【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計除了應(yīng)當(dāng)滿足人的需求外，在設(shè)計的整個過程中也必須時時考慮到人的因素，使設(shè)計出來的產(chǎn)品能夠保障人的安全和健康，提高人的工作效率與質(zhì)量實現(xiàn)人的舒適與愉悅，乃至有利于人類長遠(yuǎn)發(fā)展的利益。而這一思想又必須通過工程手段才能得以落實，因此人機(jī)工程學(xué)可以說是現(xiàn)代設(shè)計的基礎(chǔ)學(xué)科。 人機(jī)工程學(xué)為產(chǎn)品與環(huán)境的設(shè)計提供可依據(jù)的人因數(shù)據(jù)。它為進(jìn)行人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)。人機(jī)工程學(xué)的特點是在研究人、機(jī)、環(huán)境 3 個要素本身特征的基礎(chǔ)上，不單著眼于個別要素，而是將使用產(chǎn)品的人和所設(shè)計的產(chǎn)品，以及人與產(chǎn)品所共處的環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究。在這個系統(tǒng)設(shè)計理論中人、機(jī)、環(huán)境 3 個要素之間相互聯(lián)系、相互作用的關(guān)系決定這系統(tǒng)總體的性能。 人機(jī)界面設(shè)計 人機(jī)界面定義 在人與機(jī)器的交互（ humanmachine interaction）過程中，有一個界面充當(dāng)信息傳遞的媒介，即人們所說的人機(jī)界面（ humanmachine interface）。人機(jī)界面是由連接可編程序控制器（ PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表 等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機(jī)器畢業(yè)設(shè)計 5 信息交互的數(shù)字設(shè)備 ,由硬件和軟件兩部分組成。 人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了 HMI 產(chǎn)品的性能高低，是HMI 的核心單元。根據(jù) HMI 的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用 8 位、 16 位、 32 位的處理器。 HMI 軟件一般分為兩部分，即運行于 HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于 PC 機(jī)Windows 操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如 JB－ HMI 畫面組態(tài)軟件）。使用者都必須先使用 HMI 的畫面組態(tài)軟件制作 “工程文件 ”，再通過 PC 機(jī)和 HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的 “工程文件 ”下載到 HMI 的處理器中運行。 圖 1 圖 2 設(shè)計人機(jī)界面進(jìn)行分工時，要充 分發(fā)揮人機(jī)的各自特點，可采用最大最小原則，即人承擔(dān)的工作量應(yīng)最大 ，最大限度利用機(jī)器的同時，充分發(fā)揮人的因素。人機(jī)結(jié)合并注畢業(yè)設(shè)計 6 意人的主導(dǎo)地位，將有效地保證系統(tǒng)的可靠性和壽命。 人機(jī)界面的用戶研究 （ 1） 用戶分 類 ① 新手用戶 ， ② 平均用戶 ③ 專家用戶 ④ 偶然用戶 （ 2） 影響用戶行為特征的因素 在人機(jī)界面分析研究中，人作為人機(jī)交互系統(tǒng)的一方起著重要作用，因此界面的設(shè)計必須對人的認(rèn)知行為特征有基本的認(rèn)知和度量，才能保證人和機(jī)器能很好的協(xié)同工作。在人機(jī)交互界面設(shè)計中所要考慮的人的因素主要包括： ① 人機(jī)匹配性，用戶是人，計算機(jī)系統(tǒng)作為人完成任務(wù)的工具，應(yīng)該使計算機(jī)和人機(jī)系統(tǒng)很好的匹配工作。 ② 人的固有技能，作為計算機(jī)用戶的人具有許多固有的技能，例如身體和動作的技能、語言和通信的技能、思維能力、學(xué)習(xí)和求解問題的能力等。 ③ 人的固有弱點，人具有健忘、易出錯、注意力不集中、情緒不 穩(wěn)定等固有弱點。 ④ 用戶的經(jīng)驗和受教育程度，使用計算機(jī)的用戶的受教育程度決定了他對計算機(jī)系統(tǒng)的知識經(jīng)驗及對計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的知識水平。 ⑤ 用戶系統(tǒng)的期望和態(tài)度，首先從用戶使用系統(tǒng)的原因來看，計算機(jī)系統(tǒng)可作為用戶完成其任務(wù)的不可缺少的組成部分，也可作為可選部分；其次從用戶對系統(tǒng)的期望和態(tài)度來看，有 3 種情況，即中性的、 積極地和消極的；最后，從用戶使用計算機(jī)的目的來看，絕大多數(shù)用戶使用計算機(jī)是為了幫助他們更好地解決應(yīng)用領(lǐng)域的實際問題。 （ 3） 用戶使用需求分析 ① 作為用戶對計算機(jī)系統(tǒng)的要求 ② 用戶技能方面的使用要求 ③ 用戶習(xí)性方面的要求 ④ 對用戶經(jīng)驗、知識方面的使用要求 ⑤ 用戶對系統(tǒng)的期望方面的要求 界面開發(fā)的設(shè)計原則 畢業(yè)設(shè)計 7 （ 1） 應(yīng)用程序和人機(jī)界面分離的原則 應(yīng)用程序和人機(jī)界面分離的思想類似于數(shù)據(jù)庫管理中數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的分離，在那里數(shù)據(jù)的存儲組織、查詢、管理由專門部件即數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成。在人機(jī)界面設(shè)計中也同樣把人機(jī)界面功能，包括界面的布局、顯示、用戶操作等專門由用戶界面管理系統(tǒng)完成，應(yīng)用程序不再管理人機(jī)交互功能，也不和人機(jī)界面編碼混雜在一起。 （ 2） 簡單原則 交互界面應(yīng)美觀、精煉，不應(yīng)該包括不相關(guān)或不常用的信息。 合理的利用空間，利用顏色、顯示效果來實現(xiàn)內(nèi)容與形式的統(tǒng)一，界面設(shè)計中 最基本的功能應(yīng)該讓人可以立刻看到， 還要減少用戶的記憶要求，簡化用戶的工作。 （ 3） 一致性原則 在程序系統(tǒng)中，應(yīng)該要求其概念模式、語義、命令語言語法及顯示格式等的一致性。人機(jī)界面的一致性主要體現(xiàn)在輸入、輸出方面的一致性，具體是指應(yīng)用程序的不同部分，甚至不同程序之間，具有相似的界面外觀、布局和相似的人機(jī)交互方式以及相似的信息顯示格式等。 （ 4） 快速的系統(tǒng)響應(yīng)和低的系統(tǒng)成本 在使用較 多硬件設(shè)備并與其他軟件系統(tǒng)連接時，會帶來較大的系統(tǒng)開銷，人機(jī)界面在此情況下應(yīng)具有較快的響應(yīng)速度和較小的系統(tǒng)開銷。 （ 5） 安全性原則 系統(tǒng)應(yīng)該讓用戶盡量避免發(fā)生錯誤，交互界面應(yīng)該提供視覺指引、提示、選擇列表和其他的輔助，無論是自動的還是被人要求的。例如被設(shè)計在很多系統(tǒng)的拼寫檢查功能。用戶在工作的時候，可能拼寫錯誤的單詞會被標(biāo)示出來，系統(tǒng)允許用戶隨時換一個單詞，或者當(dāng)他們工作結(jié)束后，可以再回頭檢查處理這些錯誤。 （ 6） 滿足 創(chuàng)造一個有進(jìn)展和有成就感的良好感覺，讓用戶能不斷的取得進(jìn)展并有成就感。對用戶的操作盡量做 到立即響應(yīng)，人和延遲可能會干擾用戶的工作和使用效率，降低了用戶對系統(tǒng)使用的信心。及時的響應(yīng)可以讓用戶知道結(jié)果是否正確，并且能隨時改變操作。 （ 7） 直觀 讓對象和操作能夠直觀可見，要盡可能是交互界面表現(xiàn)的和真實世界一樣。模擬真實世界和自然直接的交互方式會讓交互界面更加直觀。利用用戶在計算機(jī)領(lǐng)域外的經(jīng)驗的能夠直觀地使用圖標(biāo)和系統(tǒng)窗口。另外對系統(tǒng)的控制應(yīng)該清晰可見，此外各種功能也畢業(yè)設(shè)計 8 應(yīng)該是明確的。對控制的可視化表現(xiàn)有幫助用戶理解操作原則，記住任務(wù)的步驟并且明確計算機(jī)應(yīng)該做什么。 界面的交互式設(shè)計 界面的交互方式通常稱為人機(jī)交互方式，又稱交互技術(shù)、接口技術(shù)、對話技術(shù)、界面類型等。由此可見，界面交互方式有很多種，每種都有不同的性能、特點和適用范圍。軟件界面設(shè)計時必須要充分了解各種界面的優(yōu)缺點和使用限制，按照不同的用戶、任務(wù)，設(shè)計適合的人機(jī)交互界面，傳統(tǒng)的人機(jī)交互方式有問答式對話、菜單界面、填表界面、命令語言界面、查詢語言界面等。隨著計算機(jī)及多媒體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了圖形用戶界面及直接操縱界面等，并可以用語言進(jìn)行人機(jī)交互，使人和計算機(jī)之間的交流越來越簡單、方便。 界面的開發(fā)過程 （ 1） 定義階 段 ① 可行性分析 ，包括用調(diào)查用戶的界面的要求和使用環(huán)境，盡可能廣泛的向系統(tǒng)未來的各類直接或潛在用戶進(jìn)行調(diào)查，同時兼顧調(diào)查人機(jī)界面涉及的硬、軟件環(huán)境。 ② 需求分析 ，包括用戶特性分析、任務(wù)分析等。用戶特性分析是調(diào)查用戶類型，定性或定量的測量用戶特性，了解用戶的技能和經(jīng)驗，預(yù)測用戶對不同界面設(shè)計的反響；任務(wù)分析是從人和計算機(jī)兩方面共同入手，進(jìn)行系統(tǒng)的任務(wù)分析。 （ 2） 構(gòu)造階段 ① 建立界面模型 ，描述人機(jī)界面的結(jié)構(gòu)層次和動態(tài)行為過程，確定描述模型的規(guī)格、說明語言的形式，并對該語言進(jìn)行定義。 ② 任務(wù)設(shè)計 ，根據(jù)用戶特性和任務(wù)分析的界面規(guī)格需要說明，詳細(xì)分解任務(wù)動作，并分配給用戶或計算機(jī)或二者共同承擔(dān)，確定適合于用戶的系統(tǒng)工作方式。 ③ 環(huán)境設(shè)計 ，確定系統(tǒng)的硬、軟件支持環(huán)境帶來的限制，甚至了解工作場所，向用戶提供各類文檔要求等。 ④ 界面類型設(shè)計 ，制定最為合適的界面類型，包括確定人機(jī)交互的任務(wù)類型，估計能為交互提供的支持級別和復(fù)雜程度。 ⑤ 交互設(shè)計 ，根據(jù)界面規(guī)格需求說明進(jìn)行界面結(jié)構(gòu)模型的具體設(shè)計，考慮存儲機(jī)制，劃分界面結(jié)構(gòu)模塊。 ⑥ 屏幕顯示和布局設(shè)計 ，制定屏幕顯示信息的內(nèi)容和次序，進(jìn)行屏幕總體布局和畢業(yè)設(shè)計 9 顯示結(jié)構(gòu)設(shè)計。 ⑦ 藝術(shù)設(shè)計 ，包括為吸引用戶的注意所進(jìn)行的增強(qiáng)顯示的設(shè)計。 ⑧ 幫助和出錯信息設(shè)計 ，設(shè)計幫助信息和出錯信息的內(nèi)容，設(shè)置查詢方法，并進(jìn)行出錯信息和幫助信息的顯示格式設(shè)計。 ⑨ 原型設(shè)計 ，對系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計后開發(fā)人員用較短的時間和較低的代價開發(fā)出一個滿足系統(tǒng)基本要求、簡單可行的運行系統(tǒng)。 ⑩ 界面測試和 評估 ，完成設(shè)計的系統(tǒng)界面必須經(jīng)過嚴(yán)格的測試和評估。 （ 3） 維護(hù)階段 ，它的關(guān)鍵任務(wù)是通過各類必要的維護(hù)行為，使系統(tǒng)持久的滿足用戶的需求，主要包括： ① 改正性維護(hù) ② 適應(yīng)性維護(hù) ③ 完善性維護(hù) ④ 預(yù)防性維護(hù) 畢業(yè)設(shè)計 10 3 組態(tài)軟件 的引入及其 簡介 組態(tài)軟件的引入 計算機(jī)測控系統(tǒng)軟件編制可采用以下兩種方法：一是采用 Visual Basic、 Visual C++、Delphi 等基于 Windows 平臺的開發(fā)程序來編制；二是采用組態(tài)軟件來編制。前者程序設(shè)計靈活，可以設(shè)計出不同風(fēng)格的人機(jī)界面系統(tǒng)，但設(shè)計工作量大，開發(fā)調(diào)試周期長，軟件通用性差，對于不同的應(yīng)用對象都要重新設(shè)計或修改程序，軟件可靠性低。監(jiān)控組態(tài)軟件是標(biāo)準(zhǔn)化、模塊組合化、商品化的通用開發(fā)軟件，只需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模塊的軟件組態(tài)和簡單的編程，就可設(shè)計出標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化 、通用化強(qiáng)、可靠性高的人機(jī)界面監(jiān)控程序，且工作量小，開發(fā)調(diào)試周期短。 組態(tài)軟件及其發(fā)展 組態(tài)軟件的初步認(rèn)識 組態(tài) 軟件 ，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文 SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件 。它們處在 自動控制系統(tǒng) 監(jiān)控層一級的 軟件 平臺和 開發(fā)環(huán)境 ，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的 軟件 工具。組態(tài) 軟件 的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于 電力 系統(tǒng)、 給水系統(tǒng) 、石油、 化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在 電力 系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱 遠(yuǎn)動系統(tǒng) (RTU System,