，一邊及時(shí)處理問題。 ASM 將這個(gè) “暗艙 ”原則應(yīng)用的工業(yè)過程控制人機(jī)界面設(shè)計(jì)中，也只著重顯示異常系統(tǒng)。 從這個(gè)原則出發(fā)，工控畫面設(shè)計(jì)有幾個(gè)原則： 背景使用最枯燥乏味的淺灰色或其他所謂的 “中和色 ” 所有設(shè)備、管線、字符和靜態(tài)畫面元素使用中灰色，和背景有足夠反差就夠了，不用過于醒目，不必要地爭奪注意力 盡量使用指針、水銀柱等模擬式顯示，降低對數(shù)字的依賴 只有動態(tài)數(shù)據(jù)、指針、水銀柱采用較深的灰色 避免一切不必要的、純粹為了好看的圖形細(xì)節(jié)，比如三維的容器、漸變色、旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉片等 色彩只用于警告顯示，紅、黃、藍(lán)或其他顏色只用于表示警告等級，不用于任何其他用處 設(shè)備的正常啟動、停止不是警報(bào)， 不用色彩表示，最多再深灰和淺灰之間切換，以避免和真正的警報(bào)混淆 使用這樣的 “暗艙 ”原則設(shè)計(jì)的工控畫面在正常的時(shí)候是很乏味的一片灰色，但一旦出現(xiàn)異常，那幾點(diǎn) “萬綠叢中一點(diǎn)紅 ”非常醒目，馬上就抓住操作工的注意力，有利于得到及時(shí)處理。 由于這個(gè)設(shè)計(jì)原則和傳統(tǒng)的工控畫面太不相同，一開始實(shí)施的時(shí)候受到操作工的強(qiáng)烈反對，特別是有經(jīng)驗(yàn)的老工人，最大的反對理由是： 傳統(tǒng)的黑背景、彩色線條和色塊更加醒目 傳統(tǒng)的用顏色區(qū)分設(shè)備和狀態(tài)更加醒目 實(shí)際上，這種傳統(tǒng)恰好是 ASM 要根治的。黑背景是有原因的。過去顯示技術(shù)不發(fā)達(dá)，色 彩少，亮度低，反差不足，只好用黑色作背景，增加反差，增加可讀性。這在早年的文字處理和 DOS 環(huán)境也是一樣， WordStar 就是黑底綠字， DOS 到現(xiàn)在還是黑底白字。隨著顯示技術(shù)的進(jìn)步，人們開始用淺色背景和深色字符，因?yàn)檫@樣對眼睛比較舒服，可以長時(shí)間閱讀。現(xiàn)在的文字處理或一般軟件等已經(jīng)基本看不到黑底白字了，個(gè)別網(wǎng)頁依然用黑底白字（綠字、黃子、紅字），閱覽的人要不了多久就眼睛很不舒服，感到刺眼了。工控顯示是一樣的道理，除了習(xí)慣，沒有理由采用黑底白字。事實(shí)上，采用淺色背景還有利于消除燈光或環(huán)境光線在屏幕上的反光，有利 于增大室內(nèi)光亮。人都喜歡在明亮的環(huán)境工作，昏暗的環(huán)境使人昏昏欲睡。采用淺色背景可以大大提高控制室內(nèi)的明亮度。 用顏色區(qū)分設(shè)備和狀態(tài)增加了很多并不提供額外信息的靜態(tài)信息，等真正需要抓住操作工的警告色出現(xiàn)的時(shí)候，容易淹沒在五顏六色之中，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理異常情況。 使用高亮度的淺色背景當(dāng)然也是有代價(jià)的，代價(jià)就是顯示器的壽命將要縮短，可能從一兩年縮短到 610 個(gè)月?，F(xiàn)在 20 英寸 LCD 顯示器才 200300 美元，這點(diǎn)代價(jià)對工業(yè)界來說微不足道。 在使用直觀手段顯示數(shù)據(jù)方面， ASM 鼓勵使用圖形，包括一些平時(shí)不大常用的 圖形。人眼對數(shù)字的變化不敏感，但對于圖形模式的變化很敏感。這就是人眼為什么容易識破偽裝的道理，也是 ASM鼓勵使用圖形而不是數(shù)字顯示的道理。一個(gè)大型裝置有成千上萬個(gè)測量點(diǎn)，其中蘊(yùn)涵了裝置的健康狀態(tài)和產(chǎn)能信息，在一個(gè)畫面統(tǒng)統(tǒng) 顯示出來既不可能，也造成不可想像的信息過載（ information overload）。有時(shí)有那么十幾個(gè)實(shí)際過程參數(shù)可以直接表征裝置的基本狀態(tài)，有時(shí)需要通過 PLS 等數(shù)學(xué)方法將大量相關(guān)的信息提煉、濃縮成十幾個(gè) “合成 參數(shù) ”用來檢測。如果對這些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行標(biāo)稱化（ normalization）， 葉就是除以正常值，這樣正常的時(shí)候，標(biāo)稱化后的參數(shù)值就是 1，小于 1 或大 于 1 都是不正常的。這樣的十幾個(gè)參數(shù)可以用條形圖表示，正常的時(shí)候是平頂?shù)?，哪一個(gè)太高或太低很容易看出來。但更有效的表示方法是用所謂的 “蜘蛛網(wǎng)圖 ”或極坐標(biāo)圖，每一條放射線代表一個(gè)標(biāo)稱化了的參數(shù)，正常的時(shí)候蜘蛛網(wǎng)是近乎圓的，一變形就代表出了問題，甚至還沒有到告警的程度，就很容易抓住操作工的注意力。 解決了色彩的問題，下一個(gè)就是畫面布局和聯(lián)系的問題。這里有兩個(gè)問題： 解決 “隧道視野 ”的問題 解決畫面切換的導(dǎo)航問題 ASM 用一個(gè)全新的多層 畫面結(jié)構(gòu)同時(shí)解決了這兩個(gè)問題。這是一個(gè)通過視窗環(huán)境實(shí)現(xiàn)的多窗口顯示體系在一個(gè)顯示屏上同時(shí)顯示 4 個(gè)窗口，每一個(gè)窗口有固定的位置、大小和功能。具體來說，兩大主要顯示左為系統(tǒng)級（相當(dāng)于車間級）顯示，比如化工廠的反應(yīng)器系統(tǒng)、精餾塔系統(tǒng)等，右為單元設(shè)備級（相當(dāng)于工段級），比如反應(yīng)器系統(tǒng)里的進(jìn)料泵和閥，精餾塔系統(tǒng)里的某一個(gè)塔及其附屬設(shè)備。這兩級顯示以圖形和字符為主，兩級之間的關(guān)系猶如文件系統(tǒng)的目錄樹，系統(tǒng)級當(dāng)然是根目錄，單元 裝置級當(dāng)然是子目錄。圖形表示設(shè)備和管線及其狀態(tài)，字符表示具體數(shù)值和設(shè)備標(biāo)號。為了避免畫面過于擁 擠，很多控制系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)（如手動 /自動，初始化狀態(tài)，設(shè)定值、過程測量值、控制輸出等）不在主要畫面上顯示，但另外有所謂的 “成組顯示 ”（ group display）專門顯示若干相關(guān)的控制和監(jiān)測回路的具體信息，如上述狀態(tài)參數(shù)。這些成組顯示也屬于上述樹結(jié)構(gòu)，掛在單元裝置級顯示的下一層。但具體到每一個(gè)控制和監(jiān)測回路，還有更多的具體信息，如控制律參數(shù)整定（還記得 PID 控制嗎？）警告限、具體的回路組態(tài)等，這就需要另一個(gè)單回路顯示（ detail display）。點(diǎn)擊任一畫面上的任一控制或監(jiān)測回路，這個(gè)回路的具體信息就在 單回路顯示里顯示出來。成組顯示和單回路顯示以字符為主，沒有多少圖形。 單回路顯示有自己的專用記錄儀顯示，用于觀察控制回路對設(shè)定值、測量值、控制輸出的響應(yīng)。另外還有一個(gè)公用的多筆記錄儀顯示，供操作工按需要增減記錄參數(shù)。 各 級顯示畫面上像 Excel 的 spreadsheet 一樣，有一系列 tab，每一個(gè) tab 表明代表一個(gè)系統(tǒng)或單元裝置，點(diǎn)擊 tab 就自動調(diào)用相應(yīng)的畫面，點(diǎn)擊系統(tǒng)級的 tab 連單元裝置級的畫面一起更新，單元裝置級畫面更新導(dǎo)致成組顯示也更新，就像在文件系統(tǒng)里點(diǎn)擊不同的層次的目錄名一樣。這從根本上解決了畫面之 間的導(dǎo)航問題。 Tab 還有另外一個(gè)作用：這個(gè) tab 屬下的回路中有進(jìn)入警報(bào)狀態(tài)的話，tab 按警報(bào)等級自動改變顏色，操作工可以很直觀地一下子就看到哪里出了問題，好及時(shí)處理。單回路顯示沒有 tab，由點(diǎn)擊別的畫面來更新，或者