人机界面范文

导语：如何才能写好一篇人机界面，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】人机界面设计；原则；风格；评价

0 引言

近年来，随着计算机硬件技术的迅猛发展，计算机的运行速度、存储容量和可靠性等技术性能指标有了明显的提高，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。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]。

1 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，一般地可从信息、可交互性、数据输入、显示等方面考虑[2]：

原则 1：保证信息显示方式与数据输入方式的协调一致，尽量减少用户输入的动作，隐藏当前状态下不可选用的命令，允许用户自选输入方式，能够删除无现实意义的输入，允许用户控制交互过程。

原则 2：对所有可能造成损害的动作，坚持要求用户确认，例如提问“你确定……”等，对大多数动作应允许恢复，对用户出错采取宽容的态度。

原则 3：在同一用户界面中，所有的命令输入、数据显示、菜单选择和其他功能应保持风格的一致性。风格一致的人机界面会给人一种和谐、简洁的美感。

原则 4：合理划分并高效使用显示屏。仅显示与上下文有关的信息，允许用户对可视环境进行维护：如放大、缩小图像；用窗口分隔不同种类的信息，只显示有意义的出错信息，避免因数据过于费解造成用户烦恼。

原则 5：人机界面应该提供上下文敏感的求助系统，让用户及时获得帮助，尽量用简短的动词和动词短语提示命令。

原则 6：用户界面应能对用户的决定做出及时的响应，提高思考、移动和对话的效率，最大可能的缩短鼠标移动距离，减少击键次数，避免使用户产生无所适从的感觉。

上述原则都是进行人机界面设计应遵循的最基本的原则，除此之外还有许多设计原则应当考虑，比如如何正确的使用颜色等。

2 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[3-4]：

2.1 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询问和命令方式，通信完全以正文形式并通过用户对系统询问和用户命令的响应来完成。

这种方式使用灵活，对熟练的用户有很高的工作效率，便于用户发挥其创造性，但对一般用户来说要求高且易出错，不友善并难于学习，它的错误处理能力也较弱。

2.2 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。

2.3 面向窗口的点选界面

此类界面亦称WIMP界面，即窗口、小图标、菜单、指示器四位一体，形成桌面。

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，引入按钮、图标和滚动杆技术，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。

2.4 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多任务、超文本概念结合起来，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。

3 人机界面设计的评价

怎样评价一个人机界面设计质量的优劣，目前还没有一个统一的标准。一般地，评价可以从以下几个主要方面进行考虑[5]：

（1）用户对人机界面的满意程度；

（2）人机界面的标准化程度；

（3）人机界面的适应性和协调性；

（4）人机界面的应用条件；

（5）人机界面的性能价格比。

目前人们习惯于用“界面友好性”这一抽象概念来评价一个人机界面的好坏，但“但面友好”与“界面不友好”恐怕无人能定一个确切的界线，一般认为一个友好的人机界应该至少具备以下特征[6，7]：

（1）操作简单，易学，易掌握；

（2）界面美观，操作舒适；

（3）快速反应，响应合理；

（4）用语通俗，语义一致。

4 结束语

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。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，旨在为人机界面相关问题的解决提供良好的理论依据。

【参考文献】

[1]贾晓辉，董智勇，乐嘉锦.多通道人机界面设计及应用[J].计算机应用软件， 2008（25）：121-122.

[2]梅云.感性设计：人机界面设计新思维[J].科技资讯，2008（9）： 217.

[3]褚中苇，魏东.交互设计在人机界面设计中的应用[J].艺术与设计，2009：93-95.

[4]夏敏燕，王琦.以用户为中心的人机界面设计万法探讨[J].上海电机学院学报，2008（11）：201-202.

[5]林涛，应晶.基于剧本的目标模型开发框架[J].计算机科学， 2000（27）： 23-26.

篇2

进行LCD设计主要是LCD的控制/驱动和外界的接口设计。控制主要是通过接口与外界通信、管理内/外显示RAM,控制驱动器,分配显示数据;驱动主要是根据控制器要求,驱动LCD进行显示。控制器还常含有内部ASCII字符库,或可外扩的大容量汉字库。小规模LCD设计,常选用一体化控制/驱动器;中大规模的LCD设计,常选用若干个控制器、驱动器,并外扩适当的显示RAM、自制字符RAM或ROM字库。控制与驱动器大多采用低压微功耗器件。与外界的接口主要用于LCD控制,通常是可连接单片机MCU的8/16位PPI并口或若干控制线的SPI串口。显示RAM除部分Samsung器件需用自刷新动态SDRAM外,大多公司器件都用静态SRAM。嵌入式人机界面中常用的LCD类型及其典型控制/驱动器件与接口如下:

段式LCD,如HT1621(控/驱)、128点显示、4线SPI接口;字符型LCD,如HD44780U(控/驱)、2行×8字符显示、4/8位PPI接口;单色点阵LCD,如SED1520(控/驱)、61段×16行点阵显示、8位PPI接口,又如T6863(控)+T6A39(列驱+T6A40(行驱)、640×64点双屏显示、8位PPI接口;

灰度点阵LCD,如HD66421(控/驱)、160×100点单色4级灰度显示、8位PPI接口;伪彩点阵LCD,如SSD1780(控/驱)、104RGB×80点显示、8位PPI或3/4线SPI接口;真彩色点阵LCD,如HD66772(控/源驱)+HD66774(栅驱)、176RGB×240点显示、8/9/16/18位PPI接口、6/16/18动画接口、同步串行接口;视频变换LCD,如HD66840(CRT-RGBCD-RGB)、720×512点显示、单色/8级灰度/8级颜色/4位PPI接口。控制驱动器件的供电电路、驱动的偏压电路、背光电路、振荡电路等构成LCD控制驱动的基本电路。它是LCD显示的基础。

LCD与其控制驱动、接口、基本电路一起构成LCM(Liquid Crystal Module,LCD模块)。常规嵌入式系统设计,多使用现成的LCM做人机界面;现代嵌入式系统设计,常把LCD及其控制驱动器件、基本电路直接做入系统。本体考虑、既结构紧凑,又降低成本,并且有昨于减少功耗、实现产品小型化。控制LCD显示,常采用单片机MCU,通过LCD部分的PPI或SPI接口,按照LCD控制器的若干条的协议指令执行。MCU的LCD程序一般包括初始化程序、管理程序和数据传输程序。大多数LCD控制驱动器厂商都随器件提供有汇编或C语言的例程资料,十分方便程序编制。

2 常见LCD的控制驱动与接口设计2.1 段式LCD的控制驱动与接口设计段式LCD用于显示段形数字或固定形状的符号,广泛用作计数、计时、状态指示等。普遍使用的控制驱动器件是Holtek的HT1621,它内含与LCD显示点一一对应的显存、振荡电路,低压低功耗,4线串行MCU连接,8条控制/传输指令,可进行32段×4行=128点控制显示,显示对比度可外部调整,可编程选择偏压、占空比等驱动性能。HT1621控制驱动LCD及其MCU接口如图1所示。2.2 字符型LCD的控制驱动与接口设计字符型LCD用于显示5×8等点阵字符,广泛用作工业测量仪表仪器。常用的控制驱动器件有:Hitachi的HD44780U、Novatek的NT3881D、Samsung的KS0066、Sunplus的SPLC78A01等。HD44780U使用最普遍。它内嵌与LCD显示点一一对应的显存SRAM、ASCII码等的字符库CGROM和自制字符存储器CGRAM,可显示1~行每行8个5~8点阵字符或相应规模的5×10点阵字符,其内振荡电路附加外部阻容RC可直接构成振荡器。HD44780U具有可直接连接68XX MCU的4/8位PPI接口,9条控制/传输指令,显示对比度可外部调整。HD44780U连接80XX MCU时有直接连接和间接连接两种方式:直接连接需外部逻辑变换接口控制信号,而无需特别操作程序;间接连接将控制信号接在MCU的I/O口上,需特别编制访问程序。HD44780U控制驱动LCD及其与80XXMCU的接口如图2所示。

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关键词：人机界面；面向对象；设计

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）05-1071-03

1 概述

人机界面的设计[1]，一般是以一种选定的界面支持系统为基础，利用它所支持的界面构造成分，设计一个可满足人机交互需求、适合使用者特点的人机界面设计模型。该文主要从软件的角度浅谈如何运用面向对象的概念和表示法进行人机界面的设计。

首先会涉及二个方面的概念[2，4] ：

1）界面支持系统

包括窗口系统、图形用户界面、可视化编程环境。当前在人机界面的开发中最受欢迎的支持系统是将窗口系统、GUI、可视化开发工具、编程语言和类库结合为一体的可视化编程环境。

2）界面元素

现今流行的窗口系统和GUI中常见的界面元素有：窗口、菜单、对话盒、图符、滚动条等。

2 设计过程与策略

面向对象的人机界面设计是在人机交互需求分析的基础上，以选定的界面支持系统为背景，选择实现人机交互所需的界面元素来构造人机界面，并用面向对象的概念和表示法来表示这些界面元素以及它们之间的关系，从而形成整个系统的面向对象设计模型的人机交互部分。以下是其设计过程与策略。

2.1选择和掌握界面支持系统

首先要明确选择什么样的软件来实现人机界面的支持系统，因此必须考虑这些因素[3]：（1）硬件、操作系统及编程语言的兼容问题，它们必须能结合为一体，因为这与整个系统的全局性设计决策有关。（2）界面实现的支持级别，它有五个级别。一般来说应用系统的开发适合选择较高的支持系统，系统软件和有特殊要求的应用系统可能要选择级别较低的支持。（3）通常在设计中要考虑到用户适合用哪种风格与视感的人机界面，使得让用户更容易接受和掌握。（4）还应该考虑一些其他因素，如软件的价格等。

2.2根据需求选择界面元素

对设计者而言，开发的前端是对人机交互的需求分析，而后端是界面支持系统所提供的界面元素，他们的任务是建立需求和实现之间的桥梁，应重点考虑这些问题：（1）有些系统只有一条最高层的命令启动，而有些是由多个较独立的子系统所包含的，它可由多条最高层命令分别启动的。我们必须根据具体的要求加以选择，因为主界面的启动，意味着整个系统或一个子系统的启动，它的建立是对人机交互需求分析中所识别的最高层命令的实现。（2）基本命令的执行，设计者需要了解，选中了代表基本命令的界面元素将产生什么消息，并且要指出由哪个对象操作来处理该消息。（3）必须对在交互过程的输入输出它们的要求进行分类，对每一类输入输出决定采用何种界面实现进行考虑。（4）需要考虑在随机发生的事件打断系统正常运行的情况下所输入的命令。

2.3用面向对象的概念表示界面元素

在选定了界面支持系统，并且明确了用它提供的哪些界面元素来构成人机界面之后，我们就要用面向对象的概念及表示法来表示这些界面元素、它们的特点及它们之后的关系，建立类图，以形成面向对象设计模型的人机交互部分。下面将介绍各种面向对象概念在界面设计中的用法[5][6]。

1）对象和类

界面类的概念：每个具体的界面元素都是一个对象，每一种具有相同特征的界面对象用一个类来描述。

用这个类创造的每个对象实例是个可以在人机界面上显示的界面元素。当前的GUI和可视化编程环境里的界面元素都已在类库中提供了相应的类，如菜单，对话框等，而这种类可以直接复用。其表示法是在类符号的名字栏中给出类名，类名必须与类库里的名称相同，并注《复用》的字样，属性及操作不必填写。而在级别较低的界面支持系统可能不提供各种界面元素的类定义，我们就需要对自己所要用到的每种界面元素都给出其对象类的详细定义，同时也要在类规约中给出这些属性和操作的详细定义，这种类就需要由操作者对设计的模型进行编程。

除了表示各种界面元素的类外，还可以设计一些对各类界面对象进行管理、控制、提供消息等类，这些类可以根据设计者的需要在应用系统中实现。

2）属性与操作

界面对象的属性用于描述界面元素的各种静态特征，如颜色、尺寸、状态等特征。属性也可用来表示一个界面对象所含的部分对象或与它们相关的其他对象。

界面对象的操作是用来描述界面元素的行为。如单击、双击、最大化、最小化等的功能。

界面支持系统所提供的可复用类中已定义的属性和操作，用的时候都不用再定义了。而自己定义的类，用前都要给出它们的属性和操作。

3）一般与特殊的结构

在人机界面的设计中经常可以用到这种结构关系，使特殊界面能继承一般界面的属性与操作，从而减少开发工作的强度。

如果选定的界面支持系统带有一个界面类库，那在应用中就可以重复使用里面的类。但是类库中的类通常都是应用系统中所常用的，而在我们设计的界面系统中有一些是未曾定义它的属性和操作的，我们如果还要重复使用这些类的话，只有将它们引入本系统作为一般类，通过继承而定义本系统中所需的特殊类。

如图1所示（注意CDialog是MS-Windows的MFC类库中的一种对话框）：

按照本方法为系统定义的类必须经过人工编程才可实现。另外，应用系统如果复用其中一个类，则这个类必须在类库中所有的一般类的支持下才能呈现完整的功能。

4）整体与部分的结构

这种结构在人机界面设计中的应用非常普遍，我们用两个角度来观察它：

一方面它是直接观察界面元素之间的构成关系。对于在图形结构上具有构成关系的界面元素，通常需要在它们的类之间建立整体-部分的结构。如一个窗口和它嵌着的按钮，对话框等成分就是一种整体-部分结构的关系。我们在设计界面时。需从具体的需求出发来选用哪些部分对象来组成整体对象，并且在设计模型中应用整体-部分的结构来表达。

另一方面是根据命令的组织结构来建立界面对象之间的整体-部分结构。简单的说就是我们经常看到的上一层命令是在一个下拉式菜单中通过点中一个菜单选项来输入的，下一层命令又是通过下一级菜单选项来输入，那么上下两层命令的对象就可以解释成整体-部分关系。我们可以用图2来表示：

5）关联

一个类的界面对象需要知道它与另一个类的哪个界面对象相联系，而且难以区分谁是整体、部分，则应用关联来表示它们之间的这种关系。如工具条上的某些按钮被选中时，需要出现相应的对话框完成进一步的交互操作，那么每个按钮应该知道与它有关的是哪个对话框。这就需要用关联表示按钮和对话框之间的这种关系，如图3所示：

6）消息

在人机界面的运行中消息是大量存在的，下面从输入输出来讨论消息的产生与传输情况。

1）从用户向系统输入一条命令到系统对该命令进行处理，消息的产生与传输过程如图4所示。

从图上可知从命令输入到命令处理所需的消息有4种情况：①从输入设备和事件/消息分发机制；②界面对象之间的消息传递；③从接收基本命令或命令步的界面对象向进行命令处理的功能对象发消息；④从功能对象向界面对象发消息。

2） 根据人机交互的要求向用户输出各种信息，包括对命令的处理结果，对下一次输入的提示，对输入操作的反馈信息和异常情况下的输出等。如果对象将通过消息把输出信息传送给一个界面对象。这个界面对象将把输出信息在输出设备上显示出来。接收下一次输入的任务可能同时由这个界面对象承担，也可能由其他界面对象发消息。总之，与输出有关的消息包括功能对象向界面对象发送的消息和界面对象之间发送的消息两种情况，如图5所示：

图 5 与输出有关的信息

与输入和输出有关的各种信息，都要在面向对象设计的模型中用消息表示出来，而且还应该在发送的消息的类中做相应的说明。以上两个图只是为了表示人机交互部分的消息包括的情况，并不是类图的规范画法。但在实际应用中需按照类图的规范画法来画出每个具体的类和它们之间的消息。

3 结论

人机界面是系统与用户直接接触的部分，它给用户的影响和感受最为明显，所以人机界面的设计直接关系到一个软件的好坏。

面向对象设计的人机界面就是在以选定的界面支持系统为基础下，根据用户的需求，找到适合他们的使用特点来进行人机界面设计的模型。而具有面向对象特色的人机界面设计中所需要的类、属性及操作，以及它们之间的关系，都需要由程序员去编程实现。在实际运用中，面向对象的人机界面的设计是非常普遍的，它涉及了许多方面的知识，需要在此基础上做进一步的分析研究，使得能有更深入的认识。

参考文献：

[1] 宫勇，杨颖，张三元，钱晓帆. 图形面板布局特征对人机交互效率的影响[J].计算机辅助设计与图形学学报，2012，24（9）：1145-1150.

[2] 邵维忠，杨芙清. 面向对象的系统分析[M]. 北京： 清华大学出版社，1998.

[3] 周之英. 现代软件工程（上）[M]. 北京：科学出版社，1999.

[4] 邵维忠，杨芙清. 面向对象的系统设计[M]. 北京： 清华大学出版社，2003.

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关键词：校园卡圈存系统；人机界面；改良设计；交互

人机界面是人与产品进行信息传递与交流的交互面，用户使用产品的综合操作环境系统，也是用户和机器之间互相传递信息的媒介。通过调研分析发现现有的校园卡圈存系统的人机界面设计存在一些缺陷和问题，本文针对这些问题进行改良设计。

原有的人机界面设计如图1、2，

一　原有校园卡圈存系统人机界面的缺陷和问题分析以及改进方案

（1）操作界面方面

缺陷及问题：原有的系统操作界面是采用视觉界面（如图1）、功能实体按钮和数字键盘（如图2）结合的方式。在使用的过程中，由于按钮的使用频率过高导致按钮上的数字或文字标识变模糊，或按钮对应的功能或菜单指示不明确等，用户在进行进一步操作的过程中会产生误操作或不必要的操作。改进方案：设计全触摸屏的操作界面，除去实体按钮和键盘的部分，用户通过手触点击各个功能按钮便可进行目标操作，整个使用过程都是在视觉界面上完成的。这是对上文提到的社会科技发展和设计流行发展趋势的一种呼应，顺应了时代的发展，同时也满足了用户对生活周遭产品的更高层次的心理追求，以及对高品质生活的需求。

（2）系统界面流程操作的交互方面

缺陷及问题：1）系统的初始界面以及使用产品结束后的界面是功能主界面（如图1），过于单调，缺少与用户的交互，缺乏亲和力，而且没有给用户提供一定的指示如何进行产品的起始操作。2）没有提供相关的搜索工具或帮助、指引、提示信息供用户参考使用（如图7、8）以及无明确的反馈信息。这导致用户在使用圈存机的时候，特别是初始使用者，他们会因为不了解产品的使用方式而感到困扰，会因此进行多种方式试用而导致使用效率也随之降低，从而也影响了用户的操作情绪。3）操作流程、容错及改错方面。原有产品功能操作流程方面容易给用户误操作或者没有充分考虑用户使用过程当中由于误操作或多余操作想返回上一步操作或者进行别的任务的时候的方便性、自由选择的权利（如输入圈存金额的时候，有些用户可能会想自己输入一定的金额或者像取款机一样选择固定的金额，原有界面没有提供这样的服务）等，以及设置了没必要的操作，如插入校园卡之后还需按“确认”按钮。另外，当用户想结束当前操作，取出卡的时候，还需一步一步地退回到主界面，这无疑浪费了用户的时间、触动了用户的耐心，影响了心情。改进方案：1）设计一个欢迎界面和感谢使用的界面，其中欢迎界面上有插卡提示和演示图，这样用户可以明了地知道如何进行第一步的操作以进行自己的目标行为，界面还设计了时间和日期显示、服务电话等辅助信息；感谢使用的界面有相关提醒信息，提示用户在完成目标操作后取走自己的卡，以免造成不必要的隐患和麻烦。另外，两个界面上有分别有欢迎词和感谢使用词。这些设置考虑了用户的使用心理感受，能给用户带来愉悦的心情，给人一种在使用“有生命”的产品的感觉，而不是在跟所谓的机械的物体在交流，这些都体现了“人性化”的设计精神。2）（1）在界面上设计操作流程提示（①选择圈存金额②输入银行卡密码③圈存完成），以帮助用户能够较快地使用产品进行操作。且每个流程提示用颜色将其区分，红色代表当前的操作步骤，蓝色表示其他步骤，明确地给用户传达有效信息。（2）提供了输入密码和身份证号码时的温馨提示。用以提示用户在输入密码时注意密码安全，以防他人获取信息而造成麻烦或损失，以及由于有些身份证号码包含字母，温馨提示帮助用户了解如何正确输入有效身份证号码，从而进行正确地下一步操作，这些都是“体贴”的设计表现方式。（3）当用户操作错误的时候，提供相关的反馈信息，指引用户改错并进行正确的操作。3）（1）圈存金额页面设置“自定义金额”选项，为用户带来方便。（2）系统功能操作流程图方面，本着“以用户为中心”的思想，省去不必要的步骤，换之或加上更为明了的方式，使用户操作起来更为方便、快捷、有效。（3）设置进入其他功能界面的“选择其他服务”及直接“退卡”按钮。

（3）视觉效果方面

缺陷及问题：原有界面只是单一的蓝色背景和文字描述。缺乏了审美愉悦性（愉悦性是人类审美的一个更高层次，表现为一种），难免显得有些单调乏味。而丰富的界面设计应该具备外观形式或符号信息（色彩、线条、形状、质感等），这些因素又物化为审美客体的形式感（形体感、色彩感、线条感等）以及与此相应的语言信息、符号，这能给用户带来视觉冲击。且页面的布局要简洁、明了、有序，不能显示杂乱。

改进方案：

界面整体以红色为主色调，功能菜单分区、按钮布局与颜色区分、整体颜色搭配等都是基于用户的感受进行的设计。如图3。

三　结束语

人机界面是面向人的，与人息息相关，这就要求它必须体现“人性化”关怀。好的人机界面美观易懂，操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快，增强兴趣，从而提高效率。界面设计的美，不仅是艺术审美形式的美，满足人们感觉上的愉悦性，更多的是产品作为操作的一种工具，来满足实现某种目的带来的愉悦性，它带有更多的实用性。

参考文献

[1] 罗仕鉴、朱上上、孙守迁著，《人机界面设计》，[M] 机械工业出版社 2002.9

[2] 李世国著，《体验与挑战—产品交互设计》，江苏：江苏出版社,2008

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版本1.0：带按钮的图像浏览器

既然是一个开放性的头脑风暴，手持图像浏览器的外观当然可以各式各样，笔者只是随便画了一个最保守的设计，看上去好像一个掌上游戏机（如图1）。

图1

这个版本的图像浏览器由一个屏幕和几个按钮组成，但需要思考的问题是，它需要几个按钮，才能充分满足各种各样的图像浏览需求，仅有上、下、左、右四个按键当然是不够的，如果用户需要把图像上下压矮一些、或左右弄瘦些，那该添加一些什么按钮？如果还需要有调节亮度、对比度、色调这样的功能，又该添加一些什么样的按钮呢？是不是每增添一项功能，就要增加一组按钮呢？

版本2.0：单点触控图像浏览器

可能大家都有使用平板电脑的经验，对于在平板电脑中浏览图片的多点触控操作，如用几个手指来放大图片，快速滑动手指翻阅图片之类，大概已经颇为熟悉了。不过，假设版本2.0的图像浏览器的屏幕，在同一时刻只有一个有效触控点，那么这个任务就稍有难度了。

虽然没办法真的弄一些单点触控屏来做操控图像的实验，但采用简单的可视化编程工具，就能在PC机上编程序模拟单点触控操作。当然了，PC机里是用鼠标来代替手指的，既然是单点触控，鼠标就只能用到一个键，用了左键就不能用右键了。下页图2中所展示的是在VB环境中，编写程序实现只用一个“手指”实现图像左右移动的效果，至于怎样实现图像任意移动、放大缩小等操作，具体的解决方法可能多种多样，完全可留给实验者自行探索。

版本4.0：三维图像浏览器

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[关键词] 机械系统 人机界面 优化设计

人机界面的内容较多，研究人机界面对体统运作功效和操作人员身心健康的影响存在一定的难度。到目前为止，国内外人机界面优化方法仍不完善。由于人机界面设计中个元部件几何未知的布置非常重要。所以优化设计机械系统人机界面至关重要。

一、机械系统人机界面概述

机械系统的人机界面值得是操作人员和机器之间相互作用的区域，是人机之间传送信息的媒介。他主要包括三部分，机器显示器与人的信息通道的界面，机上操作器与人的运动器官的的界面，人机系统与环境之间的界面。机器的构成有其自身的规律，操作环境或生活环境也会因个各种因素在空间和时间上受到某种限制，如经济上的可行性，技术上的可能性，机器本身性能要求的条件，以及使用机器时的外界环境条件等。为了适应这些情况，就要求对人的因素予以限制和训练，尽量发挥人的因素有一定可塑性的特点，让人去适应机器的要求，以保证人机系统具有最佳效果。其实人机界面除上述硬件设备外，还应该包括操作规程，维护手册的等。也有人将上述人机界面称为硬件，而将人与计算机组成的人机界面称为软件人机界面。

二、机械系统人机界面构成要素

机械系统人机界面设计包含多重因素。根据人机工程学得基本原理和机械系统人机界面设计原则，借鉴一般机械系统人机界面的特点和设计要求，可以认为机械系统人机界面的构成要素主要包括，人体、工作台、视觉元件、受控操纵元件、脚控操作元件、工作座椅等。

人机功能：人机功能分配是人机系统设计的重要一环，其目的是根据系统工作要求，使人机系统可靠、有效的发挥作用，达到人与机器的最佳配合。人机功能分配，必须参照人和机器各自的功能特点。但是，功能分配的基本策略则应根据实际情况把系统的操作看作一个整体，同时也应注意为操作人员创造一个有意义、有激励、富有挑战性的工作情景。

人机界面：人与机器发生作用的交界面称为人机界面。对它的研究是人机系统研究的核心内容。人机界面通常可以分成机器显示器和人的感觉器官(眼、耳、鼻等)之间，以及人的效应器官（手、足等）和机器控制器之间两种界面。人与机之间的信息沟通是在人机界面上实现的（见图）。人的感觉器官接收已转换成某种标志或图像形式的机器加工过程，或被控对象状态的信息，并传递到大脑。大脑对已感知到的各种信息进行加工、解释,转化为实际状态的信息,并把它与预期的结果进行比较、分析、作出决策,发出指令信息。根据这些指令,效应器官作用于机器控制器,将人的输出信息转换成机器的输入信息。机器对输入信息进行加工，并通过显示器将机器加工过的信息作用于人。这样，操作人员就可以不断地对机器工作状态加以调整、控制，最终完成一定的系统功能。

显示器：显示器是人机界面的重要组成部分，其功能是向人提供各种有关的信息。显示器一般可分为视觉、听觉、触觉和嗅觉等显示器。

控制器：控制器是人机界面中另一个重要组成部分，其功能是将人的有关控制信息传递给机器。最常见的控制器是手、足控制器和言语控制器。

三、机械系统人机界面优化方法

人机工程学的研究广泛采用了人体科学和生命科学等相关科学的研究方法及手段，也采取了系统工程、控制理论、统计学等其它学科的一些研究方法，而且本学科的研究也建立了一些独特的新方法，以探讨人、机、环境要素间复杂的关系问题。这些方法中包括：测量人体各部分静态和动态数据：调查、询问或直接观察人在作业时的行为和反应特征：对时间和动作的分析研究；测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化；观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题；分析差错和意外事故的原因：进行模型实验或用计算机进行模拟实验：运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展成有关理论。

目前常育的研究方法有：

a观察法：为研究系统中人机的工作状态，常采用备种各样的观察方法，如工人操作动作的分析、功能分析和工艺流程分析等大都采用观察法。

实测法：是一种借助于机器设备进行实际测量的方法。例如对人体静态和动态参数的测量对系统参数及作业环境参数的测量等。

b实验法：它是当实测法受到限制时采用的一种研究方法，一般在实验室进行．但也可以在作业现场进行，如为了获得人对各种不同显示仪表的认读速度和差错率的数据时，一股在实验室进行。

c模拟和模型实验法：由于机器系统一般比较复杂，因而在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机器模型以及各种人体模型等。

d计算机数值仿真法：由于人机系统中的操作者是具有主观意志的生命体，模拟和模型方法研究人机系统，往往不能完全反映系统中生命体的特征，其结果与实际相比必有一定误差。数值仿真是在计算机上利用系统的数学模型进行仿真性实验研究，如人体动作分析仿真等。在电子计算机的推动下，最优化理论与方法在经济计划、工程设计、生产管理、交通运输等方面得到了广泛应用，成为一门十分活跃的学科。将优化设计理论和方法应用于机械产品结构设计的范畴来说，大致可分为结构参数优化、形状优化和拓扑优化。产品设计首先要解决的是参数优化，也是最早引入机械设计中的内容之一。通过寻找最佳参数可以直接得到好的设计，它是在已定结构方案、零部件结构形状和选择材料下完成参数设计的优化。形状优化是在结构类型、材料和布局已定条件下，对结构几何形状进行优化，包括二维和三维的形状优化及与形状有关的参数优化，这是优化设计的深化。而拓扑优化是对结构中的构件布局和节点的联接关系进行优化，即在外部设计要求下首先要从结构方案、类型、布局等方面去寻优，这是更高层次的优化也是更富有创新的概念设计。从目前研究和应用的成熟程度来看，形状优化的提出尽管已经历了近20多年，还处在研究和应用探索阶段。

e分析法：它是在上述各种方法中获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。目前人机工程学研究采用的分析法包括瞬间分析法、知觉与运动信息分析法、动作负荷分析 法、频率分析法、危象分析法和相关分析法。

f调查研究法：人机工程学专家采用各种调查研究方法来抽样分析操作者或使用者的意见和建议。

参 考 文 献

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关键词：人机界面；液压万能试验机；设计改造

中图分类号： TG315.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）03-168-2

0 引言

在部分学校的教学中，通常需要采用试验设备来进行教学，而由于学校的经费问题，导致其采用使用年限较长的实验设备，其面临淘汰，但是需要用于生产，而设备的运行及操作方式相对较为落后，无法满足生产及教学需求，因而需要通过技术改造的方式来提升设备的使用性能，以便可以提升设备的经济效益。而基于人机界面的万能试验机设计和改造是提升设备使用性能的重要手段，加强对其探究具有重要的意义。

1 设计改造动因及方法

在本校的万能试验机运用中，主要存在两台液压万能试验机，其液压传动系统经过人为的改造，主要是对送油阀以及回油阀的操作系统进行调整，可以显示液压系统的压力变化，将系统的压力变化反映在仪表中，对于压力的测试结果，通过纸带进行输出，但是万能实验机的整体效率相对较为低下，无法满足生产及教学的需求，在此情况下，需要加强对液压万能试验机的设计和改造。

在现阶段的控制技术中，PLC技术以及软件技术已经逐渐应用于自动化的控制系统中，通过采用PLC控制和监控，可以将相关数据传输到计算机软件中，继而通过计算机软件来实现对系统的操控和监督，可以提升系统的自动化性能，因此，结合PLC数据采集技术以及计算机软件的控制技术来改造万能实验机具有重要的意义。本次研究主要结合学校的西门子S7-200PLC进行数据收集，同时采用WINCC软件对液压万能试验机进行可视化的管理操作，从而对液压万能试验机进行设计和改造，以此来提升设备的整体使用性能。

2 液压万能试验机的系统架构

液压万能试验机由于使用年限相较长，因而不适合对设备的送油阀及回油阀进行改造，而是对电极的控制及数据处理方式进行设计和改造，其主要系统架构如下：

机械部分：其在液压回路安装传感器检测压力，可以将原尺寸装置拆除，安装位移传感器。

电气组成：采用西门子S7-200PLC下位机，可以接受传感器传递的信号，同时可以实现对电机的控制，在系统中，将PC端作为上位机，通过计算机软件，可以实现上位机与下位机之间的数据交换，同时可以实现对数据的监控和处理。

WinCC是人机界面软件，其具有多个接口，可以实现通信通道的数据交换，同时可以实现自动化设备接口的通信过程。

OPC是基于COM/DCOM技术的软件，其用于服务器的技术规范，通过技术转让协议，可以实现PC与设备之间的数据交换服务。

PC软件是PLC软件开发的服务器软件，可以实现与PLC系统的通信，支持多项通信协议。PPI协议在信息链接中，只需要通过连接线即可完成，配置简单，且有效范围可以达到50m。

S7-200PLC设备是控制器，通过AI、DI以及AO等数据处理指令，可以实现对继电器的操控，同时可以提升设备的自动化水平。

3 下位机的设计改造

在液压万能试验机的设计和改造过程中，将S7-200PLC作为系统的下位机，可以实现对压力传感器以及位移传感器的实时动态数据采集，继而可以实现对系统设备的整体监督和控制，通过对数据的采集，经过计算机软件的处理，可以实现对电极和位移的启动和停止操作，在与PC机的连接通讯过程中，通常采用PPI方式进行解决，通过分析发现，其I/O地址分配情况如表1所示。

通过表中的数据可以看出，在万能实验机的操作中，通过I/O地址的分配情况，可以明确PLC的操作职能，同时通过操作相应的开关，即可完成液压万能试验机的操作，因而操作相对较为便捷，可以提升设备的操作效率。另外，在系统的操作中，对于模拟量的操作，需要通过可视化的管理进行调整，其有利于工作人员的修改和调试。总之，在下位机的设计和改造过程中，通过PLC和软件操作系统，可以最为便捷的实现对设备的改造。

4 OPC Server系统配置

OPC是以微软的COM/DCOM技术为依托，来达成自动化控制的协定。以COM为例，对OPC Server的原理进行说明。COM是一类发展软件组件的方法，发展自订的COM对象与构建一套动态执行的对象导向API相似，用户可在应用程序执行过程中将所需组件或既有组件随意拼接或移除。在实际操作过程中，COM通过各组接口Interface来提供服务，而OPC规格中则通过对多种OPC Server应提供的接口进行定义，进而实现OPC Server COM组件的撰写。对于本文涉及改造的液压万能试验机而言，在对OPC Server进行配置时，应在PC access当中将通讯属性设置为PPI方式，且同S7-200 PLC具有一致的PPI网络地址。在此基础上，将同上位机监控变量名称与地址相对应的具体变量，如横梁升降按钮与停止按钮、液压电动机起停按钮和压力通道与数据等予以添加，并对所添加的变量进行测试，待测试合格后，确定最终配置。在全部配置结束后，将该软件设定为开机自动运行。

5 上位机的设计改造

以WinCC组态软件对项目进行构建。首先，构建OPC的驱动连接方式，从所选的S7-200 OPC Server当中将各变量导入至项目当中，需要说明的是，在导入过程中，相应的压力与位移变量应做标定处理。主画面共分菜单区、监控区以及导航区三部分，其中，菜单区主要包括用户登录与注销、系统退出、系统帮助、参数项设置等模块。在激活相应菜单项后，会弹出相应对话框以便用户操作。导航区主要包括压力位移、压力时间以及数据记录与系统退出等模块，同样，在电机相应按钮后，则会出现与之相对应的对话框以便用户操作。在监视区方面，主要包括了子画面窗口以及操作控板界面两部分，其中，子画面窗口是对液压万能试验机各部分工况的监测画面，通过点击按钮将激活相关画面，例如激活液压万能试验机的压力位移在线趋势图，并将画面显示在监控区域中，为用户对液压万能试验机的查询和控制提供便利。而界面按钮控件在激活后，则会授权给相应的Student和Teacher用户。操作面板界面主要负责将实验材料属性的有关信息显示给用户，同时，实现对液压电机的控制。需要说明的是，操作面板中的材料属性界面还包含了人工输入选项和经由计算得到的结果项，对于用户而言，其能够通过激活子画面的数据开展计算，并将相关信息显示在屏幕上。在电机控制方面，液压万能试验机的电机既能够通过按钮实现控制，也能够通过人机界面实现精准操控。

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【关键词】功能键元件；位状态指示灯元件；位状态切换开关元件；数值输入及显示元件；THJDQG-1型光机电气一体化控制实训系统

THJDQG-1型光机电气一体化控制实训系统是是河南省第三届职工技术运动会维修电工指定的典型机电一体化专业产品，是天煌教仪为职业院校、职业教育培训机构而研制的，包含上料机构、皮带输送线、搬运机械手、分类仓储和各种传感器等组成，它在接近工业生产制造现场的基础上又针对教学及实训目的进行了专门设计，强化了机电一体化的安装与调试能力，适合机电一体化、电气自动化等相关专业的教学和培训。我院2010年采购2台此设备，有幸参与河南省第三届职工竞赛，因厂家给的人机界面画面单一，仅有启动和停止，不能完全反映设备性能，通过与同事探讨研究，设计出实用画面。通过使用功能键元件、位状态切换开关元件、位状态指示灯元件、数值输入及显示元件，完善THJDQG-1型光机电气一体化控制实训系统人机界面设计，就可以更好的完成机电设备运动部件控制，反映工业现场环境，如PLC控制、变频调速、步进调速、传感检测、气动系统调试等内容，满足实训教学或技能竞赛需求，为培养可持续发展的机电一体化高技能人才提供一个良好的平台。

1.人机界面介绍

MT5000，MT4000系列工业嵌入式人机界面产品是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。

触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活之中，应用非常广泛，比如：银行叫号机、移动电话自动无人缴费业务、自动化停车设备、自动洗车机、天车升降控制、生产线监控等，甚至可用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整。

2.eview软件使用

（1）安装好EV5000软件后，在[开始]/[程序]/[eview]/[EV5000_UNICODE_CHS]下找到相应的可执行程序点击，打开触摸屏软件，或双击桌面上“EV5000_Unicode_CHS.EXE”图标。如图1所示：

（2）点击菜单[文件]里的[新建工程]，这时将弹出如下对话框，输入所建工程的名称。也可以点“>>”来选择所建文件的存放路径。在这里我们命名为“THJDQG-1型光机电气一体化人机界面制作”。点击[建立]即可。如图2所示：

（3）选择所需的通讯连接方式，MT5000支持串口、以太网连接，点击元件库窗口里的通讯连接，选中您所需的连接方式拖入工程结构窗口中即可，一般选择“串口”。如图3所示：

（4）选择所需的触摸屏型号“MT4300C”，将其拖入工程结构窗口。

（5）选择需要连线的PLC类型，拖入工程结构窗口里。如图4所示：适当移动HMI和PLC的位置，将连接端口靠近连接线的任意一端，就可以顺利把它们连接起来。

注意：连接使用的端口号要与实际的物理连接一致。这样就成功的在PLC与HMI之间建立了连接。拉动HMI或者PLC检查连接线是否断开，如果不断开就表示连接成功。

（6）然后双击HMI0图标，就会弹出下图所示的对话框：在此对话框中需要设置触摸屏的端口号。在弹出的[HMI属性]框里切换到[串口1设置]里修改串口1的参数（如果PLC连接在COM1，请在[串口1设置]里修改串口1的参数），连接三菱FX2N PLC，请将图5通讯类型改为“RS485-4”：

（7）在工程结构窗口中，选中HMI图标，点击右键里的[编辑组态]，进入了组态窗口。如图6所示：

（8）在工程结构窗口中，选中Frame0图标，点击右键里的[设置组态]，进入了窗口属性设置，更改窗口名称及背景，或直接双击组态窗口界面进入组态窗口属性设置。

（9）在左边的PLC元件窗口里，轻轻点击图标，将其拖入组态窗口中放置，这时将弹出位控制元件[基本属性]对话框，设置位控制元件的输入/输出地址。如图7所示：

（10）切换到[位状态切换开关]页，设定开关类型，这里设定为切换开关。

（11）切换到[标签]页，选中[使用标签]，分别在[内容]里输入状态0、状态1相应的标签，并选择标签的颜色。（您可以修改标签的对齐方式，字号，颜色）

（12）切换到[图形]页，选中[使用向量图]复选框，选择一个您想要的图形，这里选择了图8所示的开关。

（13）最后点确定关闭对话框，放置好的元件如图8所示：

（14）选择工具条上的[保存]，接着选择菜单[工具]/[编译]。如果编译没有错误，那么这个工程就做好了。

（15）选择菜单[工具]/[离线模拟]/[仿真]。可以看到设置的开关在点击它时将可以来回切换状态，和真正的开关一模一样！如图9所示：

3.画面设计

画面由5个界面构成，分别为系统画面、监控画面、手动画面、料仓画面、参数画面，其中功能键元件可以实现画面切换，系统画面为主界面，可以切换到另外4个画面并可以返回到系统画面；位状态切换开关元件是指示灯和位设定元件的组合，表示了PLC位地址的开/关状态，并定义了一块触控区域，当启用时它可以把相应的位地址置为开或关；位状态指示灯显示一个指定的PLC的位地址的开或关状态。如果状态为0，将显示图形状态为0的图形，如果状态为1，将显示图形状态为1的图形。如果选中了“使用标签”的话，可设置并显示不同状态时对应的标签值；数值输入元件可以显示PLC寄存器数据的当前值并可以通过小键盘输入数据来改变该寄存器数据。如果启动了[触发地址]，那么当被触控的时候，数值输入的值就会作为寄存器数据输入到相应的由[输入地址]指定的PLC地址；数值显示元件用来显示指定的PLC寄存器的数据。

（1）系统界面用于控制THJDQG-1型光机电气一体化控制系统的运行，由4个功能键元件、4个位状态切换开关元件以及4个位状态指示灯元件构成，实现启停控制及画面切换。如图10所示：

（2）监控画面用于显示物料运行位置，由1个功能键元件和13个位状态指示灯元件构成，监控设备运行。如图11所示：

（3）手动画面用于调试设备，由1个功能键元件、14个位状态指示灯元件和12个位状态切换开关构成，可以自动实现对传感器检测，并对气缸、电动机和指示灯进行手动调试。如图12所示：

（4）料仓画面用于显示6个仓位的物料存储情况，由1个功能键元件、12个数值显示元件构成（6个计数器和6个数据寄存器），实现仓储显示。如图13所示：

（5）参数画面用于设置仓间距、第一仓距离和物料在输送带上的停止位置，由1个功能键元件、3个数值输入元件和一个位状态切换开关构成构成，可以方便进行物料输送，仓储调试。如图14所示：

随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，PLC控制器强大的功能及复杂的数据处理也呼唤一种功能与之匹配而操作又简便的人机的出现，触摸屏的应运而生无疑是21世纪自动化领域里的一个巨大的革新。

参考文献

[1]清源计算机工作室.EV5000使用手册[M].机械工业出版社，2005.

[2]THJDQG-1型光机电气一体化控制实训系统使用说明书[S].天煌教仪.

作者简介：

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关键词:人机界面交互设计;项目驱动;团队合作;双层合作模式

中图分类号:G4

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)19-0326-02

人机界面交互设计(UI)作为一门新兴交叉性的学科,结合了技术、艺术和项目管理等多个领域的知识和理论。培养一名合格的交互设计师与培养单纯的技术人员或者是单纯设计人员都有着很大的差别。一名交互设计师,需要具备的不仅仅是单一的技术或者是设计知识,还要对项目的整体有一定的把控。所以在我系开设人机界面交互设计方向以后,我系老师就开始对如何办好这个方向,如何让学生的知识和能力同时达到最大化,进行了一系列的研究和探索。

1 目前人机界面交互设计教学中的问题

在设立人机界面交互设计学科的时候我们就把培养企业切实需要的人才作为我们最重要的教学目标。在教学中我们逐渐意识到传统的教学方式并不能完全满足企业的要求。主要表现在以下两个方面:

(1)课本知识和实际操作不能很好结合。理论和实际脱节是我们在教学上遇到的最大问题。单独在课堂上无法模拟实际的项目,学生对课本知识的理解浮于表面不能和实践结合,这成为学生走向他们自己的职业生涯的最大障碍。(2)UI学科学生缺少和其他学科学生合作的经验。任何一个交互设计师都无法独立完成某一个项目,一定需要和一个团队相互合作。传统教学中无法提供这种团队合作的尝试。即使有一些项目,也是UI学科学生单打独斗,形成不了团队。

为了让学生能够在学校中就完成从学生到从业人员的转型,对传统的教学方法进行改革就不可避免。我们希望能够在课堂上尽可能模拟在企业中的环境,从而帮助学生进行角色的转换。为此我们引入了“项目驱动+团队合作”教学方法。在这样的课程中,我们给他们提供一个可以安全犯错的机会,这样就可以避免他们走上社会以后犯相同的错误。

2 “项目驱动+团队合作”教学方法的创新和优势

“项目教学法”指的是学生在教师的指导下亲自处理一个项目的全过程,在这一过程中学习掌握教学计划内的教学内容。学生全部或部分独立组织、安排学习行为,解决在处理项目中遇到的困难,提高了学生的兴趣,自然能调动学习的积极性。传统的项目教学法往往采用的是教师提出项目,学生完成项目的方式,学生虽然能够在“做中学”但是还是不能模拟真实的职场环境。而我们采用的“项目驱动+团队合作”的教学方式,相对以前的项目教学发有以下的革新和优势:

(1)我们采用教师团队+学生团队的双层合作模式,参与项目的不再是单一的某一专业的老师和学生,而是从UI设计到研发到测试一条龙的整体团队合作,不仅最大限度模拟企业的技术环境,而且模拟了企业的人文环境。

(2)学生全程参与项目的计划、实施以及管理。从项目的确立到团队成员的成绩核定,学生不仅仅是这个项目的参与者和实施者,也是管理者。分组以后学生推选出组长,组长的职责相当于项目经理,负责人员的组织、时间的把控以及最后组员平时成绩的核定。

(3)教师不再仅仅关注于自己的研究领域,而是对相关领域也进行了一定的了解。这对增强教师团队的凝聚力,对教学和科研一起进行探索研究提供了良好的平台和机会。能够带来很多好的启发和创新。

3 “项目驱动+团队合作”教学法在UI学科教学中的应用

“项目驱动+团队合作”教学法在UI学科教学中主要起到的作用有以下三点:

(1)理论结合实际的作用。帮助学生把课堂上学到的知识最大限度的结合实践运用,更充分的领会人机界面交互设计的理论和技术知识。而不是死读书、读死书,读无用的书。争取能够在毕业以后立即达到用人单位的需求,保证学生顺利就业。

(2)培养学生自己动手动脑解决问题的作用。本次教学实践打破了以往“老师讲学生听”的模式,而是让学生在“做中学”,当他们遇到问题不是简单的对问题进行解答,而且鼓励他们自己研究、探讨、查找资料。这样能够激励学生的学习兴趣,更好的掌握学习方法。

(3)培养学生的团队合作能力的作用。对于UI学科的学生,团队合作的能力是他们必备的能力之一。因为在企业里,交互设计师从来不是散兵作战,也不能单独完成产品,一定是和其他技术人员一起进行合作。本次的教学实践提供了一次实战演习的机会,让UI学科的学生能充分的和其他专业学生进行合作,找出问题,解决问题,获得成功。

4 UI学科学生在项目中的角色

本次项目涉及到J2EE、数据库、人机界面交互设计以及测试方面的学生和教师。参与项目的学生均为有一定基础的同学,对于UI方向的学生来说,他们已经掌握了一定的交互理论知识和软件应用的技能,但还缺少实际经验,本次教学实践给他们提供了最佳的实践机会。UI方向的学生主要参与项目的以下方面:

(1)项目用户群体的设定和需求分析。UI方向的同学采取对潜在用户调研、现有相关产品研究等方式参与项目的前期设计。了解用户的需求能够帮助他们完善设计。

(2)对用户使用环境进行建模。根据用户群体的需求分析,UI方向的同学和团队同学一起对产品的使用环境进行模拟,更好的分析用户对产品达要求。

(3)需求分析。不仅仅对用户的需求进行分析,更要对业务和技术方面进行需求分析。要达到哪些功能,现在的技术能达到哪些功能,需要哪些技术支持。

(4)提出产品框架。根据讨论的结果,UI方向学生用设计产品的的结构图和用户操作的流程图。提出方案和小组成员讨论,并调整。

(5)对产品进行优化。包括对产品的内容和形式,包括外观都进行细节设计。提出草案,和小组成员进行讨论,并调整。

5 总结

在企业里,交互设计师一般不是以一个独立的研发团队存在,而一般是和研发、测试乃至市场的同事一起完成某一个项目。在以往的教学里,学校里往往没有这个条件,UI方向的学生常常处于单兵作战,散兵游勇的状态。无法体会自己的项目研发过程中起到的作用。而且,根据我们的跟踪调查。单一的学习交互设计的技术和理论已经难以达到企业和用人单位的要求。如何在学生学习该学科的时候让他们能够放下课本,自己发现问题、解决问题;特别是和一个团队一起发现问题、解决问题。这是我们希望在教学中让学生真正领会到的。“项目驱动+团队合作”的教学方法从很大程度上解决了这些问题,希望能够在以后的教学中对本教育方法进行更深入的研究。

参考文献

[1]陈庚,徐.网络大学生学习特征分析与学习能力培养策略研究[J].交通远程教育,2006,(2).

[2]范晓燕.用户体验的要素(Jesse James Garrett)[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3]Ding.C.交互设计之路-让高科技产品回归人性(The Inmates Are Running the Asylum :Why High Tech Products Drive Us Crazy and How to Restore the Sanity)Alan Cooper[M].北京:电子工业出版社.

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关键词：综合监控；人机界面；城市轨道交通；监控系统

1 综合监控系统工作原理介绍

主要城市轨道交通综合监控系统集成和网络通信、信号、供电、机电设备系统，建立统一的操作平台和集中监控系统，实现了统一的基本数据管理系统和系统之间的数据共享，从而实现信息的交换；在地铁集中监控管理功能的主要电气设备，实施铁路客运统计监测，最终实现相关系统之间的信息共享和协调。通过统一的用户界面综合监控系统，操作管理人员可以更方便、更有效的监控和管理整个生产线，实现高效率的地铁或轻轨运营。

城市轨道交通综合监控系统采用两级管理，三级结构系统的控制。两个层次的管理是中央和站级，三级控制是中央级，站级和现场级。基于整体结构，综合监控系统采用分层分布式控制结构，由三层组成：中央级监控网络层、站级监控网络层和底层设备级分散控制网络层。中央级和站级通过通信骨干网连接。电站综合深度监测系统综合监测系统（PSCADA）、设备监控系统（BAS）和访问控制系统，网络收音机界面集成（PA）、闭路电视（CCTV）、抑郁（PSD）、乘客信息（PIS），亚足联（AFC）、火灾报警（FAS），时钟（CLK）分散体系。车站级综合监控将集成与互联系统的现场级信息采集到车站级ISCS，再通过通信主干网将车站数据信息上传到中央级控制中心综合监控系统。

状态和性能数据的收集和处理监测对象集中在线监控系统车站级上，调度员工作站等各种终端，大屏幕显示的派遣员工，图形，图像，表格和文字形式为调度运行人员监视和控制的工作人员和为。并根据命令自动分配的传输模式或系统中的某一逻辑监控各现场控制，控制和其他控制点，或由调度控制命令，从而完成集中监控、乘客信息所有的设备和环境。本文主要是在综合监控系统网络结构的基础上，对人机界面（HMI）平台上的按钮、菜单布局、报警等进行设计与分析。

2 人机界面（HMI）研发设计

2.1 软件界面介绍

城市轨道交通综合监控系统应能向运营维护人员提供一种简洁、直观的交互式的图形化界面工具，通过该工具可以向操作员直观地显示设备状态信息、运行信息、故障信息、报警信息、统计报表信息等，同时，操作员可通过该人机界面工具，在操作员工作站上对远程的设备进行监视、设置、控制等等。

本次人机界面的开发是以综合监控系统系统软件平台为依托，基于CORBA通信中间件，该中间件采用了软件业流行的分布式对象结构，使各个软件模块“即插即用”。

人机界面（HMI）图形软件包是为实时系统设计的，运用简单而强大的图形格式编辑器，使得画面开发快速完成。可以根据不同用户的喜好和要求，创建图形化的交互画面，而且，所创建画面中的对象可以根据所接收到的实时数据动态地变化。

通常而言，用户界面代码都嵌入在应用程序的代码中，如果开发人员需要调整用户界面，就必须对所有的应用程序代码进行重新编译。而本次开发的人机界面将用户界面代码部分与应用程序代码部分完全地分离，从而使得用户界面和应用程序的开发可以同时进行，进而缩短了系统的开发进程。

系统所支持的特性主要包括：

强大的网络能力和跨平台性。该特性使得用户可以轻松地集成分布在网络上的、多个不同操作系统上的应用，其支持的操作系统有Linux、Unix、Windows XP/2000/NT等；

图层的可选择性。该特性使得图形组件能分置在不同的图层上，其中，每个图层能够根据操作员命令、缩放程度以及数据库的改变而隐藏或显示。这种方式也使得操作员在使用或操作图形界面时，可以尽可能少地点击用户界面；

图符库的自定义性。允许用兼容且经检验的图形对象来进行图元的开发；

画面缩放、漫游、逐层消隐和多窗口等功能特性；

系统工具包是由多个组件组成的，主要的组件有图形编辑器、运行环境、应用编程接口（API）等。

2.2 图形界面建模

模型是一种对事物进行理解的抽象概念，是对事物的理解，是对真实系统的简化。建模是适当的过滤的真正的系统，开发人员使用适当的表达规则来描述一个简单的模型。通过该模型，人们可以了解学习的本质，人们很容易分析和处理它。UML（统一建模语言）是一种通用的建模语言，它得到了广泛的支持，在学术界和工业界，并成为标准建模语言。

为了提高软件开发人员在实践中的软件维护和可重用性的稳定性，逐步创建了一种新的软件建模方法（建模技术，面向对象建模方法，面向对象方法）。OMT是一种面向对象的软件开发和设计方法。该方法用于模拟实际应用。该模型用于构建独立于编程语言的设计。面向对象的建模技术的分析和设计，以及一套面向对象的图形符号概念，编程语言无关，统一软件开发人员在软件开发过程中的分析，设计和实现。这样，软件开发人员不需要使用其他方法，需要在每个阶段的阶段将开发阶段的符号转换为另一个符号。OTM三个模型描述一个系统，三个模型：对象模型，动态模型和功能模型。这三个模型分别从不同的，但与模拟系统密切相关，分别从不同方面对系统内容进行了全面反映目标系统的要求。对于任何复杂的系统，这三个模型是必要的。无论如何，对象模型是最重要的，最基本的，核心。

2.3 图形界面设计

图形界面用于设置图片、图表、变量、脚本、数据源对象的各种参数设置下的目标用户和系统级的参数，包括添加、删除、修改、插入等操作基本的图形编辑部分，包括移动、缩放、旋转和图形的组合。在类中的窗口、图元、数据源和用户对象作为记录类型，并根据指定的格式对内存中的配置文件有一些消息。图形界面设计是通过每个子系统的图形显示屏幕来显示各子系统的控制画面。这幅画主要是由三个简单的物体组成的：线（直线，曲线，直线，圆弧，封闭图形圆、椭圆、多边形、扇形、矩形）和文本。每个基本图形都充满了颜色、高度、宽度和位置的线条和数据包的传输特性，封闭的图形自己。这些属性分为静态和动态属性是基于价值的表达变化和实时变化是根据状态配置画工业场人脸动画图像。

此外，人机界面还应当报告通知和响应功能，配置报告打印，历史数据查询，趋势显示等功能。报警报告和趋势显示，变量是动画对象，其数据源由配置指定。这样，每个子系统的图片可以根据现场情况灵活配置。为了扩展HMI配置功能，还提供了各种脚本语言来实现灵活配置，脚本语言可以通过事件驱动方法进行编程，对象密切相关。例如，当您按下按钮时，可以执行特定的程序来执行特定的控制任务。

控制模块是基于逻辑控制单元，它是监控软件的重要组成部分，虽然脚本语言程序可以完成控制功能，但它不是很直观，编程语言自动化学工程师使用梯子或其他标准的习惯，非常方便，可以实现现场参考软件组件的配置和组态软件的监控功能，目前提供策略编辑器/基于IEC的标准生成组件，它是面向对象的，不仅造成的，可循环的执行顺序是在PLC阶梯一样。控制功能模块在现场总线控制系统中有着辉煌的未来，可以大大降低成本。

（1）图元数据

数据集成监控系统的城市轨道交通量主要包括四种类型：远程控制体积（DO）、遥调量（AO），遥测（AI），远程信号（DI），使用四个数据，可以反映设备子系统的状态，报警，温度，湿度，流量，压力等信息。远程控制和远程控制现场设备，有必要设计一些防止误用的保护措施。这些保护措施包括：控制锁设计条件，设置保持时间控制，确定控制失效时间。

为了便于操作和维修人员查看、记录和子系统的综合监控系统集成之间的差异，对报警子系统生成一组不同数据量的四，数据报警信息属于特定组的报警量。根据不同的子系统定义不同的报警组，如“环境和设备监控系统”，“平台门报警组”，“火灾报警系统”，“中国中央电视台”等。同时，还可以增加重要设备的数量，如“事故风扇报警组”，“冷却器报警组”等，以方便报警过滤器查找。通过使用预警系统，我们可以建立整个报警和保护系统。

（2）图形画面

图形屏幕是人机界面的基础和核心，每个子系统的运行状态可以直接通过图形界面进行监控。要建立功能的屏幕，操作和维护人员通过图形图像可以非常直观的操作，在固定区域的界面上显示轨道交通控制和标志图标。

在图形图像中，建立了人机界面导航结构，使得操作者可以容易地浏览集成和互B子系统的图像。导航结构可以使用反向树结构，如导航树所示，以两个步骤访问监视器屏幕。第一步，选择需要查看的子系统，如“火灾报警”；第二步，选择子系统屏幕的具体功能，如“车站层”等。

在屏幕上的图形中，您应该创建“首选项”，“趋势”和“报告”和“报警”事件。浏览“浏览”和“密码”，如图片条目，可以使用下拉菜单或按钮。在图形设计完成后，还需要人机界面（如报警屏幕，事件屏幕，趋势曲线和报告）的特殊功能和子系统（大屏幕系统，小系统，如环境监控系统）。人机界面系统是用C++和Qt界面库开发的，它可以运行在Unix，Linux和Windows操作系统。众所周知，Unix平台的高效和稳定，这对计算机病毒的影响小，安全系数高，成本高，使用方便，成本低，安全性低，但是PC使用方便。

使用Qt创建用户界面包含了基本的用户界面元素可以分为动态和静态显示对象。动态显示对象包含了输入输出域（部分）域（writekey）、数据表（dobjs），数据质量，数据表和图形表达域，从动画、静态显示对象和用户终端交互中完成对报警和事件数据传输和处理命令的处理。如框、行、文本、位图等都是静态的显示对象，创建这些对象时，这些对象不影响用户的输入、命令和事件，只是固定在一个位置上，显示图形。这些静态对象只能被一个特定的事件激活，并可以显示动画效果，如：图形颜色的变化和闪烁，图形的变化和位移的外观等。

3 结束语

本文对综合监控系统人机界面的设计进行了分析，从综合监控系统的运行原理，人机界面的画面显示、人机界面的软件模型建立、图元、图形画面等多个方面对人机界面软件设计进行了分析。运营维护人员通过综合监控人机界面可以对集成和互联的各个系统进行监视和控制，进一步的提高了轨道交通的自动化运行水平，为乘客提供一个更加舒适的乘车环境。

参考文献

[1]魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术[M].电子工业出版社，2005.

[2]《RT21-ISCS软件应用书》南京南瑞集团内刊[M].

[3]林晓伟.地铁综合监控人机界面的设计与实现[J].工业控制计算机，2010（12）.