什么是人机界面？

顾名思义，人机界面 (HMI) 是指任何让人类可以与机器、系统或设备进行交互的界面类型。HMI 用户界面旨在实现双向通信，既向操作员呈现信息，同时他们也可以输入指令。尽管存在普遍误解，但人机界面 (HMI) 远不止于触控面板那么简单。它涵盖操作员执行功能、接收信息时所触摸、观察、聆听或使用的各种元素。这包括机电按钮、开关、视觉与听觉状态指示器，以及搭载图形用户界面 (GUI) 以及数字按键的多层触摸屏。

HMI 系统的用途

人机界面 (HMI) 的主要用途是促进操作员与机器之间高效且有效的沟通。通过提供用户友好的交互方式，HMI 使操作员能够更轻松地监控和控制机械设备、系统或工艺流程。这种交互既涵盖简单的功能（如设备“开/关”操作），也涉及更复杂的操作（如系统参数配置或故障排除）。在每套操作界面背后，通常都配备可编程逻辑控制器 (PLC)，而触控面板可直接与 HMI 集成。

工业人机界面 (HMI) 面板

工业人机界面在制造业、能源业、交通运输业和医疗保健业等多个领域发挥着至关重要的作用。这些 HMI 操作面板专为应对恶劣环境而设计，能在严苛条件下提供可靠性能。

工业人机界面 (HMI) 的应用

工业人机界面 (HMI) 面板应用广泛，例如：

• 制造业：监控生产工艺流程、管理机械设备并确保产品质量
• 能源业：监管发电与配电系统、管理可再生能源并优化能源效率
• 交通运输业：监管铁路、地铁及机场等交通系统，确保其安全高效运行
• 医疗保健业：管理医疗器械、监测患者数据并保障患者安全舒适
   

工业人机界面 (HMI) 的挑战和设计考量

工业人机界面 (HMI) 的设计面临着独特挑战，包括：

• 恶劣环境：工业人机界面 (HMI) 必须能够承受极端温度、湿度、粉尘和振动环境。
• 可靠性：这些界面的性能必须保持稳定可靠，即使在持续使用状态下亦是如此。
• 安全：它们必须确保敏感数据的安全，并通过角色与权限管理等手段来防止未经授权的系统访问。
• 自定义：工业人机界面 (HMI) 需针对特定行业的独特需求及设施的运行要求进行定制化设计。
   

人机界面 (HMI) 的组件

HMI 面板或系统由多种硬件和软件组件构成，这些组件协同工作，以提供无缝的用户体验。这些组件包括：

• 触控面板：这是当今最常见的 HMI 设备，操作员可通过触摸式输入与机器进行交互。
• 机电按钮和开关：许多人机界面 (HMI) 还包含物理按钮和开关，这些元件能提供触觉反馈，尤其适用于触控面板可能不适用的环境。
• 状态指示器：视觉和听觉指示器向操作员提示机器状态，帮助其快速评估并应对任何问题。
• 图形用户界面 (GUI)：图形用户界面 (GUI) 以可视化形式呈现机器的功能与运行，使操作员更易于理解和控制机器。
• 连接：将人机界面 (HMI) 与其他设备或系统（如可编程逻辑控制器 (PLC)、传感器和执行器）相连的通信通道。
   

成功设计人机界面 (HMI) 的关键

HMI 控制器的用户友好性取决于对用户及其使用场景的透彻理解。在设计人机界面 (HMI) 之前，必须充分考虑未来操作人员的多样化特征及其特定需求、能力与局限性。这种以用户为中心的设计理念，确保人机界面 (HMI) 能够直观高效，满足所有用户的操作需求。

了解使用者

对使用者进行扎实的定义需要分析多种因素，例如：

• 使用者人口统计特征：教育程度、技术熟练度或其他相关因素 
• 使用者角色：操作员的具体任务与职责，可能因岗位不同而有所差异（普通用户、管理员等）
• 物理位置：操作环境，包括照明、温度、噪音与振动水平、粉尘/水/化学物质暴露程度，以及人机界面 (HMI) 的室内/室外使用场景
• 需执行的任务：操作员通过人机界面 (HMI) 需完成的具体操作
   

采用以用户为中心的方法

要创建有效的人机界面 (HMI)，采用以用户为中心的方法至关重要。这涉及：

• 开展用户研究：通过问卷调查、面谈和观察收集用户需求、偏好及痛点
• 设计时注重可用性：创建易于学习、高效使用且最大限度降低错误风险的界面
• 原型设计与测试：制作原型并进行可用性测试，以便在人机界面 (HMI) 最终部署前识别并解决潜在问题
• 迭代改进：根据用户反馈和不断变化的需求持续优化人机界面 (HMI)
   

精心设计的 HMI 所具备的优势

精心设计的 HMI 具有诸多优势，包括：

• 提升用户体验：直观易用的界面有助于提升操作员满意度和生产力。
• 提高效率：简化的工作流程和便捷的信息获取方式，使操作员能够更快速、更准确地完成任务。
• 增强安全性：以清晰简洁的方式呈现信息，有助于操作人员做出明智决策，并降低出错风险。
• 增强情境感知能力：人机界面 (HMI) 可提供实时数据和警报，使操作员能够随时掌握系统状态并及时响应任何问题——这在当今工厂中尤为重要，因为一名操作员通常需要负责多台机器，而这些机器可能并不直接相邻。

集成移动和可穿戴设备的 HMI 的优势

将移动设备和可穿戴设备集成到 HMI 系统中具有诸多重要优势，包括：

• 增强移动性：无论操作员身处设施何处，均可保持对机械设备的控制，从而提升其快速响应突发问题的能力。
• 增强态势感知能力：可穿戴设备为操作员提供实时警报和重要数据，使其能够随时掌握机器的运行状态和性能表现。
• 提高效率：移动设备和可穿戴设备通过提供便捷的信息获取方式和控制功能，可简化操作流程，从而减少管理机器所需的时间和精力。
   

人机界面 (HMI) 的未来发展趋势

随着技术和用户需求的不断发展，人机界面 (HMI) 的功能也在持续进化。近期涌现的若干趋势正推动操作界面实现转型，使其更具智能性和适应性：

• 工业 4.0 的全面落地要求将人机界面 (HMI) 与物联网 (IoT)——更具体地说，是工业物联网 (IIoT)——实现互联，从而支持实时数据交换与远程监控。这进而推动了高级分析技术的应用，这种技术可用于预测性洞察并优化系统性能。
• 人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 使 HMI 系统能够从用户交互中学习，并适应个人偏好。由此产生的界面更具个性化且高效，还能够预判操作员的需求。例如，人工智能驱动的 HMI 可分析历史数据以预测潜在问题，并提供预测性维护建议，从而减少停机时间并提升生产力。
• 增强现实 (AR) 与虚拟现实 (VR) 技术将通过增强沉浸感和交互性，彻底革新人机界面 (HMI) 体验。增强现实 (AR) 技术能在物理环境中叠加数字信息，使操作员能够直接在视野范围内查看数据和操作指令。而虚拟现实 (VR) 技术则能模拟复杂场景，让操作员在安全可控的环境中进行技能训练与精进。
• 语音识别与自然语言处理 (NLP) 技术现已融入人机界面 (HMI)，使操作员仅需发出语音指令即可操控机器。这不仅简化了操作流程，还减少了对物理界面进行“动手操作”的依赖。支持语音功能的 HMI 还能提供语音反馈，从而增强交互沟通效果，提升整体用户体验。
• 生物特征识别技术（包括指纹和面部识别）能够增强人机界面 (HMI) 的安全性和易用性。这些技术确保特定的机器控制功能仅限授权人员操作，从而降低未经授权使用的风险，并提升操作安全性。