hmi技术（hmi核心）

如果您打算通过对所有显示器保持相同的设计来匆忙完成下一个人机界面(HMI) 或监控和数据采集(SCADA) 系统软件升级，那么最好再考虑一下。

人机界面(HMI) 自20 世纪80 年代推出以来已经取得了长足的进步，因为计算机在制造业中越来越受欢迎，而优化的工厂需要优化的HMI 设计。

HMI 的开发是为了让人类能够与20 世纪70 年代推出的可编程逻辑控制器(PLC) 进行交互，以取代硬连线继电器逻辑。 PLC 和HMI 在许多方面通过提供更大的灵活性、更好的控制和更多的洞察力彻底改变了制造业。

技术不仅飞速发展，而且用户也学会了如何更有效地与之交互。根据“越多越好”的原则，这些消息和警报的数量不断增加，因此HMI上充斥着消息和警报。我们不再满足于知道哪个逆变器出现故障，我们还需要有机会告知用户300 多个可能的逆变器故障中哪一个导致了问题。

这些都是很好的信息，但很快就变得势不可挡，并引发了警报管理和态势感知概念等举措，以更有效地向用户呈现信息。在正确的时间向正确的人提供正确的信息的概念是这些现代人机交互的基础。

大多数人机界面仍然在平板显示器或监视器上运行，但我们开始看到下一代人机界面会是什么样子。增强现实(AR) 和智能眼镜已经出现在工厂车间，并且作为操作员界面已被证明是成功的，其功能主要集中在维护和组件组装方面。随着这些技术的发展并逐渐与人工智能（AI）和头戴式显示器相结合，在不久的将来我们可能不再需要显示器和监视器。

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升级旧的HMI 系统

尽管看起来未来的HMI将与当前的显示器和监视器有所不同，但我们仍然需要利用当前可用的设计和技术来解决短期问题，并使HMI更加用户友好。操作员与HMI 有效交互的能力直接影响他们控制的制造系统的生产率。

有许多过时的HMI 系统监控制造活动，其中许多已有数十年的历史。很多情况下的应对策略是：“它仍然有效。我们已经学会了使用它，最好不要碰它。”

硬件和软件过时以及网络安全问题通常会触发HMI 升级，以及利用新技术带来的其他好处。就像智能手机一样，没有人愿意使用翻盖手机。

未来的HMI可以为用户提供更多实时信息，以做出更明智、更好的决策。

升级旧的HMI 系统时，应考虑两个关键概念：

1. 保持设计不变，但将其迁移到更新的硬件和软件。

2. 重新设计HMI 以解决已知问题并利用更好的设计和最新技术。

可以针对每种情况进行论证。通过翻盖手机与智能手机的类比，我们不难看出前者的做法还有改进的机会。还应该指出的是，大多数制造商现在的环境和人员与开始部署HMI 时不同。

最新一代的员工是在移动设备、基于应用程序的解决方案和无处不在的互联网接入的陪伴下成长起来的，可以快速找到解决方案。

当今的制造环境需要更少的劳动力、更高的机器和系统效率、更大的灵活性以及更高的生产率和质量目标，这就需要更高的HMI 功能来支持这些需求。

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新一代HMI的性能特点

利用最新技术的HMI 现在可以支持更高级的功能，这些功能通常作为监控和数据采集(SCADA) 系统甚至制造智能(MI) 解决方案的一部分提供。下一代HMI 可以支持并利用以下设计和功能：

1. 移动性：现在可以通过智能手机和平板电脑更方便地提供访问，无需重新设计屏幕。在正确的时间向正确的人员提供正确的信息以支持提高员工生产力是关键。更广泛的访问也扩大了参与系统维护的受众。不在现场的专家也可以从远方提供丰富的经验。 COVID-19 大流行已经证明了远程参与的有效性。

2.记分板：在关键操作站添加大型平板显示器可以让操作员快速查看需要解决的问题，而无需亲自前往HMI并试图找到描述问题的屏幕。

3. 无纸化：以前的表格、电子表格和其他手动数据跟踪机制现在可以更轻松地获得数字化支持。工厂车间可能真的没有必要继续保留纸质办公室。

4.控制室：随着劳动力的减少和操作员需要管理更多的自动化设备，控制室等概念允许操作员同时更有效地监控多个系统。分布式控制室的概念提供了两全其美的优点：多个系统的概览以及使它们掌握在不断移动的员工手中的灵活性。

5. 态势感知：这种HMI 设计理念允许操作员在灰度背景上使用自定义颜色编码来显示可操作的信息，以突出显示需要注意的事项。这个想法是将数据转化为可操作信息的根本范式转变。

6. 报警管理：任何偏离可接受范围的报警都会让操作员不知所措，甚至忽略该报警。制定区分可操作警报和信息警报的优先级应该是任何HMI 重新设计的一部分。

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HMI设计标准化的优势

HMI标准化是有效利用现代设计的核心概念。标准化涉及图形标准、命名约定和应用程序设计概念（例如一致的外观和感觉），以提高车间效率。以下是应用易于识别的视觉效果来提高生产力的最佳实践。随着标准化在企业规模的应用，整体效益呈指数级增长。

在系统和机器层面，标准化提供了一致性，以增强用户对其操作方式的信心。例如，返回主菜单的按钮应在每次使用时放置在同一区域。如果不同屏幕上的位置不同，可能会导致混乱和效率低下。此外，如果很少访问的设备的控件与经常访问的设备的控件相同，那么用户将对如何与它们交互有一个基本的了解。

这使得人们可以在现场不同的制造系统之间移动，以了解控制的工作原理，而不管他们分配的任务如何。制造系统之间的一致控制有助于操作员在多个系统上更加无缝地高效工作。此外，维护还受益于跨系统一致的故障排除功能。例如，A线电机故障报告和复位方法与B线电机完全相同。一致的HMI系统减少了培训新操作和维护人员的工作量。

HMI标准化的最大好处来自于企业层面。在站点之间移动的工人知道如何更有效地操作和排除故障。培训和文档也变得更加高效。从开发的角度来看，具有经过验证的最佳实践的运营可以在整个企业中利用解决方案。

例如，A工厂可能有更多的工艺经验，而B工厂可能有更多的工艺经验。

丰富的包装经验。工厂A 可以利用两个地点的工艺解决方案，而工厂B 可以利用包装解决方案。标准化使两家工厂能够共享解决方案并最大限度地提高多个地点的能力。其结果是无缝的工作流程，使员工能够以更高的绩效水平运作。

良好的人机界面应该易于使用，并为用户提供随时的态势感知。

标准化的人机界面还有助于快速轻松地更改或更新培训，并使整个员工队伍的新员工培训保持一致。标准化人机界面的三个重要优势是：

1.提高生产率：HMI系统的易用性和功能性将提高整体设备效率和劳动生产率。更新的控制系统使生产中的启动、停止、故障排除和更改变得更加容易。

2. 易于理解的技术：除了提高操作员生产力外，其他任务也得到了改进。培训、故障排除和生产线变更都可以得到简化。训练有素的生产线操作人员可以随时接近HMI，轻松了解特定生产阶段的情况。应用编程标准使用户能够通过HMI 更深入地了解控制，从而获得有关操作条件的更多信息。

3. 成本效率：通过减少设备问题解决和变更所需的停机时间，提高操作员、维护人员和工程人员的工作效率，快速实现HMI 标准化的投资回报。

重点关注功能良好、外观美观的高效HMI 设计。华丽的动画和软件在HMI 演示中可能看起来令人印象深刻，但它们并不能提高HMI 的有效性。事实上，它们降低了操作员导航设备和信息的能力。将数据转换为可操作的信息是HMI 最佳实践。

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呈现信息而不仅仅是数据

先进的软件和硬件技术为下一代HMI 提供了呈现信息而不仅仅是数据的机会。它为用户提供了丰富的数据，但面临的挑战是在使用时提取可操作的信息。

HMI 的灵活性可以将信息传递到车间的任何位置，车间的大型平板显示器或记分牌可以向需要的用户提供信息。用户可以一目了然地了解生产线的运行情况，显示故障、警告、质量问题，以及确定的关键绩效指标（KPI）和生产目标。这些实时信息使操作员能够做出适当的决策和更改以实现预期目标。

其他交互式接口设备，例如智能手机和平板电脑，也可以在企业中任何需要的地方进行连接，为需要的人提供可操作信息的定制和标准化视图。

智能手机提供了了解KPI、关键故障和质量问题的窗口，从而能够做出更高级别的决策，以实现整体卓越运营。

平板电脑提供移动无线HMI，用于诊断和故障排除。使用平板电脑作为故障排除工具可将HMI 放置在技术人员需要的地方，通常是在工厂车间，并且始终处于移动状态。

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改善工作流程的4 种方法

工作流程软件为HMI 提供逻辑扩展。 HMI 提供“这就是正在发生的事情，这里出了问题”的视图。共享工作流程提供有关警报或质量问题的根本原因所在以及纠正问题所采取的操作的信息。在新一代人机界面中添加标准化工作流程，将运营效率提升到一个新的水平。

工作流程可以通过多种不同的方式应用：

1. 标准操作程序：简化并发送有关如何完成工作的一致信息。

2. 转换和机器设置：跟踪关键的计划停机事件并在不生产时提供反馈以提高效率。

3. 在线参考资料和文档：在正确的时间和地点提供相关参考信息；通过快速参考、单点课程和交互式教程来补充培训。

4.故障排除：提供机器停机、质量问题和性能偏差的故障排除程序。

从工作流程收集的数据提供了发生情况的电子记录，确保遵循程序。这有助于实现闭环持续改进计划。

在智能HMI 的支持下，操作人员和技术人员可以通过装备和主动广播信息来自信地、无缝地在设施中移动，以保持最高水平的生产。

工作流程通过提供对标准程序、故障排除指南和有价值的参考材料的实时相关访问来增强培训。自动报告严重故障和质量问题可确保在正确的时间通知正确的人员采取适当的措施。

新一代HMI为操作和技术人员创造了一个紧跟制造步伐、放眼未来的环境，帮助企业做出更有利于长期发展的决策。

审稿人：李茜