简述人机界面和数据可视化ui的设计步骤（简述人机界面和数据可视化ui的设计过程）

随着工业数据量呈指数级增长，人机界面正在提供改进的数据可视化和讲故事工具，以更好地支持智能自动化和战略决策。

在很多行业，你都可以听到这样一句话：“数据就是金钱”。据世界经济论坛预测，到2025 年，全球每天产生的数据量预计将达到483 艾字节。

在我们的日常生活中，当我们通过搜索引擎搜索信息或访问智能手机时，就会生成数据。 Global Market Insights预计，到2026年，工业自动化领域的工业传感器出货量将超过30亿颗。工业传感器的日益普及以及先进的控制器和数据采集平台正在以惊人的速度实现实时数据收集，并且数据量呈指数级增长。

然而，仅仅收集数据是不够的，还需要将其情境化并可视化为可以快速、轻松地解释的有用信息。有价值的信息使用户能够形成概念、发现模式和异常并得出结论。如今，随着从传感器、控制器、工业物联网设备和其他系统接收到的数据越来越多，先进的数据可视化变得至关重要。

人脑比文本或其他类型的数据更擅长处理视觉数据，并且人脑比基于文本的信息更擅长记住故事和视觉效果，因此以这种格式提供的信息至关重要。

持续优化的界面设计

一些开始影响工业自动化的用户界面（UI）和数据可视化设计趋势包括使用真实图片、美学极简主义和复杂排版等概念。本地人机界面(HMI)、监控和数据采集(SCADA) 系统以及整体设备效率(OEE) 显示器都需要有效的UI 并呈现高级分析和预测性维护的结果。这些用户界面需要吸引操作员的注意力，因此需要直观并允许快速解释数据，以便采取行动。

微软的一项研究表明，2000年，人类的平均注意力持续时间为12秒，但到2013年，这个时间已经下降到8秒。因此，设计人员在创建数据可视化时必须纳入预先注意的属性，以便操作员不需要过度关注屏幕上的信息。

前注意属性是我们的大脑在几毫秒内处理的属性，例如颜色、形状、空间方向和运动。

**颜色。 **颜色可以增强或分散数据可视化中的信息。 HMI 设计标准ISA-101 建议谨慎使用颜色，主要用于指示异常或异常情况。态势感知方法（让用户在设计屏幕和仪表板时了解上下文）还提倡谨慎使用颜色和形状，以确保操作人员专注于可操作的数据。

在使用颜色进行数据可视化时，专家还提倡一致、有效地使用颜色，并理解所选调色板的文化意义。颜色的含义可能因文化或颜色偏见而异。例如，在西方文化中，红色通常用来表示警告或危险，而在中国，红色则代表好运和成功。因此，在设计数据可视化屏幕时，需要在所传达的信息的背景下考虑颜色的影响。应有目的地使用颜色，以引起对部分数据的注意或突出显示，或区分不同的数据点。

亮度与颜色相关，而深色数据仪表板（尤其是带有柔和或霓虹调色板的深色背景）越来越受欢迎，其灵感来自星球大战等未来电影和苹果品牌等主要品牌。暗数据仪表板可以延长显示设备的电池寿命，减少眼睛疲劳，并根据当前光线条件自动调节亮度，使黑暗环境下使用更方便，更符合视觉人体工程学。由于这些和其他优点，暗数据仪表板现在比浅色主题仪表板使用得更多（见图1）。

**** 图1：深色HMI 仪表板比浅色更受欢迎，但颜色的使用应始终有目的并考虑到最终用户的期望。

形式。该形式适用于区分屏幕数据的属性。例如，动态增加对象、突出部分或屏幕区域的大小，以表明其重要性并快速吸引操作员的注意力。

**空间定位。 **空间定位是用于表示数据的空间，可能包括二维和三维表示的应用。大多数数据可视化都是在二维空间中描绘的。然而，GIS 和3D 表示对于地理上分散的资产非常有效。随着智能设备和传感器无处不在，空间定位对于数据可视化的操作效率变得越来越重要。

**动画片。 **动态图像一直是吸引操作人员注意力的常用方式。但是，必须小心避免烦人或分散注意力的移动、闪烁和弹出窗口。想想在线广告商如何试图通过动态显示来吸引我们的注意力，以及这些广告是多么烦人并促使用户使用广告拦截软件。

如果正确实施，用户界面可以受益于数据仪表板上的动画按钮，作为在需要采取行动时向操作员发出信号的强大技术。这对于空间有限的移动设备尤其重要。

数据可视化趋势

使用主动、持续的智能来自动处理实时和历史数据也可以通过允许操作人员处理增加的数据量来发挥作用。通过检测异常并生成有效的UI 指示、警报和事件，数据可视化成为提醒操作员潜在问题的有效方法。以下是数据可视化的一些最新趋势。

**智能设备。 **智能设备无处不在，无时无刻不在收集数据，这导致了数据的爆炸式增长。然而，数据的价值会随着时间的推移而减弱，因此数据可视化必须更靠近数据源，同时提供企业级可视化。此外，跨分布式数据集的连接使企业能够识别这些不同设备之间有价值的连接、关系和见解。

IDC 表示，到2024 年，预计70% 的企业将其边缘生成的数据与基于云的企业系统集成，以实现基于物联网分析的实时操作。结合智能设备来提供更接近数据生成位置的实时数据分析和可视化，同时将这些数据集集成到企业架构中，为决策者随时随地提供所需的信息。

移动设备已经成为我们生活中不可或缺的一部分，也将在企业数字化的数据可视化中发挥不可或缺的作用。移动设备的界面图形空间有限，要求这些设备上的数据可视化清晰、简单、紧凑、简洁。随着注意力持续时间的缩短，移动设备上的数据可视化必须提供意识，同时简化交互功能。

**用数据讲故事。 **使用传统HMI/SCADA 和仪表板的数据可视化可以向操作人员显示正在发生的情况，但不能显示原因。数据讲故事是一种通过引人入胜的叙述来传达原因的方法。用数据讲故事将信息置于情境中并减少误解的可能性（见图2）。

**** 图2：使用有效的数据视觉故事讲述不仅可以传达前后比较，还可以解释正在发生的情况及其原因。

Gartner 预测，到2025 年，用数据讲故事将成为用户使用分析数据的主要方式。数据讲故事利用为操作员量身定制的数据、讲故事和视觉效果来有效地传达可操作的见解。换句话说，数据可视化以图形方式表示数据，而数据讲故事则给出数据背后的含义。这提供了一种以简单、简洁的方式整合大量复杂数据的叙述，解释了数据背后的方式和原因。

实时可视化。数据的实时可视化对于工业自动化应用来说并不是什么新鲜事。然而，随着数据收集速度的加快，涉及的智能设备和传感器的部署数量也在增加，需求也在扩大。实时可视化必须收集、聚合、关联并提供分析，以加速决策过程。为了帮助用户了解正在发生的事情，实时分析变得至关重要。随着设备变得更加智能，传输的数据将包含更多信息（见图3）。

**** 图3：现代HMI 将继续显示数据，但必须能够收集、聚合、关联和分析许多来源，以创建上下文数据并加速用户决策。

实现有效的数据通信

据《福布斯》报道，预计2021 年将有350 亿台智能设备上线，到2025 年将增长到750 亿台。随着数据量的增加和注意力持续时间的缩短，数据可视化变得越来越重要。随着数据可视化变得更加直观和数据讲故事原则的应用，数据有效性将会提高。

随着认知框架的出现，数据可视化达到了新的高度。认知框架源自心理学理论，定义人类如何处理数据元素。用于HMI、SCADA、OEE、高级分析和预测性维护的仪表板也必须与时俱进，以实现大量数据的可视化，同时提供最佳的可视通信技术。有效的数据可视化是直观的，提供简单的视觉识别，并且能够快速理解所呈现的数据。

数据讲故事的使用将在工业仪表板中变得更加普遍，主要用于传达实时数据和分析。用于数据可视化的机器学习技术将继续进入传统工业市场，以优化可执行决策。

数据为智能自动化和战略决策提供动力。当数据可视化简化大量数据并以吸引用户的方式传达上下文信息时，它就有一种美感。正确的数据可视化软件与智能硬件相结合将带来许多好处，并有助于提高整个企业的运营效率。

“如今，随着从传感器、控制器、工业物联网设备和其他系统接收到越来越多的数据，有效的数据可视化变得越来越重要。”