人机界面设计原则.docx
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人机界面设计原则
1.以用户为中心的基本设计原则
在系统的设计过程中，设计人员要抓住用户的特征，发现用户的需求。
在系统整个开发过程中要不断征求用户的意见，向用户咨询。
系统的设计决策要结合用户的工作和应用环境，必须理解用户对系统的要求。
最好的方法就是让真实的用户参与开发，这样开发人员就能正确地了解用户的需求和目标，系统就会更加成功。
2．顺序原则
即按照处理事件顺序、访问查看顺序（如由整体到单项，由大到小，由上层到下层等）与控制工艺流程等设计监控管理和人机对话主界面及其二级界面。
3．功能原则
即按照对象应用环境及场合具体使用功能要求，各种子系统控制类型、不同管理对象的同一界面并行处理要求和多项对话交互的同时性要求等，设计分功能区分多级菜单、分层提示信息和多项对话栏并举的窗口等的人机交互界面，从而使用户易于分辨和掌握交互界面的使用规律和特点，提高其友好性和易操作性。
4．一致性原则
包括色彩的一致，操作区域一致，文字的一致。
即一方面界面颜色、形状、字体与国家、国际或行业通用标准相一致。
另一方面界面颜色、形状、字体自成一体，不同设备及其相同设计状态的颜色应保持一致。
界面细节美工设计的一致性使运行人员看界面时感到舒适，从而不分散他的注意力。
对于新运行人员，或紧急情况下处理问题的运行人员来说，一致性还能减少他们的操作失误。
5．频率原则
即按照管理对象的对话交互频率高低设计人机界面的层次顺序和对话窗口莱单的显示位置等，提高监控和访问对话频率。
6．重要性原则
即按照管理对象在控制系统中的重要性和全局性水平，设计人机界面的主次菜单和对话窗口的位置和突显性，从而有助于管理人员把握好控制系统的主次，实施好控制决策的顺序，实现最优调度和管理。
7．面向对象原则
即按照操作人员的身份特征和工作性质，设计与之相适应和友好的人机界面。
根据其工作需要，宜以弹出式窗口显示提示、引导和帮助信息，从而提高用户的交互水平和效率。
人机交互界面，无论是面向现场控制器还是面向上位监控管理，两者是有密切内在联系的，他们监控和管理的现场设各对象是相同的，因此许多现场设备参数在他们之间是共享和相互传递的。
人机界面的标准化设计应是未来的发展方向，因为它确实体现了易憧、简单、实用的基木原则，充分表达了以人为本的设计理念。
各种工控组态软件和编程工具为制作精美的人机交互界面提供了强大的支持手段，系统越大越复杂越能体现其优越性。
组态软件人机界面设计步骤
1.界面风格的设计
控制台人机界面选用非标准Windows风格，以实现用户个性化的要求。
但考虑到大多数用户对于标准Windows系统较熟悉，在界面设计中尽量兼容标准Windows界面的特征。
因为位图按钮可在操作中实现高亮度、突起、凹陷等效果，使界面表现形式更灵活，同时可以方便用户对控件的识别。
但是，界面里使用的对话框、编辑框、组合框等都选用Windows标准控件，对话框中的按钮也使用标准按钮。
控件的大小和间距尽量符合Windows界面推荐值的要求。
界面默认窗体的颜色是亮灰色。
因为灰色调在不同的光照条件下容易被识别，且避免了色盲用户在使用窗体时带来的不便。
为了区分输入和输出，供用户输入的区域使用白色作为底色，能使用户容易看到这是窗体的活动区域；显示区域设为灰色（或窗体颜色），目的是告诉用户那是不可编辑区域。
窗体中所有的控件依据Windows界面设计标准采用左对齐的排列方式。
对于不同位置上多组控件，各组也是左对齐
2．系统界面布局分析
人机界面的布局设计根据人体工程学的要求应该实现简洁、平衡和风格一致。
典型的工控界面分为3部分：
标题菜单部分、图形显示区以及按钮部分。
根据一致性原则，保证屏幕上所有对象，如窗口、按钮、莱单等风格的一致。
各级按钮的大小、凹凸效果和标注字体、字号都保持一致，按钮的颜色和界面底色保持一致。
3．打开界面的结构体系
选择界面的概念取决于多个界面。
可将界面设计为循环，如果运行大量界面，必须设计一个合理的结构体系来打开界面。
选择简单而永久的结构以便操作员能够快速了解如何打开界面。
用户一次处理的信息量是有限的，所以大量信息堆积在屏幕上会影响界面的友好性。
为了在提供足够的信息量的同时保证界面的简明，在设计上采用了控件分级和分层的布置方式。
分级是指把控件按功能划分成多个组，每一组按照其逻辑关系细化成多个级别。
用一级按钮控制二级按钮的弹出和隐藏保证了界面的简洁。
分层是把不同级别的按钮纵向展开在不同的区域，区域之间有明显的分界线。
在使用某个按钮弹出下级按钮的同时对其他同级的按钮实现隐藏，使逻辑关系更清晰。
通常要由3个层面组成。
层面1是总览界面。
该层面要包含不同系统部分在系统所显示的信息，以及如何使这些系统部分协同工作。
层面2是过程界面。
该层面包含指定过程部分的详细信息，并显示哪个设备对象属于该过程部分。
该层面还显示了报警对应的设各对象。
层面3是详细界面。
该层面提供各个设备对象的信息，例如控制器、控制阀、控制电机等，并显示消息、状态和过程值。
如果合适的话，还包含与其他设备对象工作有关的信息。
电子电气
4．文字的应用
界面设计中常用字体有中文的宋体、楷体，英文的扭钔等，因为这些字体容易辨认、可读性好考虑到一致性，控制台软件界面所有的文本都选用中文宋体，文字的大小根据控件的尺寸选用了大小两种字号，使显示信息清晰并保证风格统一。
人体工程学要求界面的文本用语简洁，尽量用肯定句和主动语态，英文词语避免缩写。
控制台人机界面中应用的文本有两类：
标注文本和交互文本。
标注文本是写在按钮等控件上，表示控件功能的文字，所以尽量使用了描述操作的动词如“设各操作”、“系统设置”等。
交互文本是人与计算机以及计算机与总控制台等系统交互信息所需要的文本，包括输人文本和输出文本。
交互文本使用的语句为了在简洁的同时表达清晰，尽量采用用户熟悉的句子和礼貌的表达方式如“请检查交流电压”、“系统警告装置锁定”。
对于信｀息量大的情况，采用上下滚动而不用左右滚屏，因为这样更符合人的操作习惯。
5.色彩的选择
人机界面设计中色彩的选择也是非常重要的。
人眼对颜色的反应比对文字的反应要快，所以不同的信息用颜色来区别比用文字区别的效果要好。
不同色彩给人的生理和心理的感觉是不同的，所以色彩选择是否合理也会对操作者的工作效率产生影响。
在特定的区域，不同颜色的使用效果是不同的。
例如：
前景颜色要鲜明一些使用户容易识别，而背景颜色要暗淡一些以避免对眼睛的刺激。
所以，红色、黄色、草绿色等耀眼的色彩不能应用于背景色。
蓝色和灰色是人眼不敏感的色彩，无论处在视觉的中间还是边缘位置，眼睛对它的敏感程度是相同的，作为人机界面的底色调是非常合适的。
但是在小区域内的蓝色就不容易感知，而红色和黄色则很醒目。
因此提示和警告等信息的标志宜采用红色、黄色。
电子电气
使用颜色时应注意几点：
（1）限制同时显示的颜色数一般同一界面不宜超过4或5种，可用不同层次及形状来配合颜色增加的变化。
（2）界面中活动对象颜色应鲜明，而非活动对象应暗淡，对象颜色应不同，前景色宜鲜艳一些，背景则应暗淡。
中性颜色（如浅灰色）往往是最好的背景颜色，浅色具有跳到面前的倾向，而黑色则使人感到退到了背景之中。
（3）避免不兼容的颜色放在一起（如黄与蓝，红与绿等），除非作对比时用。
6.图形和图标的使用
图形和图标能形象地传达信息，这是文本信息达不到的效果。
控制台人机界面通过可视化技术将各种数据转换成图形、图像信息显示在图形区域。
选择图标时力求简单化、标准化，并优先选用已经创建并普遍被大众认可的标准化图形和图标。
工业控制组态软件图形系统设计
1引言
随着工业控制系统对用户操作界面提出了越来越高的要求，监控组态软件作为强大的软件平台工具，伴随着计算机技术和分布式控制系统的广泛应用而发展起来的，监控软件在自动控制系统中的地位如图1所示。
组态软件产品出现于上世纪80年代初，目前世界上的组态软件有近百种之多，国际上知名的工控组态软件有Intouch，FIX，Paragon，Cimplicity，RSView32等，但由于价格偏高，成套系统达几十万至几百万且界面西化，不能满足一些特殊要求，对于中小型企业来讲，许多功能用不上，造成极大的浪费，另外由于国外产品的实现细节是保密的，系统安全上受制于人，具有很大的安全隐患。
国产化的组态软件逐渐成为市场上的一支生力军，但总体上讲，由于资料来源缺乏，软件工程的组织薄弱等原因，使国产化组态软件的开放性、集成性、可靠性都有一定局限性。
本课题组以工业在线检测试验过程为背景，开发具有自身特色、专用型、实时性的组态软件。
我们的主要工作是在分析出DCS系统中工业数据采集和监控领域要解决的问题后，制定了监控组态软件的整体框架，在此基础上完成组态软件中比较重要的模块――图形组态系统的设计和实现，图形组态的设计实现分成动画连接组态模块，界面生成模块和数据文件管理模块三部分，另外围绕图形组态系统，进行与图形组态系统相关模块的开发和实现，其具体包括实时数据模块、历史数据库模块。
图1DCS控制系统结构图
2监控组态软件设计
2.1监控组态软件总体框架
图2组态软件的结构图
2.2监控组态软件实现过程
把组态软件划分为下列四个部分：
图形组态（界面）系统、实时数据库系统、通信及第三方程序接口组件、I/O设备驱动（其结构图如图2所示），其中每一部分都可以进行独立开发。
课题组采用对象编程方式（OOP）进行图形界面设计，使画面精细，动画效果直观。
面向对象技术以基本对象模型为单位，将对象内部处理细节封装在模型内部，重视对象模块间的接口联系和对象与外部环境间的联系，能层次清晰地表示系统全局对象模型。
其主要特征概括为：
抽象性、继承性、封装性和多态性。
在本软件中，把组态软件图形组态系统划分成动画连接组态模块，界面生成模块和数据文件管理模块三部分，各模块之间的关系如图3所示。
图3图形组态系统框图
2.2.1图形生成模块的实现
创建新的图元
设置图元静态属性
编辑典型图元
建立图库
引入COM组件
处理绘图界面的闪烁
2.2.2动画连接模块的实现
动画连接组态模块完成图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。
动态属性与设备的I/O变量等相关，它反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数，随着表达式的值的变化而变化。
动画连接包括颜色连接、填充连接、位置与大小变化连接、图形连接、命令连接和可视连接六部分。
2.2.3脚本模块的实现
设计人员可以利用自编的命令语言增强应用程序的灵活性。
命令语言解释命令语言为运行系统功能实现的模块相当于C语言编译器的一个子模块。
一个完整的编译过程包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成六个阶段。
而组态软件的命令语言解释模块只需要完成词法分析和语法分析的功能。
2.2.4趋势曲线模块的实现
在组态软件中，有时要直观显示数据的变化趋势就需要用到趋势曲线。
通过选择要显示的实时数据库中的变量，采用COM技术通过一个XY实时曲线控件CKChartXY显示出来。
该曲线控件具有多项功能：
调整大小、显示坐标、同时画8条曲线、更改曲线的颜色、背景、保存输入的数据、打印显示的曲线、可以移动游标进行点坐标的显示。
图4趋势曲线显示效果图
3软件模拟运行演示
监控软件实现了图形组态系统的基本功能，并且在实时数据模块和历史数据库的支持下，能够实现一定的监控功能。
在此通过一个模拟实例对系统的功能进行验证。
首先，建立一个工程文件（后缀为.mpj），在工程中创建画面并设计画面的属性，随后在画面中绘制用于模拟现场环境和仪表的各种控件组成监控画面；然后创建用于支持软件运行的内存数据（例如压力、温度及液位等），并把画面中的相关控件和内存数据进行连接，也即动画属性的配置。
完成后点击菜单中的运行按钮进行运行基准频率和时间更新频率的设置，设置完成后画面进入模拟运行状态。
如图5所示，由图可以看出当系统运行时，内存中的变量就变为了实时数据系统中的实时数据，由于是模拟运行，所以实时数据只能通过设计脚本程序进行变化，当实时数据变化时，监控画面上的对应实时数据的控件也发生相应的变化。
图5软件模拟画面
人机界面设计
一、智能人机界面概述
在计算机的专业词汇里，计算机系统被定义为由计算机硬件、软件和人共同构成的人机系统（见图1）。
人机界面就是在计算机系统中处于人、硬件及软件交叉的那一部分，是由人、硬件和软件三者组合而成。
人机界面是一个综合的操作环境，它介于用户与计算机之间，从中传递和交换信息。
对于人机界面来说，它的核心内容包括外部的显示风格以及用户进行具体操作的方式。
具体地，人机界面集中体现在计算机系统的输入输出功能和用户对系统的各个部分进行操作的控制功能。
一个好的人机界面，应该具有一致、友好、简单、自然的特
点。
随着人工智能的迅速发展，智能技术与人机界面相互融合，产生了智能人机界面。
智能人机界面与一般的人机界面的区别在于：
前者是以人与机器共同协作完成任务为先决条件的，可使计算机更加人性化，更友好，更亲切，它具有三个显著特点：
1．在操作风格上鼓励实践，能把界面中的错误减少到最低限度，尽可能减少人工干预；
2．提供自动完成常规任务的服务方式和联机帮助系统，调用工具更加方便、简洁；
3．具有容易理解和使用概念模型进行学习的能力，并且能更广泛地适应不同层次的用户。
二、智能人机界面的作用
（一）在用户与机器语言之间建立桥梁
在通常的情况下，用户在向界面发出命令过程时会发生机器理解上的错误。
这种错误反映出用户语言与机器语言的差距。
智能人机界面最大限度地避免了此类错误，提供对用户所使用的自然语言的理解。
（二）能够完成复杂的任务
对于较复杂的任务，使用一般性界面系统，必须对用户进行大量的训练，而在训练之后仍不能避免错误的发生。
在智能人机界面中，由于联机帮助和多种工具的提供，使得复杂的任务变的简单易行。
（三）可作为训练用户机能的有效工具
智能人机界面可以与任务相联系，从而被开发成一个合适、实用的用户模型，为用户提供一个可以进行训练、学习操作技能和了解掌握系统功能的工具。
具有人机共享任务并协作完成任务的功能任务共享有两种形式，其一是机器主动请求用户提供机器所需要的信息输入，另一种是机器反过来影响用户指令，并向用户提供信息，告知用户正在做什么等等。
三、智能人机界面的相关技术
（一）自然语言界面技术
在智能人机界面中，最佳设计方案是使用自然语言进行输入输出，但是以下两个原因妨碍了自然语言在界面技术中的应用。
一是由于语音识别技术尚处于不完全可靠及价格过贵的状况。
二是由于自然语言本身的不确定性，必须利用上下文才能正确表达和理解。
但是随着技术的发展和研究的深入会使得机器越来越多地理解自然语言。
在界面中自然语言的成分越高，智能的成分也越多。
（二）多媒体技术
应用多媒体计算机技术使计算机能同时扑获和处理图像、声音、视频、文字等多种媒体。
在多媒体计算机系统中，充分调动人们的听觉、视觉和触觉与计算机进行交互，使人机界面更加友好、自然。
在多媒体技术中，超文本和超媒体是其关键技术。
这种技术改变了线性组织文字内容的传统，将要表达的内容分割成节点，节点之间通过链进行连接，其组织形式很接近于人类联想式的思维方式，以立体的网络结构将内容呈现在人们的面前。
但是超文本和
超媒体的形式也存在某些不足，比如节点的分割困难和阅读过程中的“迷失”问题等等。
但是,多媒体技术毕竟使计算机更加接近人类，并且，这种技术将越来越多地应用于计算机。
（三）专家系统技术
专家系统技术主要包含专家系统的知识表示、专门知识的应用和知识获取技术三个方面。
知识表示是研究如何把人类的专家知识加以抽象并逻辑地表示出来，最终转换为适合于机器表示的形式。
专门知识的应用主要研究规则事实和表示知识结构的方法，并且将规则用于事实与知识结构的机理结合，从而组成一个专家系统。
知识的获取在专家系统中是最难解决的问题。
目前，已经建立了许多知识获取技术，例如，归纳式知识获取，是采用归纳推理的方法获取新知识。
但总的说来，知识获取的研究至今仍是初步的，离问题的真正解决尚有距离。
四、智能人机界面的构成
它包括四个部分：
1．用户；
2．与用户进行交互的会话机；
3．与任务交互的任务机；
4．任务本身。
用户会话机与任务机联合起来组成智能界面。
在构造智能人机界面时，一般可以从任务模型、用户模型和翻译器三方面入手考虑。
（一）任务模型
用结构分析的方法，把任务分解成层次结构和与任务相关的操作分类，最后归结为当前任务的描述。
一种较合适的方法是对任务的组成进行分解和在人机之间进行动态分配，也可以将任务视为子过程，为其提供从初始状态到最终状态的转变。
（二）用户模型
人机界面本身可以理解为一组概念和关系。
良好的用户模型将帮助设计者设计出良好的人机界面。
真实性是用户模型最重要的特征。
常用的有用户概念模型、设计者模型和系统映像。
（三）翻译器
在人机交互中，由于人们对机器推理过程和数据结构的生疏，以及自然语言和机器语言之间的差距而常常引起错误。
机器翻译器是将机器的输出转化成用户可理解的形式，即把任务的机器表示转化为界面中表示的中间功能模型；用户翻译器是把用户的指令、应答和命令转换为机器的操作语言。
因此，我们可以用中间媒体作为会话的主动体，它既懂得用户的语言，又懂得机器执行的任务语言。
让中间媒体既担当起用户翻译器的作用，把用户指令转换为机器操作，同时又作为机器翻译器，把计算机的输出转换为用户可理解的形式。
五、建立智能人机界面的过程
智能人机界面是一个功能复杂的计算机软件，它的开发过程也应遵循一般的软件生命周期；另一方面，它又是一种特殊的人机界面和专家系统软件，所以又具有自己独特的开发特点.总的说来，一般可以按照以下步骤进行智能人机界面的开发。
（一）对智能界面要完成的功能和环境进行详细的了解
与一般的人机界面相比，智能人机界面要采用许多新概念、新技术和全新的结构形式，因此，要充分研究和了解现有的智能人机界面所达到的技术指标，还需借鉴与智能界面有关领域的研究成果和经验，确定一条比较合理的研制思路。
（二）充分研究界面设计方法
知识库中所搜集界面设计知识的多少对智能人机界面的设计质量起着决定性的作用。
对于各类界面设计概念、规则、方法以及有代表性的软件系统进行广泛的搜集，并根据使用范围和用户要求，定义出一个适当的知识范围。
（三）建立任务模型和用户模型
建立正确有效的任务模型和用户模型是开发智能界面成败的关键。
一般是采用实验和原型的方法，反复对模型进行建立、测试、修改，并将模型变成智能界面。
（四）建立公共界面
公共界面是任务模型和用户模型的集成。
通常使用实体关系模型来建立（E—R图）。
实体关系模型是由概念及其关系所组成的基本结构，很容易转化为上述两个模型中的等价结构。
（五）概念、功能和结构设计
根据系统规格说明书的要求，阐明智能界面设计过程所需的各种概念、实体及相互间的关系；划分功能，确定操作的内容和形式，明确界面与各类环境的接口。
同时，还要根据功能要求进行模块划分，确定各模块的功能和模块间的相互关系。
（六）知识表示模式设计
在界面设计和知识获取的基础上，采用适当的知识表示方法，建立最佳的知识表示模式，组成高效知识库。
（七）任务机设计
任务机主要由专家系统的知识库和推理机组成，因此要具体设计出知识库和推理机的结构形式及工作机制。
（八）用户会话机设计
用户会话机设计包括人机界面、解释模块、知识获取模块等的设计工作，此外，还需实现输入输出之间的各种翻译功能。
（九）测试与评估
由于智能人机界面技术至今尚未成熟，因此更需要使用原型化技术，反复进行实践、测试、修改或者重新设计。
六、结论
智能人机界面是近年来计算机行业研究的热点之一。
目前，尽管智能人机界面的设计仍处于初级阶段，但随着计算机硬件、软件及其相关学科的发展，智能人机界面的设计将日趋成熟，它将使计算机与人的距离进一步缩短，使计算机更多地融入我们的生活。
工控界面设计要点
1、在一般界面上，不要使用过大的图片；但应该设计导视图片
2、应该将各个信息分好类，主要以功能模块分类，如电机一个界面、水泵一个界面；
3、各界面上应该再进行分块，以Frame装起来；
4、界面上同一类型控件集中放置，大小应该相等；
5、尽量采用比较形象的模拟表头，将会更加美观；
6、界面上底色应该尽量中性、柔和；
7、工控软件一般应该包括趋势图、历史数据库；要有数据报警功能，尽量做到错误发生时，能切换到错误界面上；
8、工控软件主要界面及各功能模块分类；
人机界面设计评价
本文介绍了人机界面设计的一般过程，人机界面实现的原则，人机界面的风格和对人机界面设计的评价。
由于受传统观念的影响，很长一段时间里，人机界面一直不为软件开发人员所重视，认为这纯粹是为了取悦用户而进行的低级活动，没有任何实用价值。
评价一个应用软件质量高低的唯一标准，就是看它是否具有强大的功能，能否顺利帮助用户完成他们的任务。
近年来，随着计算机硬件技术的迅猛发展，计算机的存储容量、运行速度和可靠性等技术性能指标有了显著的提高，计算机硬件的生产成本却大幅度下跌，个人计算机日益普及。
新一代的计算机用户，在应用软件的可操作性以及软件操作的舒适性等方面对应用软件提出了更高的要求除期望所用的软件拥有强大的功能外，更期望应用软件能尽可能的为他们提供一个轻松、愉快、感觉良好的操作环境。
这表明，人机界面的质量已成为一个大问题，友好的人机界面设计已经成为应用软件开发的一个重要组成部分。
1人机界面的风格分析
这里所指的人机界面的风格，是指计算机系统的用户界面上控制输入的方法，大致经过了四代的演变：
1.1命令语言：
在图形显示、鼠标、高速工作站等技术出现之前，现实可行的界面方式只能是命令和询问方式，通信完全以正文形式并通过用户命令和用户对系统询问的响应来完成。
这种方式使用灵活，便于用户发挥其创造性，对熟练的用户有很高的工作效率，但对一般用户来说要求高，易出错，不友善并难于学习，它的错误处理能力也较弱。
1.2菜单选项：
这种方式与命令行方式相比不易出错，可以大大缩短用户的培训时间，减少用户的击键次数，可以使用对话管理工具，错误处理能力有了显著提高。
但使用起来仍然乏味，可能出现菜单层次过多及菜单选项复杂的情形，必须逐级进行选择，不能一步到位，导致交互速度显得太慢。
1.3面向窗口的点选界面此类界面亦称WIMP界面，即窗口（Windows）、图标（Icons）、菜单（Menus）、指示器（PointingDevice）四位一体，形成桌面（Desktop）。
这种方式能同时显示不同种类的信息，使用户可在几个工作环境中切换而不丢失几个工作之间的联系，用户可通过下拉式菜单方便执行控制型和对话型任务，引入图标、按钮和滚动杆技术，大大减少键盘输入，对不精于打字的用户无疑提高了交互效率。
1.4自然语言使用自然语言与应用软件进行通信，把第三代界面技术与超文本、多任务概念结合起来，使用户可同时执行多个任务（以用户的观点）。
随着文字、图形、语音的识别与输术技术的进一步发展，多媒体技术在人机界面开发领域内的进一步发展，自然语言风格的人机界面将得以迅速的发展，最终走向实用化。
2人机界面的设计原则
人机界面设计的好坏与设计者的经验有直接有关系，有些原则对几乎所有良好的人机界面的设计都是适用的，一般地可从可交互性、信息、显示、数据输入等方面考虑：
原则1：
在同一用户界面中，所有的菜单选择、命令输入、数据显示和其他功能应保持风格的一致性。
风格一
升级会员 