人機界面范文

導語：如何才能寫好一篇人機界面，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】人機界面設計；原則；風格；評價

0 引言

近年來，隨著計算機硬件技術的迅猛發展，計算機的運行速度、存儲容量和可靠性等技術性能指標有了明顯的提高，計算機硬件的生產成本卻大幅度下跌，個人計算機日益普及。新一代的計算機用戶，在應用軟件的可操作性以及軟件操作的舒適性等方面對應用軟件提出了更高的要求。這表明，人機界面的質量已成為一個大問題，友好的人機界面設計已經成為應用軟件開發的一個重要組成部分[1]。

1 人機界面的設計原則

人機界面設計的好壞與設計者的經驗有直接有關系，有些原則對幾乎所有良好的人機界面的設計都是適用的，一般地可從信息、可交互性、數據輸入、顯示等方面考慮[2]：

原則 1：保證信息顯示方式與數據輸入方式的協調一致，盡量減少用戶輸入的動作，隱藏當前狀態下不可選用的命令，允許用戶自選輸入方式，能夠刪除無現實意義的輸入，允許用戶控制交互過程。

原則 2：對所有可能造成損害的動作，堅持要求用戶確認，例如提問“你確定……”等，對大多數動作應允許恢復，對用戶出錯采取寬容的態度。

原則 3：在同一用戶界面中，所有的命令輸入、數據顯示、菜單選擇和其他功能應保持風格的一致性。風格一致的人機界面會給人一種和諧、簡潔的美感。

原則 4：合理劃分并高效使用顯示屏。僅顯示與上下文有關的信息，允許用戶對可視環境進行維護：如放大、縮小圖像；用窗口分隔不同種類的信息，只顯示有意義的出錯信息，避免因數據過于費解造成用戶煩惱。

原則 5：人機界面應該提供上下文敏感的求助系統，讓用戶及時獲得幫助，盡量用簡短的動詞和動詞短語提示命令。

原則 6：用戶界面應能對用戶的決定做出及時的響應，提高思考、移動和對話的效率，最大可能的縮短鼠標移動距離，減少擊鍵次數，避免使用戶產生無所適從的感覺。

上述原則都是進行人機界面設計應遵循的最基本的原則，除此之外還有許多設計原則應當考慮，比如如何正確的使用顏色等。

2 人機界面的風格分析

這里所指的人機界面的風格，是指計算機系統的用戶界面上控制輸入的方法，大致經過了四代的演變[3-4]：

2.1 命令語言

在圖形顯示、鼠標、高速工作站等技術出現之前，現實可行的界面方式只能是詢問和命令方式，通信完全以正文形式并通過用戶對系統詢問和用戶命令的響應來完成。

這種方式使用靈活，對熟練的用戶有很高的工作效率，便于用戶發揮其創造性，但對一般用戶來說要求高且易出錯，不友善并難于學習，它的錯誤處理能力也較弱。

2.2 菜單選項

這種方式與命令行方式相比不易出錯，可以大大縮短用戶的培訓時間，減少用戶的擊鍵次數，可以使用對話管理工具，錯誤處理能力有了顯著提高。但使用起來仍然乏味，可能出現菜單層次過多及菜單選項復雜的情形，必須逐級進行選擇，不能一步到位，導致交互速度顯得太慢。

2.3 面向窗口的點選界面

此類界面亦稱WIMP界面，即窗口、小圖標、菜單、指示器四位一體，形成桌面。

這種方式能同時顯示不同種類的信息，使用戶可在幾個工作環境中切換而不丟失幾個工作之間的聯系，用戶可通過下拉式菜單方便執行控制型和對話型任務，引入按鈕、圖標和滾動桿技術，大大減少鍵盤輸入，對不精于打字的用戶無疑提高了交互效率。

2.4 自然語言

使用自然語言與應用軟件進行通信。把第三代界面技術與多任務、超文本概念結合起來，使用戶可同時執行多個任務（以用戶的觀點）。

隨著文字、圖形、語音的識別與輸術技術的進一步發展，多媒體技術在人機界面開發領域內的進一步發展，自然語言風格的人機界面將得以迅速的發展，最終走向實用化。

3 人機界面設計的評價

怎樣評價一個人機界面設計質量的優劣，目前還沒有一個統一的標準。一般地，評價可以從以下幾個主要方面進行考慮[5]：

（1）用戶對人機界面的滿意程度；

（2）人機界面的標準化程度；

（3）人機界面的適應性和協調性；

（4）人機界面的應用條件；

（5）人機界面的性能價格比。

目前人們習慣于用“界面友好性”這一抽象概念來評價一個人機界面的好壞，但“但面友好”與“界面不友好”恐怕無人能定一個確切的界線，一般認為一個友好的人機界應該至少具備以下特征[6，7]：

（1）操作簡單，易學，易掌握；

（2）界面美觀，操作舒適；

（3）快速反應，響應合理；

（4）用語通俗，語義一致。

4 結束語

由于受傳統觀念的影響，很長一段時間里，人機界面一直不為軟件開發人員所重視，認為這純粹是為了取悅用戶而進行的低級活動，沒有任何實用價值。本文介紹了人機界面設計的一般過程，人機界面實現的原則，人機界面的風格和對人機界面設計的評價，旨在為人機界面相關問題的解決提供良好的理論依據。

【參考文獻】

[1]賈曉輝，董智勇，樂嘉錦.多通道人機界面設計及應用[J].計算機應用軟件， 2008（25）：121-122.

[2]梅云.感性設計：人機界面設計新思維[J].科技資訊，2008（9）： 217.

[3]褚中葦，魏東.交互設計在人機界面設計中的應用[J].藝術與設計，2009：93-95.

[4]夏敏燕，王琦.以用戶為中心的人機界面設計萬法探討[J].上海電機學院學報，2008（11）：201-202.

[5]林濤，應晶.基于劇本的目標模型開發框架[J].計算機科學， 2000（27）： 23-26.

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進行LCD設計主要是LCD的控制/驅動和外界的接口設計。控制主要是通過接口與外界通信、管理內/外顯示RAM,控制驅動器,分配顯示數據;驅動主要是根據控制器要求,驅動LCD進行顯示。控制器還常含有內部ASCII字符庫,或可外擴的大容量漢字庫。小規模LCD設計,常選用一體化控制/驅動器;中大規模的LCD設計,常選用若干個控制器、驅動器,并外擴適當的顯示RAM、自制字符RAM或ROM字庫。控制與驅動器大多采用低壓微功耗器件。與外界的接口主要用于LCD控制,通常是可連接單片機MCU的8/16位PPI并口或若干控制線的SPI串口。顯示RAM除部分Samsung器件需用自刷新動態SDRAM外,大多公司器件都用靜態SRAM。嵌入式人機界面中常用的LCD類型及其典型控制/驅動器件與接口如下:

段式LCD,如HT1621(控/驅)、128點顯示、4線SPI接口;字符型LCD,如HD44780U(控/驅)、2行×8字符顯示、4/8位PPI接口;單色點陣LCD,如SED1520(控/驅)、61段×16行點陣顯示、8位PPI接口,又如T6863(控)+T6A39(列驅+T6A40(行驅)、640×64點雙屏顯示、8位PPI接口;

灰度點陣LCD,如HD66421(控/驅)、160×100點單色4級灰度顯示、8位PPI接口;偽彩點陣LCD,如SSD1780(控/驅)、104RGB×80點顯示、8位PPI或3/4線SPI接口;真彩色點陣LCD,如HD66772(控/源驅)+HD66774(柵驅)、176RGB×240點顯示、8/9/16/18位PPI接口、6/16/18動畫接口、同步串行接口;視頻變換LCD,如HD66840(CRT-RGBCD-RGB)、720×512點顯示、單色/8級灰度/8級顏色/4位PPI接口。控制驅動器件的供電電路、驅動的偏壓電路、背光電路、振蕩電路等構成LCD控制驅動的基本電路。它是LCD顯示的基礎。

LCD與其控制驅動、接口、基本電路一起構成LCM(Liquid Crystal Module,LCD模塊)。常規嵌入式系統設計,多使用現成的LCM做人機界面;現代嵌入式系統設計,常把LCD及其控制驅動器件、基本電路直接做入系統。本體考慮、既結構緊湊,又降低成本,并且有昨于減少功耗、實現產品小型化。控制LCD顯示,常采用單片機MCU,通過LCD部分的PPI或SPI接口,按照LCD控制器的若干條的協議指令執行。MCU的LCD程序一般包括初始化程序、管理程序和數據傳輸程序。大多數LCD控制驅動器廠商都隨器件提供有匯編或C語言的例程資料,十分方便程序編制。

2 常見LCD的控制驅動與接口設計2.1 段式LCD的控制驅動與接口設計段式LCD用于顯示段形數字或固定形狀的符號,廣泛用作計數、計時、狀態指示等。普遍使用的控制驅動器件是Holtek的HT1621,它內含與LCD顯示點一一對應的顯存、振蕩電路,低壓低功耗,4線串行MCU連接,8條控制/傳輸指令,可進行32段×4行=128點控制顯示,顯示對比度可外部調整,可編程選擇偏壓、占空比等驅動性能。HT1621控制驅動LCD及其MCU接口如圖1所示。2.2 字符型LCD的控制驅動與接口設計字符型LCD用于顯示5×8等點陣字符,廣泛用作工業測量儀表儀器。常用的控制驅動器件有:Hitachi的HD44780U、Novatek的NT3881D、Samsung的KS0066、Sunplus的SPLC78A01等。HD44780U使用最普遍。它內嵌與LCD顯示點一一對應的顯存SRAM、ASCII碼等的字符庫CGROM和自制字符存儲器CGRAM,可顯示1~行每行8個5~8點陣字符或相應規模的5×10點陣字符,其內振蕩電路附加外部阻容RC可直接構成振蕩器。HD44780U具有可直接連接68XX MCU的4/8位PPI接口,9條控制/傳輸指令,顯示對比度可外部調整。HD44780U連接80XX MCU時有直接連接和間接連接兩種方式:直接連接需外部邏輯變換接口控制信號,而無需特別操作程序;間接連接將控制信號接在MCU的I/O口上,需特別編制訪問程序。HD44780U控制驅動LCD及其與80XXMCU的接口如圖2所示。

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關鍵詞：人機界面；面向對象；設計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）05-1071-03

1 概述

人機界面的設計[1]，一般是以一種選定的界面支持系統為基礎，利用它所支持的界面構造成分，設計一個可滿足人機交互需求、適合使用者特點的人機界面設計模型。該文主要從軟件的角度淺談如何運用面向對象的概念和表示法進行人機界面的設計。

首先會涉及二個方面的概念[2，4] ：

1）界面支持系統

包括窗口系統、圖形用戶界面、可視化編程環境。當前在人機界面的開發中最受歡迎的支持系統是將窗口系統、GUI、可視化開發工具、編程語言和類庫結合為一體的可視化編程環境。

2）界面元素

現今流行的窗口系統和GUI中常見的界面元素有：窗口、菜單、對話盒、圖符、滾動條等。

2 設計過程與策略

面向對象的人機界面設計是在人機交互需求分析的基礎上，以選定的界面支持系統為背景，選擇實現人機交互所需的界面元素來構造人機界面，并用面向對象的概念和表示法來表示這些界面元素以及它們之間的關系，從而形成整個系統的面向對象設計模型的人機交互部分。以下是其設計過程與策略。

2.1選擇和掌握界面支持系統

首先要明確選擇什么樣的軟件來實現人機界面的支持系統，因此必須考慮這些因素[3]：（1）硬件、操作系統及編程語言的兼容問題，它們必須能結合為一體，因為這與整個系統的全局性設計決策有關。（2）界面實現的支持級別，它有五個級別。一般來說應用系統的開發適合選擇較高的支持系統，系統軟件和有特殊要求的應用系統可能要選擇級別較低的支持。（3）通常在設計中要考慮到用戶適合用哪種風格與視感的人機界面，使得讓用戶更容易接受和掌握。（4）還應該考慮一些其他因素，如軟件的價格等。

2.2根據需求選擇界面元素

對設計者而言，開發的前端是對人機交互的需求分析，而后端是界面支持系統所提供的界面元素，他們的任務是建立需求和實現之間的橋梁，應重點考慮這些問題：（1）有些系統只有一條最高層的命令啟動，而有些是由多個較獨立的子系統所包含的，它可由多條最高層命令分別啟動的。我們必須根據具體的要求加以選擇，因為主界面的啟動，意味著整個系統或一個子系統的啟動，它的建立是對人機交互需求分析中所識別的最高層命令的實現。（2）基本命令的執行，設計者需要了解，選中了代表基本命令的界面元素將產生什么消息，并且要指出由哪個對象操作來處理該消息。（3）必須對在交互過程的輸入輸出它們的要求進行分類，對每一類輸入輸出決定采用何種界面實現進行考慮。（4）需要考慮在隨機發生的事件打斷系統正常運行的情況下所輸入的命令。

2.3用面向對象的概念表示界面元素

在選定了界面支持系統，并且明確了用它提供的哪些界面元素來構成人機界面之后，我們就要用面向對象的概念及表示法來表示這些界面元素、它們的特點及它們之后的關系，建立類圖，以形成面向對象設計模型的人機交互部分。下面將介紹各種面向對象概念在界面設計中的用法[5][6]。

1）對象和類

界面類的概念：每個具體的界面元素都是一個對象，每一種具有相同特征的界面對象用一個類來描述。

用這個類創造的每個對象實例是個可以在人機界面上顯示的界面元素。當前的GUI和可視化編程環境里的界面元素都已在類庫中提供了相應的類，如菜單，對話框等，而這種類可以直接復用。其表示法是在類符號的名字欄中給出類名，類名必須與類庫里的名稱相同，并注《復用》的字樣，屬性及操作不必填寫。而在級別較低的界面支持系統可能不提供各種界面元素的類定義，我們就需要對自己所要用到的每種界面元素都給出其對象類的詳細定義，同時也要在類規約中給出這些屬性和操作的詳細定義，這種類就需要由操作者對設計的模型進行編程。

除了表示各種界面元素的類外，還可以設計一些對各類界面對象進行管理、控制、提供消息等類，這些類可以根據設計者的需要在應用系統中實現。

2）屬性與操作

界面對象的屬性用于描述界面元素的各種靜態特征，如顏色、尺寸、狀態等特征。屬性也可用來表示一個界面對象所含的部分對象或與它們相關的其他對象。

界面對象的操作是用來描述界面元素的行為。如單擊、雙擊、最大化、最小化等的功能。

界面支持系統所提供的可復用類中已定義的屬性和操作，用的時候都不用再定義了。而自己定義的類，用前都要給出它們的屬性和操作。

3）一般與特殊的結構

在人機界面的設計中經常可以用到這種結構關系，使特殊界面能繼承一般界面的屬性與操作，從而減少開發工作的強度。

如果選定的界面支持系統帶有一個界面類庫，那在應用中就可以重復使用里面的類。但是類庫中的類通常都是應用系統中所常用的，而在我們設計的界面系統中有一些是未曾定義它的屬性和操作的，我們如果還要重復使用這些類的話，只有將它們引入本系統作為一般類，通過繼承而定義本系統中所需的特殊類。

如圖1所示（注意CDialog是MS-Windows的MFC類庫中的一種對話框）：

按照本方法為系統定義的類必須經過人工編程才可實現。另外，應用系統如果復用其中一個類，則這個類必須在類庫中所有的一般類的支持下才能呈現完整的功能。

4）整體與部分的結構

這種結構在人機界面設計中的應用非常普遍，我們用兩個角度來觀察它：

一方面它是直接觀察界面元素之間的構成關系。對于在圖形結構上具有構成關系的界面元素，通常需要在它們的類之間建立整體-部分的結構。如一個窗口和它嵌著的按鈕，對話框等成分就是一種整體-部分結構的關系。我們在設計界面時。需從具體的需求出發來選用哪些部分對象來組成整體對象，并且在設計模型中應用整體-部分的結構來表達。

另一方面是根據命令的組織結構來建立界面對象之間的整體-部分結構。簡單的說就是我們經常看到的上一層命令是在一個下拉式菜單中通過點中一個菜單選項來輸入的，下一層命令又是通過下一級菜單選項來輸入，那么上下兩層命令的對象就可以解釋成整體-部分關系。我們可以用圖2來表示：

5）關聯

一個類的界面對象需要知道它與另一個類的哪個界面對象相聯系，而且難以區分誰是整體、部分，則應用關聯來表示它們之間的這種關系。如工具條上的某些按鈕被選中時，需要出現相應的對話框完成進一步的交互操作，那么每個按鈕應該知道與它有關的是哪個對話框。這就需要用關聯表示按鈕和對話框之間的這種關系，如圖3所示：

6）消息

在人機界面的運行中消息是大量存在的，下面從輸入輸出來討論消息的產生與傳輸情況。

1）從用戶向系統輸入一條命令到系統對該命令進行處理，消息的產生與傳輸過程如圖4所示。

從圖上可知從命令輸入到命令處理所需的消息有4種情況：①從輸入設備和事件/消息分發機制；②界面對象之間的消息傳遞；③從接收基本命令或命令步的界面對象向進行命令處理的功能對象發消息；④從功能對象向界面對象發消息。

2） 根據人機交互的要求向用戶輸出各種信息，包括對命令的處理結果，對下一次輸入的提示，對輸入操作的反饋信息和異常情況下的輸出等。如果對象將通過消息把輸出信息傳送給一個界面對象。這個界面對象將把輸出信息在輸出設備上顯示出來。接收下一次輸入的任務可能同時由這個界面對象承擔，也可能由其他界面對象發消息。總之，與輸出有關的消息包括功能對象向界面對象發送的消息和界面對象之間發送的消息兩種情況，如圖5所示：

圖 5 與輸出有關的信息

與輸入和輸出有關的各種信息，都要在面向對象設計的模型中用消息表示出來，而且還應該在發送的消息的類中做相應的說明。以上兩個圖只是為了表示人機交互部分的消息包括的情況，并不是類圖的規范畫法。但在實際應用中需按照類圖的規范畫法來畫出每個具體的類和它們之間的消息。

3 結論

人機界面是系統與用戶直接接觸的部分，它給用戶的影響和感受最為明顯，所以人機界面的設計直接關系到一個軟件的好壞。

面向對象設計的人機界面就是在以選定的界面支持系統為基礎下，根據用戶的需求，找到適合他們的使用特點來進行人機界面設計的模型。而具有面向對象特色的人機界面設計中所需要的類、屬性及操作，以及它們之間的關系，都需要由程序員去編程實現。在實際運用中，面向對象的人機界面的設計是非常普遍的，它涉及了許多方面的知識，需要在此基礎上做進一步的分析研究，使得能有更深入的認識。

參考文獻：

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[4] 邵維忠，楊芙清. 面向對象的系統設計[M]. 北京： 清華大學出版社，2003.

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關鍵詞：校園卡圈存系統；人機界面；改良設計；交互

人機界面是人與產品進行信息傳遞與交流的交互面，用戶使用產品的綜合操作環境系統，也是用戶和機器之間互相傳遞信息的媒介。通過調研分析發現現有的校園卡圈存系統的人機界面設計存在一些缺陷和問題，本文針對這些問題進行改良設計。

原有的人機界面設計如圖1、2，

一　原有校園卡圈存系統人機界面的缺陷和問題分析以及改進方案

（1）操作界面方面

缺陷及問題：原有的系統操作界面是采用視覺界面（如圖1）、功能實體按鈕和數字鍵盤（如圖2）結合的方式。在使用的過程中，由于按鈕的使用頻率過高導致按鈕上的數字或文字標識變模糊，或按鈕對應的功能或菜單指示不明確等，用戶在進行進一步操作的過程中會產生誤操作或不必要的操作。改進方案：設計全觸摸屏的操作界面，除去實體按鈕和鍵盤的部分，用戶通過手觸點擊各個功能按鈕便可進行目標操作，整個使用過程都是在視覺界面上完成的。這是對上文提到的社會科技發展和設計流行發展趨勢的一種呼應，順應了時代的發展，同時也滿足了用戶對生活周遭產品的更高層次的心理追求，以及對高品質生活的需求。

（2）系統界面流程操作的交互方面

缺陷及問題：1）系統的初始界面以及使用產品結束后的界面是功能主界面（如圖1），過于單調，缺少與用戶的交互，缺乏親和力，而且沒有給用戶提供一定的指示如何進行產品的起始操作。2）沒有提供相關的搜索工具或幫助、指引、提示信息供用戶參考使用（如圖7、8）以及無明確的反饋信息。這導致用戶在使用圈存機的時候，特別是初始使用者，他們會因為不了解產品的使用方式而感到困擾，會因此進行多種方式試用而導致使用效率也隨之降低，從而也影響了用戶的操作情緒。3）操作流程、容錯及改錯方面。原有產品功能操作流程方面容易給用戶誤操作或者沒有充分考慮用戶使用過程當中由于誤操作或多余操作想返回上一步操作或者進行別的任務的時候的方便性、自由選擇的權利（如輸入圈存金額的時候，有些用戶可能會想自己輸入一定的金額或者像取款機一樣選擇固定的金額，原有界面沒有提供這樣的服務）等，以及設置了沒必要的操作，如插入校園卡之后還需按“確認”按鈕。另外，當用戶想結束當前操作，取出卡的時候，還需一步一步地退回到主界面，這無疑浪費了用戶的時間、觸動了用戶的耐心，影響了心情。改進方案：1）設計一個歡迎界面和感謝使用的界面，其中歡迎界面上有插卡提示和演示圖，這樣用戶可以明了地知道如何進行第一步的操作以進行自己的目標行為，界面還設計了時間和日期顯示、服務電話等輔助信息；感謝使用的界面有相關提醒信息，提示用戶在完成目標操作后取走自己的卡，以免造成不必要的隱患和麻煩。另外，兩個界面上有分別有歡迎詞和感謝使用詞。這些設置考慮了用戶的使用心理感受，能給用戶帶來愉悅的心情，給人一種在使用“有生命”的產品的感覺，而不是在跟所謂的機械的物體在交流，這些都體現了“人性化”的設計精神。2）（1）在界面上設計操作流程提示（①選擇圈存金額②輸入銀行卡密碼③圈存完成），以幫助用戶能夠較快地使用產品進行操作。且每個流程提示用顏色將其區分，紅色代表當前的操作步驟，藍色表示其他步驟，明確地給用戶傳達有效信息。（2）提供了輸入密碼和身份證號碼時的溫馨提示。用以提示用戶在輸入密碼時注意密碼安全，以防他人獲取信息而造成麻煩或損失，以及由于有些身份證號碼包含字母，溫馨提示幫助用戶了解如何正確輸入有效身份證號碼，從而進行正確地下一步操作，這些都是“體貼”的設計表現方式。（3）當用戶操作錯誤的時候，提供相關的反饋信息，指引用戶改錯并進行正確的操作。3）（1）圈存金額頁面設置“自定義金額”選項，為用戶帶來方便。（2）系統功能操作流程圖方面，本著“以用戶為中心”的思想，省去不必要的步驟，換之或加上更為明了的方式，使用戶操作起來更為方便、快捷、有效。（3）設置進入其他功能界面的“選擇其他服務”及直接“退卡”按鈕。

（3）視覺效果方面

缺陷及問題：原有界面只是單一的藍色背景和文字描述。缺乏了審美愉悅性（愉悅性是人類審美的一個更高層次，表現為一種），難免顯得有些單調乏味。而豐富的界面設計應該具備外觀形式或符號信息（色彩、線條、形狀、質感等），這些因素又物化為審美客體的形式感（形體感、色彩感、線條感等）以及與此相應的語言信息、符號，這能給用戶帶來視覺沖擊。且頁面的布局要簡潔、明了、有序，不能顯示雜亂。

改進方案：

界面整體以紅色為主色調，功能菜單分區、按鈕布局與顏色區分、整體顏色搭配等都是基于用戶的感受進行的設計。如圖3。

三　結束語

人機界面是面向人的，與人息息相關，這就要求它必須體現“人性化”關懷。好的人機界面美觀易懂，操作簡單且具有引導功能，使用戶感覺愉快，增強興趣，從而提高效率。界面設計的美，不僅是藝術審美形式的美，滿足人們感覺上的愉悅性，更多的是產品作為操作的一種工具，來滿足實現某種目的帶來的愉悅性，它帶有更多的實用性。

參考文獻

[1] 羅仕鑒、朱上上、孫守遷著，《人機界面設計》，[M] 機械工業出版社 2002.9

[2] 李世國著，《體驗與挑戰—產品交互設計》，江蘇：江蘇出版社,2008

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版本1.0：帶按鈕的圖像瀏覽器

既然是一個開放性的頭腦風暴，手持圖像瀏覽器的外觀當然可以各式各樣，筆者只是隨便畫了一個最保守的設計，看上去好像一個掌上游戲機（如圖1）。

圖1

這個版本的圖像瀏覽器由一個屏幕和幾個按鈕組成，但需要思考的問題是，它需要幾個按鈕，才能充分滿足各種各樣的圖像瀏覽需求，僅有上、下、左、右四個按鍵當然是不夠的，如果用戶需要把圖像上下壓矮一些、或左右弄瘦些，那該添加一些什么按鈕？如果還需要有調節亮度、對比度、色調這樣的功能，又該添加一些什么樣的按鈕呢？是不是每增添一項功能，就要增加一組按鈕呢？

版本2.0：單點觸控圖像瀏覽器

可能大家都有使用平板電腦的經驗，對于在平板電腦中瀏覽圖片的多點觸控操作，如用幾個手指來放大圖片，快速滑動手指翻閱圖片之類，大概已經頗為熟悉了。不過，假設版本2.0的圖像瀏覽器的屏幕，在同一時刻只有一個有效觸控點，那么這個任務就稍有難度了。

雖然沒辦法真的弄一些單點觸控屏來做操控圖像的實驗，但采用簡單的可視化編程工具，就能在PC機上編程序模擬單點觸控操作。當然了，PC機里是用鼠標來代替手指的，既然是單點觸控，鼠標就只能用到一個鍵，用了左鍵就不能用右鍵了。下頁圖2中所展示的是在VB環境中，編寫程序實現只用一個“手指”實現圖像左右移動的效果，至于怎樣實現圖像任意移動、放大縮小等操作，具體的解決方法可能多種多樣，完全可留給實驗者自行探索。

版本4.0：三維圖像瀏覽器

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[關鍵詞] 機械系統 人機界面 優化設計

人機界面的內容較多，研究人機界面對體統運作功效和操作人員身心健康的影響存在一定的難度。到目前為止，國內外人機界面優化方法仍不完善。由于人機界面設計中個元部件幾何未知的布置非常重要。所以優化設計機械系統人機界面至關重要。

一、機械系統人機界面概述

機械系統的人機界面值得是操作人員和機器之間相互作用的區域，是人機之間傳送信息的媒介。他主要包括三部分，機器顯示器與人的信息通道的界面，機上操作器與人的運動器官的的界面，人機系統與環境之間的界面。機器的構成有其自身的規律，操作環境或生活環境也會因個各種因素在空間和時間上受到某種限制，如經濟上的可行性，技術上的可能性，機器本身性能要求的條件，以及使用機器時的外界環境條件等。為了適應這些情況，就要求對人的因素予以限制和訓練，盡量發揮人的因素有一定可塑性的特點，讓人去適應機器的要求，以保證人機系統具有最佳效果。其實人機界面除上述硬件設備外，還應該包括操作規程，維護手冊的等。也有人將上述人機界面稱為硬件，而將人與計算機組成的人機界面稱為軟件人機界面。

二、機械系統人機界面構成要素

機械系統人機界面設計包含多重因素。根據人機工程學得基本原理和機械系統人機界面設計原則，借鑒一般機械系統人機界面的特點和設計要求，可以認為機械系統人機界面的構成要素主要包括，人體、工作臺、視覺元件、受控操縱元件、腳控操作元件、工作座椅等。

人機功能：人機功能分配是人機系統設計的重要一環，其目的是根據系統工作要求，使人機系統可靠、有效的發揮作用，達到人與機器的最佳配合。人機功能分配，必須參照人和機器各自的功能特點。但是，功能分配的基本策略則應根據實際情況把系統的操作看作一個整體，同時也應注意為操作人員創造一個有意義、有激勵、富有挑戰性的工作情景。

人機界面：人與機器發生作用的交界面稱為人機界面。對它的研究是人機系統研究的核心內容。人機界面通常可以分成機器顯示器和人的感覺器官(眼、耳、鼻等)之間，以及人的效應器官（手、足等）和機器控制器之間兩種界面。人與機之間的信息溝通是在人機界面上實現的（見圖）。人的感覺器官接收已轉換成某種標志或圖像形式的機器加工過程，或被控對象狀態的信息，并傳遞到大腦。大腦對已感知到的各種信息進行加工、解釋,轉化為實際狀態的信息,并把它與預期的結果進行比較、分析、作出決策,發出指令信息。根據這些指令,效應器官作用于機器控制器,將人的輸出信息轉換成機器的輸入信息。機器對輸入信息進行加工，并通過顯示器將機器加工過的信息作用于人。這樣，操作人員就可以不斷地對機器工作狀態加以調整、控制，最終完成一定的系統功能。

顯示器：顯示器是人機界面的重要組成部分，其功能是向人提供各種有關的信息。顯示器一般可分為視覺、聽覺、觸覺和嗅覺等顯示器。

控制器：控制器是人機界面中另一個重要組成部分，其功能是將人的有關控制信息傳遞給機器。最常見的控制器是手、足控制器和言語控制器。

三、機械系統人機界面優化方法

人機工程學的研究廣泛采用了人體科學和生命科學等相關科學的研究方法及手段，也采取了系統工程、控制理論、統計學等其它學科的一些研究方法，而且本學科的研究也建立了一些獨特的新方法，以探討人、機、環境要素間復雜的關系問題。這些方法中包括：測量人體各部分靜態和動態數據：調查、詢問或直接觀察人在作業時的行為和反應特征：對時間和動作的分析研究；測量人在作業前后以及作業過程中的心理狀態和各種生理指標的動態變化；觀察和分析作業過程和工藝流程中存在的問題；分析差錯和意外事故的原因：進行模型實驗或用計算機進行模擬實驗：運用數字和統計學的方法找出各變數之間的相互關系，以便從中得出正確的結論或發展成有關理論。

目前常育的研究方法有：

a觀察法：為研究系統中人機的工作狀態，常采用備種各樣的觀察方法，如工人操作動作的分析、功能分析和工藝流程分析等大都采用觀察法。

實測法：是一種借助于機器設備進行實際測量的方法。例如對人體靜態和動態參數的測量對系統參數及作業環境參數的測量等。

b實驗法：它是當實測法受到限制時采用的一種研究方法，一般在實驗室進行．但也可以在作業現場進行，如為了獲得人對各種不同顯示儀表的認讀速度和差錯率的數據時，一股在實驗室進行。

c模擬和模型實驗法：由于機器系統一般比較復雜，因而在進行人機系統研究時常采用模擬的方法。模擬方法包括各種技術和裝置的模擬，如操作訓練模擬器、機器模型以及各種人體模型等。

d計算機數值仿真法：由于人機系統中的操作者是具有主觀意志的生命體，模擬和模型方法研究人機系統，往往不能完全反映系統中生命體的特征，其結果與實際相比必有一定誤差。數值仿真是在計算機上利用系統的數學模型進行仿真性實驗研究，如人體動作分析仿真等。在電子計算機的推動下，最優化理論與方法在經濟計劃、工程設計、生產管理、交通運輸等方面得到了廣泛應用，成為一門十分活躍的學科。將優化設計理論和方法應用于機械產品結構設計的范疇來說，大致可分為結構參數優化、形狀優化和拓撲優化。產品設計首先要解決的是參數優化，也是最早引入機械設計中的內容之一。通過尋找最佳參數可以直接得到好的設計，它是在已定結構方案、零部件結構形狀和選擇材料下完成參數設計的優化。形狀優化是在結構類型、材料和布局已定條件下，對結構幾何形狀進行優化，包括二維和三維的形狀優化及與形狀有關的參數優化，這是優化設計的深化。而拓撲優化是對結構中的構件布局和節點的聯接關系進行優化，即在外部設計要求下首先要從結構方案、類型、布局等方面去尋優，這是更高層次的優化也是更富有創新的概念設計。從目前研究和應用的成熟程度來看，形狀優化的提出盡管已經歷了近20多年，還處在研究和應用探索階段。

e分析法：它是在上述各種方法中獲得了一定的資料和數據后采用的一種研究方法。目前人機工程學研究采用的分析法包括瞬間分析法、知覺與運動信息分析法、動作負荷分析 法、頻率分析法、危象分析法和相關分析法。

f調查研究法：人機工程學專家采用各種調查研究方法來抽樣分析操作者或使用者的意見和建議。

參 考 文 獻

篇7

關鍵詞：人機界面；液壓萬能試驗機；設計改造

中圖分類號： TG315.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）03-168-2

0 引言

在部分學校的教學中，通常需要采用試驗設備來進行教學，而由于學校的經費問題，導致其采用使用年限較長的實驗設備，其面臨淘汰，但是需要用于生產，而設備的運行及操作方式相對較為落后，無法滿足生產及教學需求，因而需要通過技術改造的方式來提升設備的使用性能，以便可以提升設備的經濟效益。而基于人機界面的萬能試驗機設計和改造是提升設備使用性能的重要手段，加強對其探究具有重要的意義。

1 設計改造動因及方法

在本校的萬能試驗機運用中，主要存在兩臺液壓萬能試驗機，其液壓傳動系統經過人為的改造，主要是對送油閥以及回油閥的操作系統進行調整，可以顯示液壓系統的壓力變化，將系統的壓力變化反映在儀表中，對于壓力的測試結果，通過紙帶進行輸出，但是萬能實驗機的整體效率相對較為低下，無法滿足生產及教學的需求，在此情況下，需要加強對液壓萬能試驗機的設計和改造。

在現階段的控制技術中，PLC技術以及軟件技術已經逐漸應用于自動化的控制系統中，通過采用PLC控制和監控，可以將相關數據傳輸到計算機軟件中，繼而通過計算機軟件來實現對系統的操控和監督，可以提升系統的自動化性能，因此，結合PLC數據采集技術以及計算機軟件的控制技術來改造萬能實驗機具有重要的意義。本次研究主要結合學校的西門子S7-200PLC進行數據收集，同時采用WINCC軟件對液壓萬能試驗機進行可視化的管理操作，從而對液壓萬能試驗機進行設計和改造，以此來提升設備的整體使用性能。

2 液壓萬能試驗機的系統架構

液壓萬能試驗機由于使用年限相較長，因而不適合對設備的送油閥及回油閥進行改造，而是對電極的控制及數據處理方式進行設計和改造，其主要系統架構如下：

機械部分：其在液壓回路安裝傳感器檢測壓力，可以將原尺寸裝置拆除，安裝位移傳感器。

電氣組成：采用西門子S7-200PLC下位機，可以接受傳感器傳遞的信號，同時可以實現對電機的控制，在系統中，將PC端作為上位機，通過計算機軟件，可以實現上位機與下位機之間的數據交換，同時可以實現對數據的監控和處理。

WinCC是人機界面軟件，其具有多個接口，可以實現通信通道的數據交換，同時可以實現自動化設備接口的通信過程。

OPC是基于COM/DCOM技術的軟件，其用于服務器的技術規范，通過技術轉讓協議，可以實現PC與設備之間的數據交換服務。

PC軟件是PLC軟件開發的服務器軟件，可以實現與PLC系統的通信，支持多項通信協議。PPI協議在信息鏈接中，只需要通過連接線即可完成，配置簡單，且有效范圍可以達到50m。

S7-200PLC設備是控制器，通過AI、DI以及AO等數據處理指令，可以實現對繼電器的操控，同時可以提升設備的自動化水平。

3 下位機的設計改造

在液壓萬能試驗機的設計和改造過程中，將S7-200PLC作為系統的下位機，可以實現對壓力傳感器以及位移傳感器的實時動態數據采集，繼而可以實現對系統設備的整體監督和控制，通過對數據的采集，經過計算機軟件的處理，可以實現對電極和位移的啟動和停止操作，在與PC機的連接通訊過程中，通常采用PPI方式進行解決，通過分析發現，其I/O地址分配情況如表1所示。

通過表中的數據可以看出，在萬能實驗機的操作中，通過I/O地址的分配情況，可以明確PLC的操作職能，同時通過操作相應的開關，即可完成液壓萬能試驗機的操作，因而操作相對較為便捷，可以提升設備的操作效率。另外，在系統的操作中，對于模擬量的操作，需要通過可視化的管理進行調整，其有利于工作人員的修改和調試。總之，在下位機的設計和改造過程中，通過PLC和軟件操作系統，可以最為便捷的實現對設備的改造。

4 OPC Server系統配置

OPC是以微軟的COM/DCOM技術為依托，來達成自動化控制的協定。以COM為例，對OPC Server的原理進行說明。COM是一類發展軟件組件的方法，發展自訂的COM對象與構建一套動態執行的對象導向API相似，用戶可在應用程序執行過程中將所需組件或既有組件隨意拼接或移除。在實際操作過程中，COM通過各組接口Interface來提供服務，而OPC規格中則通過對多種OPC Server應提供的接口進行定義，進而實現OPC Server COM組件的撰寫。對于本文涉及改造的液壓萬能試驗機而言，在對OPC Server進行配置時，應在PC access當中將通訊屬性設置為PPI方式，且同S7-200 PLC具有一致的PPI網絡地址。在此基礎上，將同上位機監控變量名稱與地址相對應的具體變量，如橫梁升降按鈕與停止按鈕、液壓電動機起停按鈕和壓力通道與數據等予以添加，并對所添加的變量進行測試，待測試合格后，確定最終配置。在全部配置結束后，將該軟件設定為開機自動運行。

5 上位機的設計改造

以WinCC組態軟件對項目進行構建。首先，構建OPC的驅動連接方式，從所選的S7-200 OPC Server當中將各變量導入至項目當中，需要說明的是，在導入過程中，相應的壓力與位移變量應做標定處理。主畫面共分菜單區、監控區以及導航區三部分，其中，菜單區主要包括用戶登錄與注銷、系統退出、系統幫助、參數項設置等模塊。在激活相應菜單項后，會彈出相應對話框以便用戶操作。導航區主要包括壓力位移、壓力時間以及數據記錄與系統退出等模塊，同樣，在電機相應按鈕后，則會出現與之相對應的對話框以便用戶操作。在監視區方面，主要包括了子畫面窗口以及操作控板界面兩部分，其中，子畫面窗口是對液壓萬能試驗機各部分工況的監測畫面，通過點擊按鈕將激活相關畫面，例如激活液壓萬能試驗機的壓力位移在線趨勢圖，并將畫面顯示在監控區域中，為用戶對液壓萬能試驗機的查詢和控制提供便利。而界面按鈕控件在激活后，則會授權給相應的Student和Teacher用戶。操作面板界面主要負責將實驗材料屬性的有關信息顯示給用戶，同時，實現對液壓電機的控制。需要說明的是，操作面板中的材料屬性界面還包含了人工輸入選項和經由計算得到的結果項，對于用戶而言，其能夠通過激活子畫面的數據開展計算，并將相關信息顯示在屏幕上。在電機控制方面，液壓萬能試驗機的電機既能夠通過按鈕實現控制，也能夠通過人機界面實現精準操控。

篇8

【關鍵詞】功能鍵元件；位狀態指示燈元件；位狀態切換開關元件；數值輸入及顯示元件；THJDQG-1型光機電氣一體化控制實訓系統

THJDQG-1型光機電氣一體化控制實訓系統是是河南省第三屆職工技術運動會維修電工指定的典型機電一體化專業產品，是天煌教儀為職業院校、職業教育培訓機構而研制的，包含上料機構、皮帶輸送線、搬運機械手、分類倉儲和各種傳感器等組成，它在接近工業生產制造現場的基礎上又針對教學及實訓目的進行了專門設計，強化了機電一體化的安裝與調試能力，適合機電一體化、電氣自動化等相關專業的教學和培訓。我院2010年采購2臺此設備，有幸參與河南省第三屆職工競賽，因廠家給的人機界面畫面單一，僅有啟動和停止，不能完全反映設備性能，通過與同事探討研究，設計出實用畫面。通過使用功能鍵元件、位狀態切換開關元件、位狀態指示燈元件、數值輸入及顯示元件，完善THJDQG-1型光機電氣一體化控制實訓系統人機界面設計，就可以更好的完成機電設備運動部件控制，反映工業現場環境，如PLC控制、變頻調速、步進調速、傳感檢測、氣動系統調試等內容，滿足實訓教學或技能競賽需求，為培養可持續發展的機電一體化高技能人才提供一個良好的平臺。

1.人機界面介紹

MT5000，MT4000系列工業嵌入式人機界面產品是在操作人員和機器設備之間做雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數字等來處理或監控管理及應付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機械設備的飛速發展，以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作，而且操作困難，無法提高工作效率。但是使用人機界面能夠明確指示并告知操作員機器設備目前的狀況，使操作變的簡單生動，并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個機器設備。使用人機界面還可以使機器的配線標準化、簡單化，同時也能減少PLC控制器所需的I/O點數，降低生產的成本同時由于面板控制的小型化及高性能，相對的提高了整套設備的附加價值。

觸摸屏作為一種新型的人機界面，從一出現就受到關注，簡單易用，強大的功能及優異的穩定性使它非常適合用于工業環境，甚至可以用于日常生活之中，應用非常廣泛，比如：銀行叫號機、移動電話自動無人繳費業務、自動化停車設備、自動洗車機、天車升降控制、生產線監控等，甚至可用于智能大廈管理、會議室聲光控制、溫度調整。

2.eview軟件使用

（1）安裝好EV5000軟件后，在[開始]/[程序]/[eview]/[EV5000_UNICODE_CHS]下找到相應的可執行程序點擊，打開觸摸屏軟件，或雙擊桌面上“EV5000_Unicode_CHS.EXE”圖標。如圖1所示：

（2）點擊菜單[文件]里的[新建工程]，這時將彈出如下對話框，輸入所建工程的名稱。也可以點“>>”來選擇所建文件的存放路徑。在這里我們命名為“THJDQG-1型光機電氣一體化人機界面制作”。點擊[建立]即可。如圖2所示：

（3）選擇所需的通訊連接方式，MT5000支持串口、以太網連接，點擊元件庫窗口里的通訊連接，選中您所需的連接方式拖入工程結構窗口中即可，一般選擇“串口”。如圖3所示：

（4）選擇所需的觸摸屏型號“MT4300C”，將其拖入工程結構窗口。

（5）選擇需要連線的PLC類型，拖入工程結構窗口里。如圖4所示：適當移動HMI和PLC的位置，將連接端口靠近連接線的任意一端，就可以順利把它們連接起來。

注意：連接使用的端口號要與實際的物理連接一致。這樣就成功的在PLC與HMI之間建立了連接。拉動HMI或者PLC檢查連接線是否斷開，如果不斷開就表示連接成功。

（6）然后雙擊HMI0圖標，就會彈出下圖所示的對話框：在此對話框中需要設置觸摸屏的端口號。在彈出的[HMI屬性]框里切換到[串口1設置]里修改串口1的參數（如果PLC連接在COM1，請在[串口1設置]里修改串口1的參數），連接三菱FX2N PLC，請將圖5通訊類型改為“RS485-4”：

（7）在工程結構窗口中，選中HMI圖標，點擊右鍵里的[編輯組態]，進入了組態窗口。如圖6所示：

（8）在工程結構窗口中，選中Frame0圖標，點擊右鍵里的[設置組態]，進入了窗口屬性設置，更改窗口名稱及背景，或直接雙擊組態窗口界面進入組態窗口屬性設置。

（9）在左邊的PLC元件窗口里，輕輕點擊圖標，將其拖入組態窗口中放置，這時將彈出位控制元件[基本屬性]對話框，設置位控制元件的輸入/輸出地址。如圖7所示：

（10）切換到[位狀態切換開關]頁，設定開關類型，這里設定為切換開關。

（11）切換到[標簽]頁，選中[使用標簽]，分別在[內容]里輸入狀態0、狀態1相應的標簽，并選擇標簽的顏色。（您可以修改標簽的對齊方式，字號，顏色）

（12）切換到[圖形]頁，選中[使用向量圖]復選框，選擇一個您想要的圖形，這里選擇了圖8所示的開關。

（13）最后點確定關閉對話框，放置好的元件如圖8所示：

（14）選擇工具條上的[保存]，接著選擇菜單[工具]/[編譯]。如果編譯沒有錯誤，那么這個工程就做好了。

（15）選擇菜單[工具]/[離線模擬]/[仿真]。可以看到設置的開關在點擊它時將可以來回切換狀態，和真正的開關一模一樣！如圖9所示：

3.畫面設計

畫面由5個界面構成，分別為系統畫面、監控畫面、手動畫面、料倉畫面、參數畫面，其中功能鍵元件可以實現畫面切換，系統畫面為主界面，可以切換到另外4個畫面并可以返回到系統畫面；位狀態切換開關元件是指示燈和位設定元件的組合，表示了PLC位地址的開/關狀態，并定義了一塊觸控區域，當啟用時它可以把相應的位地址置為開或關；位狀態指示燈顯示一個指定的PLC的位地址的開或關狀態。如果狀態為0，將顯示圖形狀態為0的圖形，如果狀態為1，將顯示圖形狀態為1的圖形。如果選中了“使用標簽”的話，可設置并顯示不同狀態時對應的標簽值；數值輸入元件可以顯示PLC寄存器數據的當前值并可以通過小鍵盤輸入數據來改變該寄存器數據。如果啟動了[觸發地址]，那么當被觸控的時候，數值輸入的值就會作為寄存器數據輸入到相應的由[輸入地址]指定的PLC地址；數值顯示元件用來顯示指定的PLC寄存器的數據。

（1）系統界面用于控制THJDQG-1型光機電氣一體化控制系統的運行，由4個功能鍵元件、4個位狀態切換開關元件以及4個位狀態指示燈元件構成，實現啟停控制及畫面切換。如圖10所示：

（2）監控畫面用于顯示物料運行位置，由1個功能鍵元件和13個位狀態指示燈元件構成，監控設備運行。如圖11所示：

（3）手動畫面用于調試設備，由1個功能鍵元件、14個位狀態指示燈元件和12個位狀態切換開關構成，可以自動實現對傳感器檢測，并對氣缸、電動機和指示燈進行手動調試。如圖12所示：

（4）料倉畫面用于顯示6個倉位的物料存儲情況，由1個功能鍵元件、12個數值顯示元件構成（6個計數器和6個數據寄存器），實現倉儲顯示。如圖13所示：

（5）參數畫面用于設置倉間距、第一倉距離和物料在輸送帶上的停止位置，由1個功能鍵元件、3個數值輸入元件和一個位狀態切換開關構成構成，可以方便進行物料輸送，倉儲調試。如圖14所示：

隨著科技的飛速發展，越來越多的機器與現場操作都趨向于使用人機界面，PLC控制器強大的功能及復雜的數據處理也呼喚一種功能與之匹配而操作又簡便的人機的出現，觸摸屏的應運而生無疑是21世紀自動化領域里的一個巨大的革新。

參考文獻

[1]清源計算機工作室.EV5000使用手冊[M].機械工業出版社，2005.

[2]THJDQG-1型光機電氣一體化控制實訓系統使用說明書[S].天煌教儀.

作者簡介：

篇9

關鍵詞:人機界面交互設計;項目驅動;團隊合作;雙層合作模式

中圖分類號:G4

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)19-0326-02

人機界面交互設計(UI)作為一門新興交叉性的學科,結合了技術、藝術和項目管理等多個領域的知識和理論。培養一名合格的交互設計師與培養單純的技術人員或者是單純設計人員都有著很大的差別。一名交互設計師,需要具備的不僅僅是單一的技術或者是設計知識,還要對項目的整體有一定的把控。所以在我系開設人機界面交互設計方向以后,我系老師就開始對如何辦好這個方向,如何讓學生的知識和能力同時達到最大化,進行了一系列的研究和探索。

1 目前人機界面交互設計教學中的問題

在設立人機界面交互設計學科的時候我們就把培養企業切實需要的人才作為我們最重要的教學目標。在教學中我們逐漸意識到傳統的教學方式并不能完全滿足企業的要求。主要表現在以下兩個方面:

(1)課本知識和實際操作不能很好結合。理論和實際脫節是我們在教學上遇到的最大問題。單獨在課堂上無法模擬實際的項目,學生對課本知識的理解浮于表面不能和實踐結合,這成為學生走向他們自己的職業生涯的最大障礙。(2)UI學科學生缺少和其他學科學生合作的經驗。任何一個交互設計師都無法獨立完成某一個項目,一定需要和一個團隊相互合作。傳統教學中無法提供這種團隊合作的嘗試。即使有一些項目,也是UI學科學生單打獨斗,形成不了團隊。

為了讓學生能夠在學校中就完成從學生到從業人員的轉型,對傳統的教學方法進行改革就不可避免。我們希望能夠在課堂上盡可能模擬在企業中的環境,從而幫助學生進行角色的轉換。為此我們引入了“項目驅動+團隊合作”教學方法。在這樣的課程中,我們給他們提供一個可以安全犯錯的機會,這樣就可以避免他們走上社會以后犯相同的錯誤。

2 “項目驅動+團隊合作”教學方法的創新和優勢

“項目教學法”指的是學生在教師的指導下親自處理一個項目的全過程,在這一過程中學習掌握教學計劃內的教學內容。學生全部或部分獨立組織、安排學習行為,解決在處理項目中遇到的困難,提高了學生的興趣,自然能調動學習的積極性。傳統的項目教學法往往采用的是教師提出項目,學生完成項目的方式,學生雖然能夠在“做中學”但是還是不能模擬真實的職場環境。而我們采用的“項目驅動+團隊合作”的教學方式,相對以前的項目教學發有以下的革新和優勢:

(1)我們采用教師團隊+學生團隊的雙層合作模式,參與項目的不再是單一的某一專業的老師和學生,而是從UI設計到研發到測試一條龍的整體團隊合作,不僅最大限度模擬企業的技術環境,而且模擬了企業的人文環境。

(2)學生全程參與項目的計劃、實施以及管理。從項目的確立到團隊成員的成績核定,學生不僅僅是這個項目的參與者和實施者,也是管理者。分組以后學生推選出組長,組長的職責相當于項目經理,負責人員的組織、時間的把控以及最后組員平時成績的核定。

(3)教師不再僅僅關注于自己的研究領域,而是對相關領域也進行了一定的了解。這對增強教師團隊的凝聚力,對教學和科研一起進行探索研究提供了良好的平臺和機會。能夠帶來很多好的啟發和創新。

3 “項目驅動+團隊合作”教學法在UI學科教學中的應用

“項目驅動+團隊合作”教學法在UI學科教學中主要起到的作用有以下三點:

(1)理論結合實際的作用。幫助學生把課堂上學到的知識最大限度的結合實踐運用,更充分的領會人機界面交互設計的理論和技術知識。而不是死讀書、讀死書,讀無用的書。爭取能夠在畢業以后立即達到用人單位的需求,保證學生順利就業。

(2)培養學生自己動手動腦解決問題的作用。本次教學實踐打破了以往“老師講學生聽”的模式,而是讓學生在“做中學”,當他們遇到問題不是簡單的對問題進行解答,而且鼓勵他們自己研究、探討、查找資料。這樣能夠激勵學生的學習興趣,更好的掌握學習方法。

(3)培養學生的團隊合作能力的作用。對于UI學科的學生,團隊合作的能力是他們必備的能力之一。因為在企業里,交互設計師從來不是散兵作戰,也不能單獨完成產品,一定是和其他技術人員一起進行合作。本次的教學實踐提供了一次實戰演習的機會,讓UI學科的學生能充分的和其他專業學生進行合作,找出問題,解決問題,獲得成功。

4 UI學科學生在項目中的角色

本次項目涉及到J2EE、數據庫、人機界面交互設計以及測試方面的學生和教師。參與項目的學生均為有一定基礎的同學,對于UI方向的學生來說,他們已經掌握了一定的交互理論知識和軟件應用的技能,但還缺少實際經驗,本次教學實踐給他們提供了最佳的實踐機會。UI方向的學生主要參與項目的以下方面:

(1)項目用戶群體的設定和需求分析。UI方向的同學采取對潛在用戶調研、現有相關產品研究等方式參與項目的前期設計。了解用戶的需求能夠幫助他們完善設計。

(2)對用戶使用環境進行建模。根據用戶群體的需求分析,UI方向的同學和團隊同學一起對產品的使用環境進行模擬,更好的分析用戶對產品達要求。

(3)需求分析。不僅僅對用戶的需求進行分析,更要對業務和技術方面進行需求分析。要達到哪些功能,現在的技術能達到哪些功能,需要哪些技術支持。

(4)提出產品框架。根據討論的結果,UI方向學生用設計產品的的結構圖和用戶操作的流程圖。提出方案和小組成員討論,并調整。

(5)對產品進行優化。包括對產品的內容和形式,包括外觀都進行細節設計。提出草案,和小組成員進行討論,并調整。

5 總結

在企業里,交互設計師一般不是以一個獨立的研發團隊存在,而一般是和研發、測試乃至市場的同事一起完成某一個項目。在以往的教學里,學校里往往沒有這個條件,UI方向的學生常常處于單兵作戰,散兵游勇的狀態。無法體會自己的項目研發過程中起到的作用。而且,根據我們的跟蹤調查。單一的學習交互設計的技術和理論已經難以達到企業和用人單位的要求。如何在學生學習該學科的時候讓他們能夠放下課本,自己發現問題、解決問題;特別是和一個團隊一起發現問題、解決問題。這是我們希望在教學中讓學生真正領會到的。“項目驅動+團隊合作”的教學方法從很大程度上解決了這些問題,希望能夠在以后的教學中對本教育方法進行更深入的研究。

參考文獻

[1]陳庚,徐.網絡大學生學習特征分析與學習能力培養策略研究[J].交通遠程教育,2006,(2).

[2]范曉燕.用戶體驗的要素(Jesse James Garrett)[M].北京:機械工業出版社,2007.

[3]Ding.C.交互設計之路-讓高科技產品回歸人性(The Inmates Are Running the Asylum :Why High Tech Products Drive Us Crazy and How to Restore the Sanity)Alan Cooper[M].北京:電子工業出版社.

篇10

關鍵詞：綜合監控；人機界面；城市軌道交通；監控系統

1 綜合監控系統工作原理介紹

主要城市軌道交通綜合監控系統集成和網絡通信、信號、供電、機電設備系統，建立統一的操作平臺和集中監控系統，實現了統一的基本數據管理系統和系統之間的數據共享，從而實現信息的交換；在地鐵集中監控管理功能的主要電氣設備，實施鐵路客運統計監測，最終實現相關系統之間的信息共享和協調。通過統一的用戶界面綜合監控系統，操作管理人員可以更方便、更有效的監控和管理整個生產線，實現高效率的地鐵或輕軌運營。

城市軌道交通綜合監控系統采用兩級管理，三級結構系統的控制。兩個層次的管理是中央和站級，三級控制是中央級，站級和現場級。基于整體結構，綜合監控系統采用分層分布式控制結構，由三層組成：中央級監控網絡層、站級監控網絡層和底層設備級分散控制網絡層。中央級和站級通過通信骨干網連接。電站綜合深度監測系統綜合監測系統（PSCADA）、設備監控系統（BAS）和訪問控制系統，網絡收音機界面集成（PA）、閉路電視（CCTV）、抑郁（PSD）、乘客信息（PIS），亞足聯（AFC）、火災報警（FAS），時鐘（CLK）分散體系。車站級綜合監控將集成與互聯系統的現場級信息采集到車站級ISCS，再通過通信主干網將車站數據信息上傳到中央級控制中心綜合監控系統。

狀態和性能數據的收集和處理監測對象集中在線監控系統車站級上，調度員工作站等各種終端，大屏幕顯示的派遣員工，圖形，圖像，表格和文字形式為調度運行人員監視和控制的工作人員和為。并根據命令自動分配的傳輸模式或系統中的某一邏輯監控各現場控制，控制和其他控制點，或由調度控制命令，從而完成集中監控、乘客信息所有的設備和環境。本文主要是在綜合監控系統網絡結構的基礎上，對人機界面（HMI）平臺上的按鈕、菜單布局、報警等進行設計與分析。

2 人機界面（HMI）研發設計

2.1 軟件界面介紹

城市軌道交通綜合監控系統應能向運營維護人員提供一種簡潔、直觀的交互式的圖形化界面工具，通過該工具可以向操作員直觀地顯示設備狀態信息、運行信息、故障信息、報警信息、統計報表信息等，同時，操作員可通過該人機界面工具，在操作員工作站上對遠程的設備進行監視、設置、控制等等。

本次人機界面的開發是以綜合監控系統系統軟件平臺為依托，基于CORBA通信中間件，該中間件采用了軟件業流行的分布式對象結構，使各個軟件模塊“即插即用”。

人機界面（HMI）圖形軟件包是為實時系統設計的，運用簡單而強大的圖形格式編輯器，使得畫面開發快速完成。可以根據不同用戶的喜好和要求，創建圖形化的交互畫面，而且，所創建畫面中的對象可以根據所接收到的實時數據動態地變化。

通常而言，用戶界面代碼都嵌入在應用程序的代碼中，如果開發人員需要調整用戶界面，就必須對所有的應用程序代碼進行重新編譯。而本次開發的人機界面將用戶界面代碼部分與應用程序代碼部分完全地分離，從而使得用戶界面和應用程序的開發可以同時進行，進而縮短了系統的開發進程。

系統所支持的特性主要包括：

強大的網絡能力和跨平臺性。該特性使得用戶可以輕松地集成分布在網絡上的、多個不同操作系統上的應用，其支持的操作系統有Linux、Unix、Windows XP/2000/NT等；

圖層的可選擇性。該特性使得圖形組件能分置在不同的圖層上，其中，每個圖層能夠根據操作員命令、縮放程度以及數據庫的改變而隱藏或顯示。這種方式也使得操作員在使用或操作圖形界面時，可以盡可能少地點擊用戶界面；

圖符庫的自定義性。允許用兼容且經檢驗的圖形對象來進行圖元的開發；

畫面縮放、漫游、逐層消隱和多窗口等功能特性；

系統工具包是由多個組件組成的，主要的組件有圖形編輯器、運行環境、應用編程接口（API）等。

2.2 圖形界面建模

模型是一種對事物進行理解的抽象概念，是對事物的理解，是對真實系統的簡化。建模是適當的過濾的真正的系統，開發人員使用適當的表達規則來描述一個簡單的模型。通過該模型，人們可以了解學習的本質，人們很容易分析和處理它。UML（統一建模語言）是一種通用的建模語言，它得到了廣泛的支持，在學術界和工業界，并成為標準建模語言。

為了提高軟件開發人員在實踐中的軟件維護和可重用性的穩定性，逐步創建了一種新的軟件建模方法（建模技術，面向對象建模方法，面向對象方法）。OMT是一種面向對象的軟件開發和設計方法。該方法用于模擬實際應用。該模型用于構建獨立于編程語言的設計。面向對象的建模技術的分析和設計，以及一套面向對象的圖形符號概念，編程語言無關，統一軟件開發人員在軟件開發過程中的分析，設計和實現。這樣，軟件開發人員不需要使用其他方法，需要在每個階段的階段將開發階段的符號轉換為另一個符號。OTM三個模型描述一個系統，三個模型：對象模型，動態模型和功能模型。這三個模型分別從不同的，但與模擬系統密切相關，分別從不同方面對系統內容進行了全面反映目標系統的要求。對于任何復雜的系統，這三個模型是必要的。無論如何，對象模型是最重要的，最基本的，核心。

2.3 圖形界面設計

圖形界面用于設置圖片、圖表、變量、腳本、數據源對象的各種參數設置下的目標用戶和系統級的參數，包括添加、刪除、修改、插入等操作基本的圖形編輯部分，包括移動、縮放、旋轉和圖形的組合。在類中的窗口、圖元、數據源和用戶對象作為記錄類型，并根據指定的格式對內存中的配置文件有一些消息。圖形界面設計是通過每個子系統的圖形顯示屏幕來顯示各子系統的控制畫面。這幅畫主要是由三個簡單的物體組成的：線（直線，曲線，直線，圓弧，封閉圖形圓、橢圓、多邊形、扇形、矩形）和文本。每個基本圖形都充滿了顏色、高度、寬度和位置的線條和數據包的傳輸特性，封閉的圖形自己。這些屬性分為靜態和動態屬性是基于價值的表達變化和實時變化是根據狀態配置畫工業場人臉動畫圖像。

此外，人機界面還應當報告通知和響應功能，配置報告打印，歷史數據查詢，趨勢顯示等功能。報警報告和趨勢顯示，變量是動畫對象，其數據源由配置指定。這樣，每個子系統的圖片可以根據現場情況靈活配置。為了擴展HMI配置功能，還提供了各種腳本語言來實現靈活配置，腳本語言可以通過事件驅動方法進行編程，對象密切相關。例如，當您按下按鈕時，可以執行特定的程序來執行特定的控制任務。

控制模塊是基于邏輯控制單元，它是監控軟件的重要組成部分，雖然腳本語言程序可以完成控制功能，但它不是很直觀，編程語言自動化學工程師使用梯子或其他標準的習慣，非常方便，可以實現現場參考軟件組件的配置和組態軟件的監控功能，目前提供策略編輯器/基于IEC的標準生成組件，它是面向對象的，不僅造成的，可循環的執行順序是在PLC階梯一樣。控制功能模塊在現場總線控制系統中有著輝煌的未來，可以大大降低成本。

（1）圖元數據

數據集成監控系統的城市軌道交通量主要包括四種類型：遠程控制體積（DO）、遙調量（AO），遙測（AI），遠程信號（DI），使用四個數據，可以反映設備子系統的狀態，報警，溫度，濕度，流量，壓力等信息。遠程控制和遠程控制現場設備，有必要設計一些防止誤用的保護措施。這些保護措施包括：控制鎖設計條件，設置保持時間控制，確定控制失效時間。

為了便于操作和維修人員查看、記錄和子系統的綜合監控系統集成之間的差異，對報警子系統生成一組不同數據量的四，數據報警信息屬于特定組的報警量。根據不同的子系統定義不同的報警組，如“環境和設備監控系統”，“平臺門報警組”，“火災報警系統”，“中國中央電視臺”等。同時，還可以增加重要設備的數量，如“事故風扇報警組”，“冷卻器報警組”等，以方便報警過濾器查找。通過使用預警系統，我們可以建立整個報警和保護系統。

（2）圖形畫面

圖形屏幕是人機界面的基礎和核心，每個子系統的運行狀態可以直接通過圖形界面進行監控。要建立功能的屏幕，操作和維護人員通過圖形圖像可以非常直觀的操作，在固定區域的界面上顯示軌道交通控制和標志圖標。

在圖形圖像中，建立了人機界面導航結構，使得操作者可以容易地瀏覽集成和互B子系統的圖像。導航結構可以使用反向樹結構，如導航樹所示，以兩個步驟訪問監視器屏幕。第一步，選擇需要查看的子系統，如“火災報警”；第二步，選擇子系統屏幕的具體功能，如“車站層”等。

在屏幕上的圖形中，您應該創建“首選項”，“趨勢”和“報告”和“報警”事件。瀏覽“瀏覽”和“密碼”，如圖片條目，可以使用下拉菜單或按鈕。在圖形設計完成后，還需要人機界面（如報警屏幕，事件屏幕，趨勢曲線和報告）的特殊功能和子系統（大屏幕系統，小系統，如環境監控系統）。人機界面系統是用C++和Qt界面庫開發的，它可以運行在Unix，Linux和Windows操作系統。眾所周知，Unix平臺的高效和穩定，這對計算機病毒的影響小，安全系數高，成本高，使用方便，成本低，安全性低，但是PC使用方便。

使用Qt創建用戶界面包含了基本的用戶界面元素可以分為動態和靜態顯示對象。動態顯示對象包含了輸入輸出域（部分）域（writekey）、數據表（dobjs），數據質量，數據表和圖形表達域，從動畫、靜態顯示對象和用戶終端交互中完成對報警和事件數據傳輸和處理命令的處理。如框、行、文本、位圖等都是靜態的顯示對象，創建這些對象時，這些對象不影響用戶的輸入、命令和事件，只是固定在一個位置上，顯示圖形。這些靜態對象只能被一個特定的事件激活，并可以顯示動畫效果，如：圖形顏色的變化和閃爍，圖形的變化和位移的外觀等。

3 結束語

本文對綜合監控系統人機界面的設計進行了分析，從綜合監控系統的運行原理，人機界面的畫面顯示、人機界面的軟件模型建立、圖元、圖形畫面等多個方面對人機界面軟件設計進行了分析。運營維護人員通過綜合監控人機界面可以對集成和互聯的各個系統進行監視和控制，進一步的提高了軌道交通的自動化運行水平，為乘客提供一個更加舒適的乘車環境。

參考文獻

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