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建立更好HMI的10個關鍵技巧
 

【作者: Gavin Moore、Jerry Hu】   2019年07月10日 星期三

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人機介面(HMI)帶給我們與現代科技更佳的互動方式,互動的型式有很多種,但不論是何種型式,都是為了執行控制功能且確保使用者滿意。因此,HMI需要經過精心設計,以達到實現高效、及時操作的目的。為了使新的HMI在設計和開發階段時就能夠提高成功的機會,並滿足用戶的期望功能,可以遵循下文所述的基本規則。


[1]了解應用程序的需求

需要遵守的第一條規則便是清楚的了解需要什麼樣的HMI。藉由對於執行的功能及程序明確的理解和定義,HMI的效能將被大大的提升。



圖一 :  HMI需要經過精心設計,以達到實現高效、及時操作的目的。(source:Bridgetek)
圖一 : HMI需要經過精心設計,以達到實現高效、及時操作的目的。(source:Bridgetek)

在HMI開始設計之前,這些將要被控制和監測的程序必須仔細的研究和評估,同時也預估某些特定操作的使用頻率。輸入和輸出的變數必須辨別-哪些變數在運算時控制以及哪些變數需要顯示在HMI上。提供內部變數或中介變數,對於除錯以及程序最佳化有時能有很大的幫助。


[2] 考量多位使用者的情況

每位使用者都必須能操作這HMI,即使每位使用者都有著不同的技術背景與技能。因此,也需要考量與確認HMI操作員將受到何種程度的訓練,HMI的設計上也必須充分反映這一點。


在大多數情況下,HMI將被要求能夠符合各種使用者的能力水平,不論是經驗豐富的老手或是初次使用的新人,都應該能夠直接操作而不產生重大問題,這一點也是至關重要的。最後,也可以定義不同使用者的級別。一旦熟悉HMI,便能夠建立快捷操作方式,以加速一些重複或常用的功能。


[3] 使用簡單的圖形


圖二 : 使用直觀的設計是所有HMI設計的主要目標之一。(source:Bridgetek)
圖二 : 使用直觀的設計是所有HMI設計的主要目標之一。(source:Bridgetek)

延續上一點的論述,盡可能使用直觀的設計,避免不必要的複雜設計。這是所有HMI設計的主要目標之一,減少使用者認知上的負荷(在操作該設備時所需耗費的心力)。若使用者需要過度的思考或過多的操作,這樣將會增加犯錯的機會;如此,將導致操作者感到挫折,在某些狀況甚至產生更嚴重的後果,讓相關人員都處於危險之中。


[4] 保持一致性

為了避免使用者可能的錯誤,HMI需要保有一致性的外觀。一致性表示可以把HMI佈局的一部分(例如螢幕或選單),定義方式沿用到相同HMI的其他部分,甚至沿用至同一系統但不同產品上另一個相近的HMI。在整個相同的項目中使用相同的視覺屬性(如字體、圖標和顏色)與功能屬性(如按鈕及選單的行為) ,如此使用者與設計工程將會有一致的默契而彼此從中受益。此外,也應選擇能夠立即傳達內容性質或其行為動作的圖標,如此在操作上就不會有太多的疑問,而是很直觀的使用。


[5] 最佳化的數據傳輸

通常控制和監測系統需要快速回應。因此,在HMI的佈局設計時,也需要將這一特點考慮進去。對於多個資料查詢,在資料擷取時只傳輸必要的數據,僅開放需要的選項在一個螢幕上。


[6] 動畫/視頻的優點

俗話說:「一張圖片勝過千言萬語」,所以選擇合適的圖形與動畫可以改善HMI的品質及用戶的使用經驗。隨著科技的進步,創新與令人驚艷的HMI新功能也添加在工業、零售、酒店、汽車工業以及公共服務應用等領域。



圖三 :  越來越多的HMI在操作時增加資訊視頻。 (source:Bridgetek)
圖三 : 越來越多的HMI在操作時增加資訊視頻。 (source:Bridgetek)

因此,越來越多的HMI在操作時增加資訊視頻。將視頻嵌入HMI有兩個主要的優點。首先,能夠即時監控與同時檢查眾多的行動;其次,在維護/維修的工作環境,可以幫助工人解決問題,指導工人如何更換零組件,補充消耗品等。


[7] 避免錯誤發生

為了比競爭對手的HMI 更優良,應該專注在提供使用者能夠信賴並且感到愉快的經驗。並且盡力減少使用者感到挫折的機會,以及防止發生錯誤時所帶來的威脅。對於操作員在操作自動化儀器,與處理危險化學物品時,若是HMI設計不良而產生錯誤動作,將可能有生命的危險。為了避免這情況發生,從HMI開始設計時就應該考量讓錯誤發生的機會最小化。


若是使用者在使用HMI時不經意犯了錯誤,應該要能對使用者提供適當的訊息,以便確定使用者是否要確定執行該操作。若使用者不是很熟練,則提供使用者下一步該做什麼的建議。


[8] 將資源作最佳化的運用

現今大多的HMI都需要在嵌入式系統實現,一個標準嵌入式系統包括微控制器(MCU)或系統單晶片(SoC)與大量的快閃記憶體以支持系統,再加上多種外設介面(UART,SPI,I2C等) 。


這些嵌入式可以執行即時作業系統或完整的作業系統(如Linux),然而嵌入式系統不同於標準桌上型電腦擁有那樣多的資源。因此,HMI的設計必須充分運用有限的資源。


[9] 使預算與效能達成平衡

機構與材料成本都必須列入考量,在原件使用與相關技術的選擇時。必須在預算與效能的要求都符合時才能使用。例如螢幕的大小,電阻式或電容式觸控的選擇,更重要的是使用先進與高度優化的晶片方案將使HMI的佈署更加的順利;既能縮減電路板的大小,也能夠簡化採購流程,降低電力的消耗,減少系統相關的整體費用,縮短整個開發所需的時間。


由Bridgetek開發的嵌入式視頻引擎(EVE),讓HMI的建構方式不再需要幀緩衝器(frame buffer),只需低階的MCU及較小的快閃記憶體。EVE可以實現節省成本,縮減電路板面積以及較低功率的目標。利用將HMI分解為不同的物件(如圓圈、按鈕、聲音等)並且使用它們的指標來運算。從而大量減少系統上所需傳輸的數據,因此減少延遲同時也提高HMI的效能。


為了在十分受限的環境下更善用系統記憶體,最新一代EVE晶片能夠採用自適應可伸縮紋理壓縮(ASTC)演算法。此外,也有專用的QSPI主機介面用來對外部記憶體直接存取,進而釋放主系統的QSPI端口(因主系統不再須要對記憶體作複製的動作),從而減少主系統MCU的工作量而專注於其他任務。


[10] 充分運用可使用的資源

關於 HMI的國際標準與指南,是基於許多不同HMI應用狀況的反饋,以眾人認可的最佳範例匯集而成,所以可以對設計者提供相當好的啟發,關於如何開發與佈署HMI以及資源該如何分配以得到最佳效果。因此,在開始HMI項目之前請參考:


https://www.asmconsortium.net/deployment/guidelines/Pages/default.aspx


與https://www.iso.org/standard/53590.html


此外,相關的開發工具也可以採用。如Bridgetek最近對EVE的工具鏈作了進一步的改善,以簡化HMI建構的過程也能縮短項目完成需要的時間。


該工具鏈提供工程師一個直觀拖放式的設計環境,以便開始這些工程師的HMI項目,也能夠參考其他有用的項目範例。也提供預先配置有用的小物件(如撥號盤、滑塊、時鐘等) 。有經驗的工程師能夠使用更複雜的功能以建構更優良的HMI。


(本文作者Gavin Moore、Jerry Hu任職於Bridgetek公司)


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