人机界面(HMI)的画面设计至关重要，因为它对业务效率有直接和积极的影响。然而，自从40年前推出HMI以来，设计画面是一个耗时的过程，需要专业技能和专业知识。现在，新的画面设计软件正在简化这一过程，并大大减少设计画面所需的时间。新的布局和模板也为用户提供了更多的自由度和灵活性，能轻松方便地创建更优秀的画面。
人机界面(HMI)设计的历程
HMI设计1.0
早在80年代，为了机器和设备创建图形界面，您需要一台可编程显示部件(简称HMI)以及早期的一些编程软件。在专门的HMI画面设计软件出现之前，创建和设计HMI需要计算机编程技能和高级计算机知识。HMI的开发和维护既耗时又昂贵（我们可以将此阶段称为HMI设计1.0）。HMI设计软件的面世减少了为HMI创建和维护画面的工作量。
HMI设计2.0
在HMI设计2.0阶段时，HMI设计软件由两个部分组成：第一，用于绘制画面显示的图形组件；第二，用于画面编程操作的操作组件。操作组件需要设置称为画面标签的特殊指令。配置这些画面标签仍然需要一些专业知识，并且在设计和操作方面都有很大的改进空间。
HMI设计3.0
在90年代，Windows操作系统为新的可能性打开了大门。工控行业借助于Windows软件技术对HMI设计软件的图形和操作组件进行了集成，从而可以方便地通过更改图形部件的属性来实现编程操作。虽然HMI设计变得简单得多，但部件放置、更改属性等元素多年来一直保持不变，因此HMI设计的工时并没有显著减少。
HMI设计4.0
近年来，随着一系列新的HMI设计方法和概念的引入，通过取消不必要的步骤和对现有资源的再利用，HMI设计工时被大大缩短了。HMI设计4.0简化了设计过程，提高了操作员效率，从而使得整个工作效率得到有效提升。关于HMI设计在各个阶段的演变，请见下表所示：
画面设计的现况
统计数据显示，大型HMI上的基本画面数量通常超过500个。每个画面中的部件数量通常超过100个。然而，哪怕是创建一个部件也需花费相当多的时间和精力，这样就可以看到设计HMI的画面是多么耗时。
超过70%的HMI画面设计者使用脚本。但调查显示，脚本的开发和维护对画面设计者来说是一个沉重的负担。
智能手机等用户界面对工业HMI设计产生了重大影响，现在的用户要求画面更清晰、更易于使用。
HMI设计4.0 Part 1：布局
在传统HMI设计软件中创建画面，您可以在被称为“基本画面”的页面上绘制部件，这些页面的分辨率与HMI相匹配。绘制这些部件时，可以指定X和Y坐标及其宽度和高度作为部件的属性。这些属性与屏幕分辨率对应为绝对值。如果您想在另一个具有不同屏幕分辨率的HMI上使用相同的画面数据，则需要调整每个部件的位置。此外，如果在其他地方重复使用原画面，则无法更改原画面上部件的相对位置，这限制了创建良好布局的自由度。
在HMI设计4.0中，画面布局提供了一种新的画面设计方法，无需依赖HMI屏幕的分辨率。以下是网格布局的示例。网格布局具有与表格类似的行和列。在画面上绘制部件时，将部件放入单元格中，并自动调整部件大小以适应单元格区域。
网格上行和列的大小与屏幕的分辨率有关。如果屏幕分辨率发生变化，行和列的大小也会相应调整。因此，它能够保留部件相对于原画面布局的位置。除了对整个画面使用网格布局外，还可以在布局框架画面中的某一部分中使用网格布局，并且允许内容重用和调整大小。
与在基本画面上绘制部件相比，网格布局画面不需要对部件的位置进行精细调整，因此完全不需要“左对齐”和“均匀分布”等命令。这减少了在画面上绘制部件所需的时间。具有行和列的简单画面布局可能会限制部件的放置，然而，使用HMI设计4.0，可通过合并单元格或在一个或多个单元格中绘制更多网格来增加画面的复杂性。此功能大大提高了布局所需的自由度。
使用网格布局可以大大减少在屏幕上绘制部件所需的时间和精力，并增加画面布局的自由度。随着复用画面的增加，可以实现HMI总体设计工时的减少。
画面设计的现状
HMI设计4.0引入了模板的概念，可以预设功能和外观，而不必从头开始设计画面。通过使用主题模板为您提供所需的外观，使用颜色集模板来定义画面色调以及使用导航模板便于切换画面，从而显著减少了HMI设计的时间和精力。而且，即使在HMI设计完成后，还可以通过更改模板在不干扰整个设计的情况下进行微调。
<图1：Microsoft Windows的主题示例>
使用主题和颜色集模板，不仅可以更快、更轻松地设计画面，还可以通过软件包中预先设计的、用户友好的画面选项立即创建统一的画面。例如，如果不使用颜色集和主题，即使在您决定所有停止开关都是红色之后，您也可能会在每个画面上设置不同红色的开关。颜色集可以防止这种情况发生。通过使用主题，可以更改部件属性的默认值，然后注册该属性以用于其他部件。例如，要将部件中标题的字体大小设置为20点，可以将部件的文本字体大小编辑为20，并将其保存为标题文本的默认字体大小。之后，就不再需要更改部件的字体大小了。
对于中小型HMI来说，画面数量和画面导航操作似乎很简单，但画面更改操作的设置相当复杂。例如，对于更改画面开关，您需要指定目标画面编号。每当画面配置发生变化或目标画面编号发生变化时，您都需要查看和编辑所有更改相应画面开关的设置。因此增加了维护所花费的时间。HMI设计4.0通过导航模板消除了这个问题。
导航模板自动配置屏幕更改。更改画面菜单的设计是在模板中设置的，画面更改的画面编号是根据画面结构自动配置的。您可以将导航模板替换为新模板，以更改菜单的外观；但是，画面结构不变，无需查看所有画面设置。
通过使用模板来提高画面数据的复用性并减少HMI画面设计的工时是HMI设计4.0的两个关键要素。自40年前推出第一台HMI以来，在很长一段时间里，画面的设计方式并没有真正的创新。如今，工控用户对HMI的要求越来越高，友好的用户界面越来越重要，因为它与生产效率直接相关。但是HMI画面设计的某些方面 — 例如PLC通信设置和HMI过程中使用的脚本，仍然需要花费大量时间和精力。然而，HMI设计4.0的创新能力可以让HMI设计更加高效和便利。作为施耐德电气旗下全球人机界面专家Pro-face，从GP系列等HMI产品到新概念软件BLUE，我们不断推出创新产品，提供全方位客户体验，助力客户智能制造。
作者：Manabu Kawata
