煙草制絲生產(chǎn)線人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)探究

1、煙草制絲生產(chǎn)線人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)探究 摘要:通過分析煙草制絲生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，結(jié)合其實(shí)際應(yīng)用，提出了一種依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面的層次結(jié)構(gòu)，基于監(jiān)控對象創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)模型，根據(jù)應(yīng)用需求規(guī)劃產(chǎn)品功能的人機(jī)交互軟件設(shè)計(jì)思路，并給出了用戶應(yīng)用安全和更好滿足用戶體驗(yàn)等方面的一些建議。設(shè)計(jì)方式有助于提高人機(jī)交互軟件的標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，并為后期制絲車間的信息化集成奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞:煙草制絲生產(chǎn)線;人機(jī)界面;用戶體驗(yàn);數(shù)字化建模 人機(jī)交互界面是自動(dòng)化生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(supervisorycontroianddataacquisitionsystem，SCADA)中的一個(gè)子系統(tǒng)。

2、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面是一個(gè)綜合的操作環(huán)境，也是用戶與計(jì)算機(jī)之間傳遞和交換信息的工具，同時(shí)是使用監(jiān)控軟件平臺(tái)，通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、交換處理，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線的監(jiān)控和管理功能1，并為企業(yè)信息系統(tǒng)提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的一種工業(yè)應(yīng)用軟件產(chǎn)品。隨著新一輪卷煙行業(yè)技術(shù)升級和生產(chǎn)線控制系統(tǒng)柔性化的進(jìn)一步增強(qiáng)，采用電控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、對象化技術(shù)、單元化技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)的智能集成生產(chǎn)控制系統(tǒng)已成為煙草行業(yè)的發(fā)展趨勢，打造新一代面向工業(yè)V40、數(shù)字化、智能化工廠是煙草行業(yè)信息化建設(shè)的主要目標(biāo)。智能工廠主要關(guān)注智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程。如何通過人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)，更好地展示煙草制絲生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的柔

3、性化、智能化設(shè)計(jì)，是本文主要探討的問題。交互設(shè)計(jì)是一種將產(chǎn)品從技術(shù)化轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑?，同時(shí)滿足人們情感需求的實(shí)際方法，隨著人機(jī)交互設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展，人機(jī)交互界面更傾向于提高工業(yè)生產(chǎn)效率的易操作性和重視用戶體驗(yàn)的人性化設(shè)計(jì)2。 1煙草制絲生產(chǎn)線人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 現(xiàn)在應(yīng)用中的制絲生產(chǎn)線人機(jī)界面設(shè)計(jì)，多側(cè)重于設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視和控制功能的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)開發(fā)者通常依據(jù)自己的個(gè)性進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，將采集到的所有數(shù)據(jù)信息盡可能地堆疊到畫面中，設(shè)計(jì)缺乏一定的規(guī)范性。人機(jī)界面信息量很大，信息卻沒有進(jìn)行有效的分類、規(guī)劃，往往會(huì)因?yàn)橐恍o關(guān)緊要的信息，干擾了用戶對關(guān)鍵信息的響應(yīng)速度。隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代煙草制絲生產(chǎn)線控

4、制系統(tǒng)正向著面向定制化設(shè)計(jì)，支持多品種小批量生產(chǎn)模式發(fā)展，要求生產(chǎn)線控制系統(tǒng)具有高度的柔性，能夠進(jìn)行模塊化組合，以滿足生產(chǎn)不同產(chǎn)品的需求，因此對生產(chǎn)線操作員要求更高。但是操作員卻希望通過簡單、快捷和安全的操作界面，完成對復(fù)雜工藝生產(chǎn)線的控制，實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化應(yīng)用。因此人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)也應(yīng)該向著更加規(guī)范，更加人性化的設(shè)計(jì)方向發(fā)展3。交互設(shè)計(jì)三要素:機(jī)器/系統(tǒng)、人、界面。如何通過界面，更好地將機(jī)器/系統(tǒng)的信息“告訴”人，并通過界面，將人要表達(dá)的意思“傳達(dá)”給機(jī)器/系統(tǒng)，是工業(yè)人機(jī)界面設(shè)計(jì)需要研究的問題。 2煙草制絲生產(chǎn)線人機(jī)界面設(shè)計(jì)思路 基于符合ISA88標(biāo)準(zhǔn)的批次控制技術(shù)設(shè)計(jì)的制絲線管控

5、系統(tǒng)，更好地適應(yīng)了分組加工特色工藝、柔性化生產(chǎn)和精細(xì)加工611的發(fā)展要求4。煙草制絲生產(chǎn)線人機(jī)交互界面，監(jiān)控的對象是制絲自動(dòng)化生產(chǎn)線，因此也可基于ISA88標(biāo)準(zhǔn)理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控，向支持以工藝任務(wù)、工藝線路和工藝單元為核心的參數(shù)化任務(wù)生產(chǎn)控制及操作的人機(jī)交互界面?；跇?biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)開發(fā)，是未來解決管控系統(tǒng)柔性集成時(shí)成本高和難以實(shí)現(xiàn)等問題的良好解決方案5。21人機(jī)界面結(jié)構(gòu)層次設(shè)計(jì)。ISA88標(biāo)準(zhǔn)提供了一種基于批次生產(chǎn)的層疊模型，用來對物理設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)化建模，即物理模型，對應(yīng)于煙草制絲工廠的實(shí)體物理對象，可以構(gòu)建出制絲生產(chǎn)線的層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。制絲生產(chǎn)線人機(jī)界面依據(jù)這一結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)基

6、于產(chǎn)線、加工單元、設(shè)備及器件級的監(jiān)控界面層次框架，如圖2所示。圖2人機(jī)界面層次22對象建模。針對煙草制絲生產(chǎn)線這種層次結(jié)構(gòu)，在監(jiān)控系統(tǒng)中搭建生產(chǎn)車間組織架構(gòu)?；谌Ｐ突脑O(shè)計(jì)原則，由下至上創(chuàng)建器件級模型、設(shè)備模型、處理單元模型。通過層級間的包含關(guān)系，對模型對象實(shí)例化，搭建出滿足工藝要求的生產(chǎn)工藝線路。生產(chǎn)線各工藝段包含了多個(gè)生產(chǎn)單元，可以同時(shí)生產(chǎn)一個(gè)或多個(gè)批次的產(chǎn)品;每個(gè)生產(chǎn)單元包含了一組設(shè)備，每個(gè)單元可以完成特定的加工過程，每個(gè)單元模塊在同一時(shí)間只能生產(chǎn)一個(gè)批次的產(chǎn)品，各單元模塊是相互獨(dú)立的，對不同生產(chǎn)單元的合理調(diào)度，即實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的柔性化控制。人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)軟件均提供了畫面模板設(shè)計(jì)功能。

7、根據(jù)對象模型的屬性，創(chuàng)建監(jiān)控對象的畫面模板，在應(yīng)用中，通過參數(shù)調(diào)用，實(shí)例化模板畫面，實(shí)現(xiàn)同類型對象的標(biāo)準(zhǔn)化畫面調(diào)用顯示，如通用電機(jī)畫面模板調(diào)用，見圖3。23基于標(biāo)準(zhǔn)的對象模型的數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)。人機(jī)交互界面與PLC控制系統(tǒng)的交互是通過數(shù)據(jù)接口實(shí)圖3電機(jī)模板畫面調(diào)用顯示實(shí)例現(xiàn)，為對象模型定義標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，這有助于系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范性設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)接口的設(shè)計(jì)包括:數(shù)據(jù)接口命名規(guī)則、數(shù)據(jù)類型定義和數(shù)據(jù)長度定義等方面。數(shù)據(jù)接口涵蓋了制絲控制系統(tǒng)中大部分控制設(shè)備，主要包括生產(chǎn)線自動(dòng)控制接口、生產(chǎn)狀態(tài)采集接口、主機(jī)設(shè)備控制接口、輔聯(lián)設(shè)備控制接口和生產(chǎn)工單數(shù)據(jù)接口等。接口數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的模式定義，使工作各設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)按

8、標(biāo)準(zhǔn)模塊執(zhí)行，縮短了整體控制系統(tǒng)的研發(fā)周期，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的技術(shù)可移植性，便于維護(hù)。數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)化也有助于將各個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)統(tǒng)一到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)中來，為企業(yè)的信息化及大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口平臺(tái)。通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口設(shè)計(jì)還有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，提高系統(tǒng)的開放性和兼容性。24聚焦用戶需求的功能規(guī)劃。人機(jī)交互界面應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，應(yīng)以滿足用戶的需求為目的。制絲生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)線的監(jiān)視和控制的功能，完成對整個(gè)車間生產(chǎn)過程信息的收集、處理、存儲(chǔ)、監(jiān)視、報(bào)警、記錄和控制等。在確保生產(chǎn)過程的有序、高效、可控和可視的同時(shí)，要應(yīng)具備生產(chǎn)任務(wù)控制及管理、系統(tǒng)診斷和日志管理等功能。按照監(jiān)控功能

9、設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)，功能細(xì)分如圖4所示。25便于管理的安全操作設(shè)計(jì)。用戶通過人機(jī)交互界面，可直接控制自動(dòng)化生產(chǎn)線中的設(shè)備，因此系統(tǒng)的安全操作尤為重要。通常通過用戶權(quán)限和控制操711作的約束條件，來確保用戶的安全、有效操作。根據(jù)用戶角色對系統(tǒng)的管理范圍和應(yīng)用需求的不同，劃分角色組，并定義相應(yīng)的操作權(quán)限，將對應(yīng)的用戶歸屬到不同的角色組中，通過角色組的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對不同用戶的權(quán)限控制與維護(hù)。人機(jī)界面中，在可操作的按鈕或輸入框中，添加約束性條件和相應(yīng)的提示信息，減少和避免因用戶誤操作產(chǎn)生的錯(cuò)誤生產(chǎn)指令。26基于用戶角色的定制化設(shè)計(jì)。交互設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的交互性與體驗(yàn)性，設(shè)計(jì)者應(yīng)站在用戶角度來完成工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

10、不同用戶對信息的需求不同，生產(chǎn)操作員，需要了解生產(chǎn)控制結(jié)果和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù);工藝管理員關(guān)心生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)工藝指標(biāo)、質(zhì)量數(shù)據(jù);設(shè)備維修人員側(cè)重于各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及設(shè)備是否發(fā)生故障等等。因此將數(shù)據(jù)信息優(yōu)化處理，進(jìn)行有效分類，針對不同角色的用戶開發(fā)定制化人機(jī)界面勢在必行。通過簡化操作流程，利用有效信息實(shí)現(xiàn)用戶的快速響應(yīng)，達(dá)到調(diào)高工作效率的目的。 3結(jié)束語 制絲線集中監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)多范疇的應(yīng)用軟件，還涉及到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、接口技術(shù)和存儲(chǔ)技術(shù)等等，本文僅從監(jiān)控系統(tǒng)中人機(jī)界面設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，通過分析煙草制絲生產(chǎn)線的特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)線實(shí)際，提出一種人機(jī)界面軟件開發(fā)的結(jié)構(gòu)規(guī)劃和對象建模的思路，并給出了軟

11、件功能設(shè)計(jì)、應(yīng)用安全性設(shè)計(jì)，以及用戶體驗(yàn)等方面的設(shè)計(jì)建議。人機(jī)界面設(shè)計(jì)是產(chǎn)品創(chuàng)新的有效途徑，人機(jī)交互設(shè)計(jì)必然向著信息化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。隨著技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，交互設(shè)備也越來越豐富，移動(dòng)設(shè)備、手機(jī)和平板等正逐漸在工業(yè)人機(jī)交互中推廣應(yīng)用，工業(yè)人機(jī)交互方式必將發(fā)生巨大的改變。通過語音識(shí)別和肢體識(shí)別等實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流的技術(shù)將從機(jī)器為中心的界面轉(zhuǎn)向更為人性化的交互方式發(fā)展。 參考文獻(xiàn): 1張成忠，孔梅交互設(shè)計(jì)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與未來展望J包裝工程2011，33(8):6871 2AHMADFAProjectdesignandmanagementofprogrammablelogiccontrollersforelectricaltechnologyJInternationalJournalofEmergingSciences，2012(3):322333 3李翩翩淺談交互設(shè)計(jì)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用J文藝生活，2016，27(9):5860 4廖材河，羅旺春基于ISA88的批次控制技術(shù)在制絲生產(chǎn)線中的應(yīng)