重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)探討

郭峰

摘要：重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)重要內(nèi)容，在人機(jī)交互中起著重要作用，對其友好性、可操作性和舒適性提出了較高要求。

關(guān)鍵詞：重型燃?xì)廨啓C(jī);人機(jī)界面;設(shè)計(jì)

引言燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面是指燃?xì)廨啓C(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)中用于顯示系統(tǒng)流程及發(fā)送設(shè)備控制命令的畫面，是操作員對設(shè)備監(jiān)控操作的主要界面。人機(jī)界面設(shè)計(jì)是燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)自主設(shè)計(jì)的重要部分，良好的人機(jī)界面能引導(dǎo)用戶進(jìn)行相應(yīng)的操作，起引導(dǎo)作用，從而減少及防止人為失誤。

一、燃?xì)廨啓C(jī)

燃?xì)廨啓C(jī)是一種以連續(xù)氣流為工質(zhì)，驅(qū)動(dòng)葉輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將燃料能量轉(zhuǎn)化為有用功的內(nèi)燃機(jī)，是一種帶旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)工作過程是壓氣機(jī)不斷從大氣中吸入空氣并對其壓縮;壓縮后空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，然后流入燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功，推動(dòng)渦輪、壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn);加熱后大幅提高了高溫燃?xì)庾龉δ芰?，使燃?xì)鉁u輪在帶動(dòng)壓氣機(jī)時(shí)，仍有余功作為燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)械功輸出。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)通過啟動(dòng)機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，待其能獨(dú)立運(yùn)行后，脫開起動(dòng)機(jī)。

二、設(shè)計(jì)原則

在燃?xì)廨啓C(jī)自主控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)中，運(yùn)用平面設(shè)計(jì)理論及人因工程學(xué)對燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)，制定相應(yīng)的指導(dǎo)原則及具體細(xì)則，根據(jù)這些原則制定具體設(shè)計(jì)細(xì)則，參考國家標(biāo)準(zhǔn)、一般規(guī)則、行業(yè)習(xí)慣，制定人機(jī)界面設(shè)計(jì)規(guī)范，對畫面類型、布局、背景色、線條、字體、顏色等元素進(jìn)行約定，確保設(shè)計(jì)的人機(jī)界面一致，具有相似布局、信息顯示模式與操作序列一致。

三、設(shè)計(jì)體系

具有自主知識產(chǎn)權(quán)的重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)是人機(jī)界面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?？刂葡到y(tǒng)平臺提供基礎(chǔ)繪圖工具，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求開發(fā)完善，突破創(chuàng)新，打破現(xiàn)有重型燃?xì)廨啓C(jī)界面模式。通過對人機(jī)界面設(shè)計(jì)的研發(fā)，形成一套人機(jī)界面設(shè)計(jì)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)跟蹤仿真模式不同，詳細(xì)闡述了人機(jī)界面設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則。制定人機(jī)界面設(shè)計(jì)規(guī)范，規(guī)范化約定人機(jī)界面圖像布局、管理、報(bào)警管理、趨勢管理等。制定人機(jī)界面設(shè)計(jì)需求分析和報(bào)警設(shè)計(jì)，每幅人機(jī)界面有詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告，引入蟻群算法等工具優(yōu)化其布局，并用模擬器驗(yàn)證、測試，最終定稿。

四、圖符設(shè)計(jì)

圖符設(shè)計(jì)是燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面的重要設(shè)計(jì)，也是自主重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的重要區(qū)分。圖符設(shè)計(jì)應(yīng)類似于流程圖上的表現(xiàn)形式，依據(jù)工效學(xué)要求，參考電站圖符對象，相關(guān)組件或設(shè)備應(yīng)按適當(dāng)尺寸成組設(shè)計(jì)，簡潔易懂，以便運(yùn)維人員識別記憶。圖符分為靜動(dòng)態(tài)圖符。

1、靜態(tài)圖符設(shè)計(jì)。其基于理解控制對象，提取實(shí)物特征，用“形”抽象直接表達(dá)對象，抽象化處理，用簡單線條及形狀總結(jié)與創(chuàng)意表達(dá)，在保留對象原始特征基礎(chǔ)上，將其轉(zhuǎn)換為圖形或符號。然而，創(chuàng)意表達(dá)必須滿足無障礙設(shè)計(jì)要求，易于理解、操作等。

靜態(tài)符號可通過兩種方式實(shí)現(xiàn)：位圖、矢量量。其中，位圖不可避免地存在存儲空間大、刷新速度慢的缺點(diǎn)。當(dāng)圖形組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，才可使用其他工具設(shè)計(jì)，Windows操作系統(tǒng)中常見位圖是BMP文件。矢量圖是燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件提供的圖元設(shè)計(jì)，即直線、折線、矩形、填充形、文本等。

設(shè)計(jì)圖符時(shí)，可稍加調(diào)節(jié)長寬比，結(jié)合黃金比及白銀比繪制，黃金比為1：1.618，白銀比為1：1.414。黃金比、白銀比被廣泛應(yīng)用于局部靜態(tài)圖符設(shè)計(jì)中，并采用比較、對齊等設(shè)計(jì)方法，在符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及習(xí)慣基礎(chǔ)上，提出了“美即適用”原則。

2、動(dòng)態(tài)圖符設(shè)計(jì)。它使用控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件，通過一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)源及矢量圖形元素，將靜態(tài)圖符與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連接，包括數(shù)據(jù)交化、狀態(tài)變化，以及通過鼠標(biāo)或鍵盤操作發(fā)出操作命令的觸摸連接等;還包括控制系統(tǒng)中的特殊對象，如光字牌等，還可將不同類型對象分組或組成圖庫中的圖宏，方便用戶調(diào)用、復(fù)制、共享，保證圖元造型、風(fēng)格、大小的一致性，并具有相同的人機(jī)界面功能。原則上，當(dāng)操作員觀察圖符及其狀態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)圖符設(shè)計(jì)不會產(chǎn)生歧義。

圖符設(shè)計(jì)運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)，考慮容錯(cuò)原則，即考慮用戶出錯(cuò)可能性，并采取預(yù)防措施，用戶出錯(cuò)后能及時(shí)提供信息。如提示輸入數(shù)值范圍，則使用錯(cuò)誤輸入警告補(bǔ)救，關(guān)鍵操作可要求用戶二次輸入確認(rèn)。

五、人機(jī)界面設(shè)計(jì)實(shí)例

人機(jī)界面設(shè)計(jì)不是簡單復(fù)制管道系統(tǒng)及儀表設(shè)計(jì)流程圖，而是一種簡潔性設(shè)計(jì)，以便運(yùn)維人員看到某一特定區(qū)域內(nèi)發(fā)生的情況，支持所有正常、異常、啟動(dòng)、停機(jī)、切換操作，使運(yùn)維人員能在整個(gè)過程中滿足人因工程學(xué)要求，從而減少人為失誤或事故。以燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)為例，在人機(jī)界面上顯示主要設(shè)備及監(jiān)控參數(shù)，空氣從左至右經(jīng)防雨罩、防鳥網(wǎng)、除霜系統(tǒng)、折板除霧板、初濾設(shè)備、精濾設(shè)備、凈化室、消聲器、進(jìn)氣管、擋板門。根據(jù)人機(jī)界面設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)備名稱采用12號宋體字體。

上述動(dòng)態(tài)圖符用于進(jìn)氣擋板門及防冰控制閥，限位開關(guān)、壓差開關(guān)、設(shè)備開關(guān)狀態(tài)應(yīng)有特定指示顯示，并在人機(jī)界面上設(shè)相應(yīng)帶報(bào)警模擬測點(diǎn)圖符。工藝過程量描述應(yīng)按從左到右、從上到下顯示慣例顯示在數(shù)值左側(cè)及上方。大氣溫濕度、防冰系統(tǒng)管路壓力與溫度、防冰控制閥開度指令與反饋等運(yùn)用不帶報(bào)警模擬量測點(diǎn)符號圖符。模擬量測點(diǎn)圖符由數(shù)值及單位組成;其字體為宋體8號。初濾、精濾設(shè)備壓差通過帶報(bào)警模擬量測點(diǎn)圖符，模擬值數(shù)值正常條件下為黑色，報(bào)警時(shí)為黃色，壞點(diǎn)時(shí)為紫色。無報(bào)警時(shí)，不顯示報(bào)警;高報(bào)警，黃色顯示“H”;高高警報(bào)顯示“HH”;低報(bào)警顯示“L”;低低報(bào)警顯示“LL”。單位顏色始終為黑色。

大氣壓力及壓氣機(jī)進(jìn)口壓力采用三選模塊，根據(jù)模擬量測點(diǎn)顯示圖符，控制面板點(diǎn)擊調(diào)用模擬量三選模塊，三選值可選擇“中值”、“最大值”或“最小值”，來查看每個(gè)模擬輸入值。

開關(guān)量測點(diǎn)通過開關(guān)量測點(diǎn)圖符顯示開關(guān)量測點(diǎn)狀態(tài)，開關(guān)量測點(diǎn)圖符可用于顯示高低壓、高壓差、液位高低等，方格底色根據(jù)測點(diǎn)狀態(tài)變色，正常下框中顏色為灰色，報(bào)警時(shí)為黃色，字體為黑色。

人機(jī)界面通常根據(jù)機(jī)組各子系統(tǒng)或流程分布情況，對信息及功能歸類和分組顯示，以確保相關(guān)信息出現(xiàn)在群組中，并易于視覺接受。

六、結(jié)語

在燃?xì)廨啓C(jī)虛擬控制仿真系統(tǒng)中對人機(jī)界面原型設(shè)計(jì)進(jìn)行測試驗(yàn)證，再設(shè)計(jì)評價(jià)。評價(jià)指標(biāo)分為視覺、交互指標(biāo)，其中，視覺指標(biāo)包括界面布局、顏色類型、配色方案;交互指標(biāo)包括一致性、易用性、反饋性、系統(tǒng)靈活性、系統(tǒng)容錯(cuò)性、系統(tǒng)響應(yīng)效率。根據(jù)評價(jià)指標(biāo)組織界面設(shè)計(jì)評審，這是人機(jī)界面設(shè)計(jì)后期的關(guān)鍵工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙瑜.重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)探討[J].發(fā)電設(shè)備，2021（06）.