人机界面范文第1篇
摘 要：人机界面 （Human Machine Interface，HMI）作为调度自动化系统的用户接口，提供用户与系统的交互功能。松耦合、易扩展、易维护对于人机界面的设计和实现具有重要的使用价值，不仅可以优化系统结构，而且方便系统功能集成和升级。本文使用开放服务网关规范（OSGi）技术和“平台+插件”的設计原则，提出了一种基于插件的调度自动化系统人机界面的设计方案，实现了系统的分布式增量集成、运行时部署和升级以及基于权限的应用插件运行机制。该成果已在工程中使用，验证了方案的可行性。
关键词：人机界面；插件；框架；开放服务网关规范（OSGi）；调度自动化
Key words： HMI； Plug-in； Framework； OSGi； Dispatching Automation引言
调度自动化系统是现代工业企业实施生产过程控制的重要技术手段，系统以数据采集与监视控制（SCADA：Supervisory Control And Data Acquisition）为基础，对现场的运行设备进行监视和控制，并在此之上包括了应用分析、计划管理等高级应用功能。调度自动化系统的应用范围很广，包括电力、给水、石油、化工等诸多工业领域。目前在电力行业调度自动化系统作为电网运行控制的基础，正朝着“集成化、网格化、标准化、市场化、智能化”的方向发展[1-3]，并开展智能调度研究。
人机界面 （Human Machine Interface，HMI）作为调度自动化系统的用户界面，向用户提供与系统交互的功能，同时也是智能调度重要组成部分之一。目前有很多关于人机界面的设计和实现的研究方案。文献[4]研究了嵌入式系统中利用CORBA、COM以及EJB等技术构建HMI的设计方法和实现技术，并对各种技术的优缺点进行了综合性分析。文献[5]基于Linux和Qt提出并实现了一种适用于工业监控领域嵌入式平台的通用HMI系统原型。文献[6]对HMI的设计和实现进行了相关研究。文献[7]提出了使用组件组装人机界面的模型。以上这些文献对如何构建HMI系统进行了大量的研究，但是其内容主要针对嵌入式系统。在电力、石油等工业领域，调度自动化系统中的人机界面面临着更复杂的应用环境。文献[8]介绍了石油行业SCADA系统中HMI的应用情况。这些文献对人机界面在SCADA/调度自动化系统中的应用进行了一些探讨，但是对人机界面的易维护和自动升级方面研究较少。
在系统集成方面，有学者提出了面向服务体系架构、面向开放服务网关规范的集成方式[9-12]，文献[9]提出基于分布式对等互联的开放服务网关规范（Open Service Gateway Initiative，OSGi）平台的高级量测体系（AMI）总体方案，文献[12]指出基于面向服务架构（SOA）的集成技术是实现企业应用集成（EAI）的重要模式。
近些年随着用户需求的增加，人机界面需要为数据综合分析、趋势预测、可视化展示提供支撑。新功能的增加使人机界面变得日益复杂，但是目前人机界面的设计和实现在易扩展性方面考虑较少，很多系统在设计和实现上具有紧耦合的特性，只能通过修改代码实现功能扩展和升级，导致系统维护难度加大，而插件是解决上述问题的技术途径之一。
插件是一种组件化的程序设计方法，按照统一的预定义接口规范进行开发，应用程序在运行时通过接口规范对插件进行调用，以动态扩展应用程序的功能。基于插件的程序开发的核心思想是构建提供插件运行环境的框架，通过部署插件实现系统功能的无缝集成和升级。本文提出了一种基于插件的人机界面设计方案，使用开放服务网关协议OSGi技术开发插件，并建立了基于插件的系统结构和插件管理机制，实现了系统的分布式集成、运行时部署和更新以及基于权限的应用插件运行机制。该方案具有松耦合、易扩展的特点。
1 OSGi技术应用介绍
OSGi（Open Service Gateway Initiative），即開放服务网关协议，是一种基于Java语言的软件模块化开发规范，主要目的构建模块化的、动态可扩展的系统，以实现组件级的复用[13-15]。
OSGi规范提供了一个开放的、通用的框架，定义了开发插件的流程和方法[13]。基于OSGi构建的系统可以通过框架进行插件的部署和管理，并利用插件的特性灵活实现功能的扩展和升级。
使用OSGi技术能为系统能带来以下几个优点：
（1）功能可插拔
通过安装新的插件、更新或停止现有的插件实现系统功能的插拔。
（2）稳定、高效的系统
OSGi采用了微核机制，保证了系统的稳定性。只要微核运行稳定，系统不会崩溃。另外，只有对某个插件的使用请求发生时，OSGi才去执行相应的加载、启动操作，提高了系统的运行效率。
（3）基于可复用组件的系统
OSGi框架定义了Java 语言的组件开发规范， 提高了软件的复用程度。基于OSGI插件的系统可以通过复用组件进行开发和部署，缩短研发周期。
目前在国内外已经出现了很多使用OSGi开发系统的案例，其中最成功的应用是IBM开发的Eclipse系统；另外，还有很多商业应用系统（如Websphere等）也正在逐步使用OSGi技术构建系统。在电力行业该技术也得到应用，文献[9]介绍了以基于Java的动态模块化OSGi平台作为对等互联网络的Peer端，各对等OSGi平台间借助Web服务的发布/订阅机制进行信息交互，面向服务的Web服务技术也为广域分布的高级量测基础设施提供了基于互联网的互操作。
2 方案概述
2.1 系统结构设计
OSGi规范虽然定义了一个开放的、通用的框架，但是只提供对插件的生命期管理以及安装、激活、停止、卸载等基本功能，并没有对如何构建基于插件的系统进行说明。因此构建针对特定应用领域的插件系统，必须根据具体情况对基于插件的系统设计、插件的划分方法、插件的运行管理以及系统集成等内容进行详细研究，制定合理的技术方案。
基于插件的调度自动化系统人机界面技术方案采用了“平台+插件”的设计思想。平台构成了系统运行的框架，定义并实现了插件访问平台功能的多个系统接口；插件实现预定义的插件接口以扩展系统的功能。平台和插件的关系如图1所示。
调度自动化系统人机界面往往会随着用户需求变化对应用进行集成或更新，而其余部分负责对应用的使用提供支撑作用，稳定度相对较高。在本方案中平台由人机控制台、插件集成与运行管理层、服务接口适配层、服务接口层和基础服务层组成；插件层由各个应用组成。
人机控制台是系统的初始启动界面，提供用户登录系统的相关功能，包括登陆控制、用户管理和界面管理。插件集成与运行管理层负责对系统中插件的集成和运行控制功能，包括插件的注册、激活和卸载以及插件运行实例的管理。接口适配层聚集了应用访问所有后台服务和数据的接口，接口适配层保证了应用使用服务的简洁性和透明性：应用只需通过接口提交服务请求，而不需了解接口的实现过程和服务具体的部署信息，适配层会将应用的接口请求委托给低层的服务接口。服务接口层包括了各类应用与后台服务交互的接口实现，主要有实时库接口、关系库接口、画面刷新服务接口、事件服务接口、日志服务接口、权限服务接口、文件服务接口和定位服务接口。基础服务层主要包括网络服务和任务管理，提供网络I/O和线程运行管理功能。图2是本文针对调度自动化系统提出的基于插件的人机界面系统结构图。应用插件层由人机界面系统中的各个应用组成，主要包括各种组态应用、集成开发环境、图形浏览器、系统配置管理、事故追忆、报警、数据采集、系统管理、实时库维护等功能模块。应用的插件化可以根据OSGi的技术规范进行开发，在使用过程中由OSGi框架实现插件的加载和卸载，通过插件的可插拔特性实现了应用功能的动态部署和在线升级，因此保证了人机界面系统良好的功能扩展性。基于插件的人机界面系统结构如图2所示。
2.2 插件集成与运行管理
插件的组织管理、系统与插件的交互对于保证基于插件的系统结构的合理有序非常重要。本方案提出了插件集成与运行管理机制，统一负责系统中注册的插件信息以及插件运行的管理。插件信息包括名字、版本信息、用于界面集成的插件图标；运行管理包括插件实例的启动、当前运行实例数等信息。图3是插件集成与运行管理方案的类图。
图3中定义了插件集成管理器和插件运行管理器接口以及应用插件需要实现的接口，其中IBundleInstallManager和IBundleManager代表插件集成管理器和插件运行管理器，由平台负责实现；BundleActivator、IBundle、IBundleInstanceManager、IBundleFactory和IBundleInstance由应用插件负责实现。各接口的具体定义如下所示：
具体的接口描述如下：
（1）IBundleInstallManager
人机界面平台应用插件集成接口类，由平台负责实现，负责插件的集成功能。人机界面在启动后调用该接口访问插件发布服务器获取插件配置信息文件，根据配置信息将插件集成到人机界面特定目录中。
（2）IBundleManager
人机界面平台应用插件运行管理接口类，由平台负责实现，向应用插件提供接口，负责插件信息的注册和注销以及运行实例管理等功能。插件信息包括名字、版本等内容；运行实例包括应用插件的运行实例和实例数等信息。
（3）IBundle
插件接口类，由各应用插件实现的管理接口，以实现人机界面对各插件的统一管理，负责提供名字、版本、图标等插件信息以及插件运行实例的创建、销毁等功能。
（4）IBundleInstanceManager
插件运行实例管理类接口，由各應用插件实现，具体负责实例的创建和销毁，对于不同的插件可以实现不同的运行实例管理策略，比如可以定义特定应用插件的最大运行实例数。
（5）IBundleFactory
应用实例工厂接口，由各应用插件实现，负责接收插件实例管理接口的委托请求创建插件运行实例。
（6）IBundleInstance
插件运行实例接口，由各应用插件实现，代表创建的具体运行实例。
上述接口的定义了插件集成与运行管理机制和应用插件的统一开发机制，应用插件只需要实现特定的接口就可以注册插件信息并在使用中由系统负责插件的运行。
3 系统功能
插件技术的使用给调度自动化人机界面带来了更大的灵活性，通过引入了插件发布服务器、插件库和权限管理服务器，本方案实现了以下几个功能功能：分布式增量集成、运行时部署和更新以及基于权限的应用插件运行机制。为了支持上述功能，本方案插件发布服务部署在后台服务器上，负责对插件发布的访问控制。插件发布服务中记录了系统中需要发布的插件，本方案使用配置文件对全部的插件信息进行统一管理，当系统发布或更新插件时，只需在配置文件中增加新的记录或修改已有的记录。插件信息配置文件格式如下：
…….
上述示例展示了插件信息配置文件的格式和内容，配置文件使用xml风格，
插件库主要负责保存插件资源，并与插件发布服务器配合共同完成插件的发布管理。
权限管理服务负责实现对用户权限的管理。HMI系统中不同用户拥有不同的使用权限。本方案扩展权限管理服务器的功能，通过增加插件权限信息定义表定义用户对应用插件的使用权限信息。插件的使用权限包括用户信息以及用户可以使用的插件信息，可以通过权限管理工具配置每一个用户对应用插件的使用权限，在插件权限信息定义表中插入{用户名，插件名，插件版本}形式的记录，如表1所示。
图4 是实现上述人机系统功能的结构示意图。
3.1 分布式集成
目前很多人机界面缺乏自动化的集成手段，当进行系统集成和功能升级时，往往通过修改文件配置或程序的方式实现功能集成，然后将集成后的系统拷贝到人机工作站完成集成操作。但是调度自动化系统中人机界面可以部署在上百台工作站上，在这种情况采取逐点拷贝的方法，大大增加了系统维护的难度；同时拷贝方式也需要暂时停止使用人机界面，给用户造成了使用上的不便。
本方案实现了插件的自动化集成功能：当人机界面启动时，首先从插件发布服务器获取插件信息配置文件，然后根据配置信息判断某个插件是否已集成或需要更新决定是否下载。
与基于拷贝的集成方式相比，分布式增量集成只需要在工作站部署人机界面平台，当系统启动时会根据插件配置信息自动完成插件下载集成操作，大大减轻了系统的维护工作。人机界面分布式集成序列图如图5所示。
3.2 运行时部署和升级
基于插件的人机界面具有运行时部署和升级的功能。系统在启动后向插件发布服务中的发布/更新模块进行注册，当在运行过程中有新的插件发布或进行插件升级，发布/更新模块通知人机界面发布或更新的插件信息，人机界面启动插件集成机制，从插件发布服务器下载发布或更新的插件后进行集成，因此实现了运行时动态部署和升级功能，人机界面运行时部署/升级序列图如图6所示。
3.3 基于权限的应用插件运行机制
人机界面的用户根据其身份拥有不同的使用权限，可以使用不同的应用功能。当前的人机界面在启动时统一装入全部功能模块，不能根据登陆用户的身份装入具有使用权限的应用模块，这种方式加剧了资源的消耗，同时也降低了系统的启动速度。基于插件的人机界面系统与权限服务配合，可以实现基于权限的应用插件运行机制。人机界面获取用户登录信息后，向权限服务发送获取该用户的权限信息请求，根据权限服务返回的用户权限信息，系统启动具有使用权限的应用功能插件。基于权限的应用插件运行机制如图7所示。
4 应用案例
基于本方案的调度自动化系统人机界面已在中国石油油气调控中心进行了应用，图8显示了利用插件技术实现在控制台中集成画面浏览器应用的过程。图8中a没有集成画面浏览器功能，而b为系统维护人员发布画面浏览器应用后，控制台通过运行时部署机制自动实现了功能集成，工具栏上出现了代表画面浏览器的图形按钮。整个集成过程人机界面无需重新启动，极大地方便了用户的使用，提高了效率。
5 结束语
本方案提出了基于Java OSGi插件技术的调度自动化系统人机界面设计方案，具有松耦合、易扩展的特点。方案实现了基于插件的系统结构和插件管理机制，可以进行系统的在线集成和升级；同时通过引入插件管理服务和权限管理服务，实现了分布式集成、运行时部署和更新以及基于权限的应用插件运行功能。本方案具有较强的扩展性，通过动态部署插件，可以在线进行系统扩展和升级。目前已经实现了基于本设计方案的人机界面，并在电网调控中心、中国石油油气调控中心进行了应用，实践证明本方案能够实现人机界面功能模块的“即插即用”，减少因功能升级对用户的干扰，具有很好的可扩展性。
需要指出的是，虽然本方案基于Java OSGi技术进行设计与实现，但是对于使用其他编程语言实现基于插件的人机界面设计方案同样具有参考价值。
基金项目：
中国石油重大工程技术现场试验项目：国产油气管道SCADA系统软件工业试验（编号：2015F-1501）。
参考文献
马韬韬，郭创新，曹一家等.电网智能调度自动化系统研究现状及发展趋势[J].电力系统自动化，2010，34（9）：7-11.
姚建国，杨胜春，高宗和，杨志宏.电网调度自动化系统发展趋势展望[J].电力系统自动，2007，31（13）：7-11.
张伯明，孙宏斌，吴文传. 3维协调的新一代电网能量管理系统[J]. 电力系统自动化， 2007，31（13）：1-6.
马伟民.基于组件技术的人机界面（HMI）研究[D] .杭州电子科技大学，2009.12.
苏国强，施亮. 基于Linux及Qt的嵌入式HMI软件研究[J].微型电脑应用，2011.27（7）：4-6.
孙高鑫.基于LinuxQT/E的工業温控仪HMI的设计与实现[D].上海交通大学，2010.
王红艺，李冠峰，吴庆涛等.一种人机界面组件组装方法的研究[J].河南科技大学学报，2011.32（1）：33-36.
田家兴，王海峰，赵廉斌等. HS与ViewStar两种HMI系统在西气东输的应用[J].自动化与仪器仪表.2011（4）：107-109.
周恒俊，曹培，张金江等.面向高级量测体系的分布式对等互联OSGi平台[J].电力系统自动化，2011，35（11）：71-76.
MARPLES D，KRIENS P，The open services gateway initiative：an introductory overview[J]. IEEE Communications Magazine，2001（12）.
REDONDO R，VILAS A，CABRER M， Enhancing residential gateways：OSGi service composition[J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics，2007（01）.
唐跃中，曹晋彰，郭创新.电网企业基于面向服务架构的应用集成研究与实现[J].电力系统自动化，2008（14）.
林昊，曾宪杰.OSGi原理与最佳实践.电子工业出版社.2009（8）.
The OSGi Alliance.OSGi Service Platform Core Specification Release 4，Version 4.2.2009.6.
王晓鹏，王纯.基于OSGi和RCP的融合通信客户端的设计与实现[J].电信科学.2010（8）：35-4.
人机界面范文第2篇
1 人机界面的特点
计算机交换信息和传递信息的对话接口和媒介就是人机界面, 是构成计算机系统的重要部分。由于煤炭产业的迅速发展, 高科技运行方式与传统采煤方式之间具有很大差距, 适当形成多样化采煤方案是未来煤炭企业发展和改革的重点。采煤机电控制系统主要关键就是信息技术, 利用信息技术来保证人机界面具有一定的可行价值, 保证采煤系统能够安全稳定的发展和运行, 具有以下几方面特点。
1.1 转换性
人机界面实际上就是用户以及系统之间进行信息交换和交互的媒介, 能够合理的实现人类以及信息内部形式可以符合的转换。现阶段, 计算机技术已经被大量使用在众多领域, 相互转换计算机语言和自然语言, 合理的改变原来的采煤机电控制方式, 形成具有一定优势的操作系统平台。人机界面控制一体化的关键就是信号转换, 融通数字语言和自然语言, 合理的改变控制单一的方式, 为采煤系统提供一定的平台。
1.2 智能性
只要是具有人机交流信息的领域就具有一定的人机界面, 是基本体现智能技术的方式, 也是机械化操作的方式。人机界面的发展会在一定程度上促进采煤系统智能化的发展, 为企业提供先进的机器、人一体的控制技术, 依据相关预制方案进行运行, 以便于可以达到预测效果。在采煤系统中运用智能技术, 打破原来传统方式, 带动新采煤系统的发展, 为企业发展提供保障和技术支持[1]。
2 基于人机界面采煤机电控制技术
人机界面可以很好的达到机器与人之间的自然对话, 中介平台是软硬件系统来控制的多功能方式, 可以充分符合采煤机电设备一体化发展的需求。由于科学技术以及采煤技术的不断应用和发展, 使得人机界面在采煤控制系统中应用的更加明显, 不仅能够指挥监督和调度人员, 还可以操控机电设备总平台。基于人机界面的基础上, 采煤机电控制系统具有多种高端技术, 选择相对比较稳定的控制技术保证可以安全生产, 主要包括以下几方面:
2.1 机械技术
机电一体化的基础就是机械技术, 机械技术运用重点就是怎样适应机电一体化技术。目前, 国内煤矿企业已经基本上都在使用人工一体化的控制方式, 利用机器设备来合理代替人工方式, 能够促使很好的符合多功能的需求, 从而可以适当降低控制人工采煤的难度。井内开采煤矿的主要基本功能就是机械设备, 利用小、中、大型号的设备作为控制中心, 多次开采矿层和岩层。基于人机界面控制的采煤系统利用一定新技术来不断更新观念, 改变结构、性能以及材料, 最大限度满足体积小、重量小、精度高以及刚度高的需求[2]。
2.2 数字技术
数字化控制方式是新型采煤控制形式, 利用数字信号为基本转换中心, 通过计算机技术来合理的处理原始数据, 不断提高采煤机电系统中心处理数据的效率。利用计智能算机控制数字技术, 依据煤层分布的实际结构特点以及分布情况, 建立比较稳定的开采体系, 在不需要人工的方式下能够达到一体化生产的目的。例如, 数字计算机具有多样的功能和形式, 计算机处理技术主要包括:神经网络技术、专家系统技术、人工智能技术以及交换、存储、判断、运算信息等, 可以依据实际井内情况来选择符合情况的生产方案和技术。
2.3 系统技术
利用相对整体的组织概念来不断应用技术, 依据系统目标以及全局方面来说, 把总体适当的分解为相互具有一定联系的单元, 系统技术之一就是接口技术, 十分重要, 能够保证实现各部分系统的有机连接。采煤机电控制系统需要综合运用各种技术, 融合通信技术、传感技术以及计算机技术, 形成相对稳定的作业平台, 平衡运输机、采煤机以及挖掘机, 深度展示挖掘中人机界面的作用, 此外, 拥有一定延续性特性, 能够制定出不同控制方案[3]。
2.4 自动技术
具有相对比较广泛的范围, 在理论的作用下, 设计系统的时候, 需要对系统进行一定的仿真, 进行现场调试。控制技术主要包含:自适应控制、高精度定位控制、自诊断校正、速度控制等, 但是并不适合所有煤矿直接使用, 需要在正式运用以前合理的组装和调试设备, 为进行系统采煤控制提供一定的环境基础, 达到数字一体化采煤的目的。自动技术是依据仿真为基本理论依据, 不断优化系统结构, 展现人机界面的多功能特性[4]。
3 应新型采煤生产系统多功能技术
社会发展的必须能源之一就是煤炭, 煤炭企业发展的重要关键就是不断优化生产方式, 与能源可持续发展息息相关。采煤机电控制系统为调度资源提供一定保障, 能够合理的调度采矿范围, 利用一定的远程遥控技术当作辅助技术, 保证能够充分发挥所有功能的作用, 主要包括几种常用系统, 分布式、智能式、远程式、开放式等。
3.1 智能式控制
智能控制技术包括以下几方面, 模糊控制、专家系统以及神经网络。应该依据实际的采煤情况, 自动化控制大型设备, 形成比较稳定的控制系统结构。例如, 在目前煤矿采煤系统中, 已经广泛应用智能控制技术, 来完成设计产品、生产产品、诊断质量等, 从生产平台把智能控制延伸到设计平台, 提高控制的效率[5]。
3.2 分布式控制
一般来说, 分布式控制使用都是一台计算机合理指挥多种操作界面, 以此来控制智能单元和现场测控。可以把分布式控制合理分为两级、三级以及多级, 通过计算机技术来集中监控、管理、操作整个生产过程, 在建设大型煤矿采煤区域的时候需要合理使用分布式控制, 选出多个内部监测点, 安装不同检测射波当作控制结构[6]。
3.3 开放式控制
开放式控制方式主要就是利用工业通信网络来合理的控制相关设备以及计算机的管理, 达到经营、控制、管理的集成统一, 利用现场总线来连接控制设备以及现场仪表, 达到控制测量一体的标准。在运行的时候需要充分分析安全系数, 利用开放式控制系统合理的作为安全系数, 体现生产系统具备的拓展性, 优化人机界面的目的。
3.4 远程式控制
远程控制实际上就是相关操作人员利用计算机来异地接入网络、拨号以及连接计算机, 把需要控制的界面在计算机上显示。一般比较适合使用在先进的大范围控制采煤区域, 利用这种控制方式可以达到远程控制机器和人的目的[7]。
4 结语
总而言之, 人机界面实际上是以人工智能为基本中心, 形成机器和人的一体化发展平台, 为采煤系统机电体系提供一定的高科技基础。在经过人机界面处理之后的机电设备以及采煤系统, 顺利进行了功能的改造以及升级, 人机界面应用领域被拓宽了, 从而达到设备功能与人机界面一体化的目的。人机界面应用到煤炭企业机电系统中已经成为未来发展趋势, 利用高科技来帮助系统合理运行, 起到更好的操作效果。
摘要：随着科学技术以及社会的发展, 机电一体化技术得到快速的发展, 矿井开采技术的生产方式以及规模都得到了一定的改造, 建立了多功能控制界面采煤机电系统, 就是人机界面。在控制和分析采煤系统的时候, 会出现很多的影响, 特别是生产以及设备运行的时候, 需要形成全新的控制体系, 才可以保证控制能够符合要求。本文主要分析了基于人机界面采煤机电系统控制技术。
关键词：人机界面,采煤,机电系统,控制技术
参考文献
[1] 魏星.基于人机界面采煤机电系统控制技术分析[J].装备制造技术, 2014 (12) :251-252, 254.
[2] 常纪新.采煤系统中提升运输机主控系统的探讨[J].华人时刊 (中旬刊) , 2013 (12) :172-172.
[3] 李云伟.矿井采煤系统多功能设计及其改造[J].华人时刊 (中旬刊) , 2013 (12) :176-176.
[4] 张振伟.智能化联合采煤系统在煤矿开采中的运用[J].技术与市场, 2015, 22 (2) :70-71.
[5] 侯剑.黑岱沟露天煤矿采煤系统的优化[J].内蒙古科技与经济, 2010 (20) :110-111.
[6] 王桂梅, 蒋超, 朱佳伟等.煤矿井下开采自动化系统研究[J].煤矿机械, 2014, 35 (3) :220-221.
人机界面范文第3篇
一、平板检测系统人机界面功能和特性
平板显示屏自动光学检测系统应用于工业生产流水线中, 担负着人机交互、信息转换、整机控制等各项功能。
良好的人机界面能够有效地提高人机交互效率, 实时控制设备动作、显示设备运行状态。通过界面, 操作员能够获知系统工作模式, 检测到报警信号, 及时地对设备做出相应的指令。
工业人机界面应以功能性为主导, 以运行环境为前提, 保证功能完善、容错性高、逻辑严谨、界面自然友好。
二、基于MFQ分析法的软件模型测试分析
(一) MFQ分析法
MFQ是一种结构化的思维测试分析和测试设计方法。其中M、F、Q分别是指M:基于模型的单功能测试分析和设计;F:功能交互测试分析和设计;Q:质量属性测试分析和设计。
MFQ测试分析法从软件的全貌到细节, 整体到部分, 分为相互呼应的四部分:
(1) KYM (Kown Your Mission) , 即了解自己的测试对象。对于需求承接者来说, 需要从不同的维度去了解、分析需求, 在分析过程中, 有任何疑问均可以罗列出来。
(2) TCO (Testing Coverage Outline) , 即从测试的角度对原始需求进行提炼, 提炼出对测试有用的测试点, 并且对提取出的信息进行重组, 识别出需求中的风险。
(3) 建模MFQ&PPDCS
通过TCO对需求的整理之后, 划分了单功能和功能交互点, 此时需要对具体的单功能使用建模方法。
PPDCS (process, parameter, data, combination, state) 建模方法从不同维度设立了建模思路, 以其中parameter建模方法为例介绍其适用场景:
parameter建模方式是根据变量之间的单功能或功能组合而形成的, 各变量需求中或者划分出来的单功能或者功能交互点有许多参数, 且这些参数相互之间有一定的业务规则约束, 即某些参数之间组合才能符合需求。
(4) TCON
TCON, 即Test-Case, 根据上一步建模的测试场景, 生成TCON, 用上述判定不同情况下的测试条件转变。
(二) 人机界面测试内容与方法
MFQ测试分析法给出了自动光学检测系统人机界面的测试思维。此界面用于工业现场的电磁阀以及电机控制, 实现人机交互和远程监控。因此, 人机界面的逻辑结构、功能实现、人机交互是测试的出发点。据此, 本文提出以下三个方面的测试:
1. 逻辑测试
平板检测人机界面模式选择分为自动模式和工程模式, 如图1。自动模式下的操作方式分为自动模式与手动模式, 两种模式互斥。选择自动模式, 此时手动设置按键全部屏蔽;平板经图像处理后的复检过程可选择自动或手动判定, 选择工程师决定按键开的状态下, 复检工作是否进行可由工程师操作, 选择图像决定按键, 手动按键屏蔽, 工程模式下, 主界面指示灯显示输入输出、PLC连接、各电机状态, 电机及各电磁阀控制过程中, 指示灯显示正常;关闭检测系统的供气气阀, 此时各供气指示灯熄灭, 再次打开气阀, 指示灯恢复正常。
2. 功能测试
(1) 电机测试
程序设定为开机自启, 电机参数设为回零点。电机开始运行, 回到零点, 电机自动运行;自动模式下, 切换为手动模式, 在平板显示屏的上下料及运动过程中操作人机界面, 均能实现对平板显示屏的吸附、夹持松开等各项动作;切换到检修模式的子模式运动轴, 如图2。选定某一位置, 点击运行, 电机快速响应, 移动到对应点;再回归原点, 电机回零。功能模式包括纵横向夹持、吸盘升降、上下料、扫描等动作, 经测试, 动作响应快速、精确。
(2) 通讯测试
在工程界面, 对气阀、电磁阀按键依次点击, 对应的气浮装置、夹持装置快速响应, 准确完成规定动作, 如图3。
通过远程监控, 测试动作是否完成, 均显示出来。PLC断开时, 界面指示灯熄灭, 连续请求重连, 直至连接成功。
3. 界面测试
友好的人机界面能让用户很快地适应软件使用特性, 因此简洁性、美观性的测试是必不可少的。
用户界面布局完善紧凑, 提示区域、状态显示、空白间隔分布合。各个控件在垂直方向和水平方向上分别对齐。根据不同的使用者, 功能模式分为权限不同的模块, 操作使用上逻辑顺畅。
界面完全覆盖研华工控PPC-3120平板电脑显示屏, 背景浅色, 控件亮色, 颜色使用清晰分明, 总体颜色不超过四种, 符合界面的美观性。
三、总结
经测试, 平板显示屏光学检测系统的人机界面简洁美观、逻辑严谨、功能完善、控制方便、交互感强, 完全符合现场操作环境。
相比于传统的软件测试方法, 在工业用途人机界面的测试方面, MFQ测试分析法更具有测试导向意义, 帮助团队更合理地对软件测试工作进行分配。同时, MFQ需要团队每个成员参与完成测试点的梳理, 这不是一次性过程, 需要在迭代中针对任务完成情况以及风险点进行及时纠正及完善, 以保证软件测试的需要。
摘要：工控机人机界面对工业生产线硬件控制具有较高的要求。良好的人机界面能保证软件使用方便, 控制精确, 简单易用等特点, 从而保证生产安全。本文以平板显示屏自动光学检测系统的人机界面软件为测试目标, 采用MFQ分析法, 给出了工业机人机界面的测试方法。
关键词：MFQ,人机界面,软件测试
参考文献
[1] 刘美津, 党学明, 李洋.平板检测系统直线电机运动平稳性研究[J].制造业自动化, 2017, 39 (3) :77-81.
[2] 张新华, 何永前.软件测试方法概述[J].科技视界, 2012 (16) :125-125.
[3] 谷师泉, 李姝丽, 杨军, 等.火控软件的人机界面测试方法[J].火力与指挥控制, 2007, 32 (6) :113-116.
人机界面范文第4篇
一般而言人机的交互界面中, 整个系统中所需要的硬件主要是两部分:客户端以及终端得分服务器, 机器物件是其终端服务器的主要承载着, 由整个机械的本体设计, 驱动机器运作的驱动系统, 和最为关键的观察操作的环境的摄像机充当的是机器物件的双眼功能。这是一些主要的重要设备, 同时还伴有一些其他性的辅助性设备。对于机器物件实现像人一样的操作功能还有赖于借助无线网络实现远程的触屏通讯对机器物件的远程指挥操作。其中触屏式设备的作用对是对机械物件现场操作的的相关信息反馈回来, 呈现在触屏设备的图面上, 针对反馈回来的信息可以方便后台的操作人员针对现场操作的情况对远程机器物件实施操控, 借助在触屏平面上输入相关的控制指令, 达到对机器物件的控制。同时借助触屏设备还可以很方便的实施一些较为特殊性的操作控制。不难理解无线网络的通讯功能就是为了方便的实现人对于现场的操作机器物件实现远程遥控, 同时还负责控制现场各种信息传输与反馈, 方便操作人员具体了解现场操作的情况, 及时做出恰当准确的决策, 一般进行传输的主要内容是大部分是现场操作的视屏信息, 这种情况下的传输对于无线网络的通讯质量有着极高的要求, 稍有不慎就可能影响后天的指挥人员作出错误的预判, 所以尽可能的保持无线网络高质量的工作运转[1]。最后机器物件主要是进行执行任务的操作执行者, 结合终端远程发过来的控制信息, 独立完成执行任务的同时, 还需要对周边的现场施工操作环境进行监督收集, 再将其内容发送回远程终端控制处, 为后台的指挥人员进行下一步的战略部署提供切实可行的战略依据。
2 关键性技术在人机交互界面中的重要作用
2.1 双目的视觉技术
这一技术的应用主要是为了较为准确的获得目标的三维坐标信息, 需要准备两台性能较好以及运行比较稳定的摄像机, 放置在平行平面上, 对摄像机实施安装与固定, 确定两台摄像机之间的焦距与基线, 一般对于焦距与基线这两个参数的具体确定可以通过双目摄像机的标定算法求的, 具体的算法一般现在较为普遍使用的是张正友先生倡导的标定算法, 比较科学合理。之后再进一步计算出空间点在两个摄像机成像平面上的投影图像坐标与像素点, 从而计算出所对应实物的具体三维坐标, 并最终以数组的形式将信息存储在计算机内存中[2]。需要注意的是之所以选择两个型号性能一样的双目摄像机, 就是尽可能保证实现两个实际参数较为接近的摄像头, 集成过约束装配在一个箱体上并进行封闭, 这样操作固定的主要目的就是为了最大限度上的防止发生振动, 而影响双目摄像头发生结构的变化, 使其尽可能的保证通过双目摄像头, 得到的标定外部参数的真实有效性。
2.2 提取目标的三维坐标
在机器人物件视野的范围内, 用户进行点取具体目标的操作时, 系统就自动可以通过对该点以及该点附近的区域所呈现的颜色特征作为前景特征, 之后在采用交互的漫水分割算法, 尽可能的将其区域内较为相似的像素进行区分分割, 将分割开的图像像素坐标投射到景深图像的区域之内, 从而得出该区域的实际深度值, 进一步得出所获取目标的三维坐标信息。
结束语
一般将数字图像可以看做是, 空间物体在二维平面上的实际映射, 但是通过利用双目摄像机, 可以尽可能的将二维图像中的局部三维信息, 进一步得到景深图像, 以比较自然的方式实现二维界面上的空间目标选取, 更进一步的提高了人机进行交互的效率。实现我国人机交互水平提升的同时, 更大限度上的发挥人机交互在实际应用中的价值。
摘要：一般针对手势或是语音等人为自然的操作控制方式容易造成歧义的产生以及编解码较为复杂的情况, 所以进一步提出基于触摸操作的人机协作的操作方法, 借助这种较为自然的方式实现人机的交互。其中涉及到的硬件基础主要有无线网络, 触摸屏设备以及双目摄像机等, 主要是在Android版本的框架之内实现人机远程的交互界面, 通过双目摄像机获得的图文图像借助无线网络通讯将其显示在触摸屏的移动设备上, 在有实际用户在二维界面上通过触摸进一步给出目标的三维坐标, 进一步实现驱动机器人操作作业, 大量实验证明这种界面可以支持用户像玩游戏一样达到对机器人的控制以及完成预设的任务, 提高人机互动的可操作性与准确性。
关键词：人机界面,触屏设备,设计
参考文献
[1] 刘佰鑫, 刘成良, 贡亮.基于触屏设备的人机交互界面设计[J].机电一体化, 2015, 21 (4) :45-47.
人机界面范文第5篇
大家好，今天我演讲的题目是‘小议选秀现象’
近年来，各种评选活动如同雨后春笋一般出现在全国观众面前。从2004年开始的‘超男超女’到现在热播的‘中国达人秀’，风起云涌的“选秀”已成为一个无法回避的社会热门现象。这引起了民众的广泛关注，由此也引发了对选秀节目背后的意义与价值的广泛思考。任何事物的发展都是有两面性的，在选秀节目热火潮流之下，我们也必须看到其利弊。
首先，选秀节目能给广大群众展现才能，发掘潜能的机会。在这个开放，摩登，信息化高速发展的时代，选秀节目让爱好艺术的群众有机会展现自己的才华给全国的观众朋友，让平日无处施展的才华和特长得到大众的认可，打破‘十年窗下无人问’的状态。并能让选手在与其他选手相对比相竞争的过程中更好地认识自我，不断地更正自我，从而发掘自己的潜能，增益其所不能。
其次，参加选秀节目可能会使选手得到锻炼。在选秀过程当中，选手将会面对很多的困难和考验，例如，回答主持人的问题，带动现场气氛，克服紧张感和比赛压力等。谢觉哉曾说过，困难不仅可以磨练我们的意志，还可以锻炼我们的身体。而这些考验都会使选手的交际能力，应变能力，抗压能力等能力得到锻炼，使选手自身能够终生受益。比赛中的成败能让选手反省自我、吸取教训，并重新审视自己，在比赛中得到磨砺。
然而任何事物都是有两面性的，正所谓月圆则亏，水满则溢，在选秀节目的光环之下，我们也必须看到它带来的不利影响。
第一，选秀可能会影响学习和工作。选秀是时下实现大家‘明星梦’的捷径，有许多青年人为此不惜放弃学业、辞掉工作。其中有的不能正确的认识自己，盲目追求。就以2006年超级女声 ‘长沙唱区’的8000多名参赛者来说，其中有几个是能出名的?有多少不但浪费了时间和金钱，还荒废了工作和学习?还有的学生为了给选手拉票，甚至不惜逃学上街派传单，疯狂地发手机短信。这些都严重影响了青少年的工作和学习。
第二，选秀节目可能会败坏社会风气，违背主流价值观。选秀节目倡导的是一条快速成为明星的“捷径”，倡导‘一夜成名’，许多青年被这种急功近利价值观所诱惑，导致思想尚未定型的青少年人放弃对知识的追求和对道德的崇尚，而更多地关注功名利禄。除此以外，在选秀节目当中，抹黑事件也层出不穷，一些组织或者个人以挖掘和曝光选手的隐私以及过去来支持自己喜欢的选手。这些现象都严重地败坏了社会风气，给整个社会和民众的价值观和认知带来错误的指向。
总的来说，在当今社会，选秀已经成为了一阵热潮，一种引人深思的现象。因此对于选秀这一现象，我们需要更多理性的分析和思考。不仅如此，在生活中，我们更需要去思考每一件事情背后的意义与价值，正确地对待生活中的现象和问题，做一个善于思考的人。
人机界面范文第6篇
摘要：
玻璃对于建筑来说是很重要的材料，成为绝大部分现代建筑不可或缺的一部分。建筑中玻璃与其他材料搭配组合，给人们带来不同的体验。
关键词：建筑；玻璃
由于玻璃的一些特性，使得玻璃广泛应用到了建筑之中。建筑对玻璃的要求是能够与人对环境的需求，建筑的外观，建筑的功能适应。但是在玻璃对于建筑的客观需要之外，在不同的时代，代表了不同的生产水平，体现出当时社会的意识形态，和对美的理解。
1140年左右起源于法国的哥特式建筑，建筑周身和内部多垂直方向线条，整体风格高耸挺拔。以尖顶，拱券，飞扶壁，柳叶窗，花窗玻璃和透视门等为主要元素。哥特式建筑这种特征形成的原因主要是因为中世纪的欧洲社会，神权高于一切。兴建教堂建筑往往集中当时的人力，物力，财力，所以当时建筑的精华，就要看教堂；欧洲盛产石材，哥特式建筑出现之前欧洲一直使用笨重的墙承重体系。这种墙承重体系的弊端是窗不能开得很大，因为墙要承重，如果把窗子做大了墙就容易塌，但是这时候有人发明了飞扶壁和扶壁，类似现代框架结构，这样就把墙体承重体系中部分解放了出来，可以挖洞作别用途；另外中世界是一个社会动荡，战争不断的年代，窗子做大了也不利于安全，所以我们看城堡外墙一圈无一例外的都是小窗户，大户人家的府邸也是一样，底层的墙很厚，窗子很小。但是教堂不一样，人们的心目中神权是神圣不可侵犯的，所以教堂是可以开大窗户不用担心的。人们在教堂里活动，抬头看到花窗上五彩缤纷的圣经故事接受教化，光线透过长长的花窗照进来，仿佛是天堂照下来的光芒，配合着垂直的线条，哥特教堂中玻璃的应用表现了宗教对人们神秘、哀婉、崇高的强烈情感。当时的彩色玻璃工艺是从阿拉伯人哪里学来的，以红色和蓝色为主，在传播教义的同时，有很高的艺术成就。
玻璃给建筑带来了新的结构。1851伦敦世博会英国作为主办国，主场馆的建筑方案却迟迟不能敲定，之后主办方因为建造英国馆时间不够而伤透脑筋。一名叫的英国皇家园艺师提出了一个可以迅速被搭建起来的建筑方案，它主要由钢铁骨架承重，玻璃围合，就好像一个巨型的花房。这栋房子在当时引起了很大轰动，大家很惊讶的发现，原来建筑也可以这么造，玻璃还可以造建筑。这种玻璃建筑的美感对当时的人们来说是从来没体验过的，人们出于对它的喜爱，把这个晶晶亮像水晶一样的建筑叫做“水晶宫”。我们也可以看到，这时人们思想得到巨大解放，社会变得民主开放。
空间层次感的产生来源于两个方面：客观上空间的组合方式以及主观上的视觉感受。玻璃在作为建筑表皮材料时，对于空间层次感的增强主要可通过以下二种方式实现：其一，玻璃表皮与主体结构拉开一定距离，构建过渡空间；其二，利用层叠方式，形成双重或多重视觉界面。其三，利用明暗对比强化空间的结构关系。其四，利用光影变化在单一空间中形成虚空间。
现代建筑的雏形，彼得.贝伦斯设计的德国通用电气透平机车间，设计手法摒弃了古典建筑复杂的线脚，华丽的装饰，巨大的屋檐，取而代之的是现代建筑特征，承重结构与围护体系区分明确，大面积使用玻璃，建筑风格简洁，开始重视人与周围环境的关系。说明当时社会已经趋向崇尚简洁实用的现代建筑，向往新的美学。
大概是受了老师彼得.贝伦斯的影响，密斯.凡.德.罗提出“少就是多”，与传统东方文化“寂”有点神似，追求的是一种意境美。密斯在1919年提出的希格拉姆大厦方案，是一个全玻璃幕墙的摩天大楼。通体玻璃的大楼在当时尚不多见，通体玻璃幕墙更是闻所未闻，玻璃可以在任何时间拉近建筑与环境的关系。比如傍晚时分晚霞照到大楼上，远看红色的天加上反射着红色晚霞的摩天大楼，总会令人驻足观望。再比如范斯沃斯住宅，就好像是自然中的一件玻璃艺术品，人们可以隐约透过建筑看到环境，随着光线或者环境的变化，欣赏到不一样的建筑的机理反射，非常自然。
在玻璃作为表皮材料使用时，主要是通过提高玻璃表皮的透明度以隐匿其实存感，最大程度的消除室内外界限并使二者在视觉上高度连续，从而营造出极具外向性和开放感的空间。空间的开放性，使身处其中的体验者视线不受表皮的阻隔，拥有宽阔而自由的视野。自然界中四季的变迁，一天之中时光的流逝都可被敏锐观察，生动变化的光影也赋予空间以丰富的表情。
密斯擅用钢结构和大片玻璃墙，几乎在其绝大部分作品中，二者都是最显眼的。建筑造型干净，由直线、直角、长方体组成，加上大面积玻璃应用，使密斯设计的建筑给人感觉纯净，没有任何多余的东西，结构部件暴露在外，少而精，每个部件都能起到重要作用，用最少的外墙面积，最少的部件，达到最大的使用与艺术效果。
位于法国巴黎塞纳河右岸的巴黎阿拉伯世界文化中心的南立面表皮，成为这座建筑的符号。透过玻璃幕墙看到的是阿拉伯传统图案的拼贴组合，实际上是由金属材料制成的可根据室外阳光强烈度而开闭的光控装置，他们夹嵌在双层玻璃中间，数据经过电脑分析后出送指令，统一控制这些金属装置开闭的大小。这一案例的成功之处在于赋予重要建筑符号功能，将二者很好地融合。
斯蒂文.霍尔曾经指出“光使得空间产生变化，形成不确定的状态。光在人的感觉与实存之间产生了一种暂时性的联系。”由于玻璃有透光性强、又能分割空间的特性，玻璃在作为表皮材料时，能够对于光线通过的形式进行控制，表达出建筑想要传达的精神。如勒.柯布西耶设计的朗香教堂，在厚重的墙体上不规则的开洞，并镶嵌彩色玻璃，在建筑内部营造出如梦境般的空间效果，企图给信众或游人以心灵的感化。再如安藤忠雄设计的光之教堂，运用基督教的十字架符号作为开窗形式，组织自然光投射到室内形成“光十字”，巧妙的利用了玻璃的特性诠释宗教的神圣。
当建筑身处城市历史保护区域，或建筑本身具备特殊文化意义时，如何对其所处人文环境进行回应就成为必须予以考虑的问题。特定的人文背景可能是深远的历史渊源、地方的文化传统、现存的古老建筑等。不同的方案设计中，实现玻璃表皮与人文环境契合的途径也不尽相同.
第一种方式为反衬，即为了达到新老建筑的对比差异的效果，利用充满现代感的玻璃和钢等作为表皮材料，以新老建筑巨大的视觉效果差异博人眼球。以巴黎卡地亚当代艺术基金会例，让努维尔一层玻璃墙面来填齐沿道路的建筑界面，与新建建筑两侧的旧建筑形成了强烈对比。再比如让努维尔的另外一个设计，布朗利河岸博物馆，该博物馆位塞纳河左岸，埃尔尔铁塔的北侧，周围遍布各个时期的历史建筑。努维尔以透明玻璃墙，使得这座现代博物馆与周围老建筑隔而不断，在历史环境中创造出独具个性的建筑形态，形成了引人注目的戏剧化场景。
第二种方式为创建视觉关联，即利用玻璃透视、反射等光学特性，呈现出周围建筑的虚像或赋予玻璃表皮系统以某种具有特定意义的符号，使之与人文背景相契合。如德国国会大厦玻璃穹顶的修复和重建。德国国会大厦穹顶于二战中被炸毁，诺曼福斯特用钢架和玻璃表皮作为材料，模仿被毁穹顶半球形的形式，既满足了功能的合理性，又创造了视觉的美感，又反映出此区域的历史文化背景。
第三种方式为材料置换，即利用玻璃代替传统材料构成建筑表皮，但在形式、尺度等方面仍模拟传统样式。以同济大学校史馆的改扩建为例，在保留原有建筑结构及形式的基础上，对于增建部分，建筑师采用玻璃幕墙代替了传统砖石材料构成了建筑的外墙及屋顶，从而实现对于传统表皮形式的延续与创新。
贝律铭在法国卢浮宫博物馆扩建工程为例。卢浮宫原建于1546年，作为博物馆开放是在1793年，由于时代的发展，原有建筑已不能满足博物馆的需求。在卢浮宫广场扩建时，贝律铭用钢结构玻璃幕墙勾勒出一座玻璃金字塔，在几何形态上形成与原建筑群的呼应关系。现代材料的应用使新建部分与原建筑区分明确，透明开放的界面让玻璃金字塔不再是权利的标志转而成为民主与开放的象征，玻璃金字塔形式对于室内自然采光和通风也产生了很好的促进作用。由此，玻璃表皮的应用不仅实现了建筑形态与功能的更新，也使得历史建筑获得了鲜明的时代特征。
【参考文献】
[1]陈志华.外国建筑史[M].北京：中国建筑工业出版，2004
[2]常乐.玻璃作为建筑表皮材料的表现力研究，西南交通大学硕士论文[D]. 2011（11）
【图片来源】
[1]米兰主教堂花窗.作者拍摄
[2]德国通用电气透平机车间.网络
[3]范斯沃斯住宅.网络
[4]阿拉伯世界文化中心.作者拍摄
[5]光之教堂.网络
[6]巴黎卡地亚当代艺术基金会.作者拍摄
[7]同济大学校史馆.作者拍摄
[8]卢浮宫广场前的玻璃金字塔.作者拍摄
【作者单位：上海大学】