用戶界面(User Interface，簡稱UI)，又稱人機界面或使用者界面，是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算機系統的重要組成部分。是系統和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。凡參與人機信息交流的領域都存在著用戶界面。
 

 

　　目錄

　　1、基本概念

　　2、人機交互

　　3、圖形用戶界面

　　4、人機交互與用戶界面的關系

　　5、設計原則

　　6、設計過程

　　7、組成部分

　　8、使用方法

　　9、發展趨勢

　　10、主要性能

　　11、故障處理

　　基本概念：

　　用戶界面是指人和機器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領域或稱界面所說人機結合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機器的硬接觸和軟觸，此結合面不僅包括點線面的直接接觸，還包括遠距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機結合面是人機系統中的中心一環節，主要由安全工程學的分支學科安全人機工程學去研究和提出解決的依據，并過安全工程設備工程學，安全管理工程學以及安全系統工程學去研究具體的解決方法手段措施安全人機學。它實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。凡參與人機信息交流的領域都存在著用戶界面。大量運用在工業與商業上，簡單的區分為“輸入”(Input)與“輸出”(Output)兩種，輸入指的是由人來進行機械或設備的操作，如把手、開關、門、指令(命令)的下達或保養維護等，而輸出指的是由機械或設備發出來的通知，如故障、警告、操作說明提示等，好的人機接口會幫助使用者更簡單、更正確、更迅速的操作機械，也能使機械發揮最大的效能并延長使用壽命，而市面上所指的人機接口則多界狹義的指在軟件人性化的操作接口上。

　　特定行業的用戶界面可能有特定的定義和分類，比如工業用戶界面(Industrial Human-machine Interface或簡稱Industrial HMI)。

　　人機交互：

　　人機交互、人機互動(Human-Computer Interface，簡寫HCI，又稱用戶界面或使用者界面)：是一門研究系統與用戶之間的互動關系的學問。系統可以是各種各樣的機器，也可以是計算機化的系統和軟件。人機交互界面通常是指用戶可見的部分。用戶通過人機交互界面與系統交流，并進行操作。小如收音機的播放按鍵，大至飛機上的儀表板、或是發電廠的控制室。

　　人機交互(Human-Computer Interaction，簡寫HCI)：是研究關于設計、評價和實現供人們使用的交互計算系統以及有關這些現象進行研究的科學。

　　人機交互與用戶界面是兩個有著緊密聯系而又不盡相同的概念。

　　圖形用戶界面：

　　圖形用戶界面是一種人與計算機通信的界面顯示格式，允許用戶使用鼠標等輸入設備操縱屏幕上的圖標或菜單選項，以選擇命令、調用文件、啟動程序或執行其它一些日常任務。與通過鍵盤輸入文本或字符命令來完成例行任務的字符界面相比，圖形用戶界面有許多優點。圖形用戶界面由窗口、下拉菜單、對話框及其相應的控制機制構成，在各種新式應用程序中都是標準化的，即相同的操作總是以同樣的方式來完成，在圖形用戶界面，用戶看到和操作的都是圖形對象，應用的是計算機圖形學的技術。

　　GUI 即人機交互圖形化用戶界面設計?？v觀國際相關產業在圖形化用戶界面設計方面的發展現狀，許多國際知名公司早已意識到 GUI 在產品方面產生的強大增值功能，以及帶動的巨大市場價值，因此在公司內部設立了相關部門專門從事 GUI 的研究與設計，同業間也成立了若干機構，以互相交流 GUI 設計理論與經驗為目的。隨著中國 IT 產業，移動通訊產業，家電產業的迅猛發展，在產品的人機交互界面設計水平發展上日顯滯后，這對于提高產業綜合素質，提升與國際同等業者的競爭能力等等方面無疑起了制約的作用。

　　GUI的廣泛應用是當今計算機發展的重大成就之一，它極大地方便了非專業用戶的使用。人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是可以通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地進行操作。而嵌入式GUI具有下面幾個方面的基本要求：輕型、占用資源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特點。

　　人機交互與用戶界面的關系：

　　人機交互是指人與機器的交互，本質上是人與計算機的交互?；蛘邚母鼜V泛的角度理解：人機交互是指人與含有計算機的機器的交互。具體來說，人機交互用戶與含有計算機機器之間的雙向通信，以一定的符號和動作來實現，如擊鍵，移動鼠標，顯示屏幕上的符號/圖形等。這個過程包括幾個子過程：識別交互對象-理解交互對象-把握對象情態-信息適應與反饋等;而用戶界面是指用戶與含有計算機的機器系統之間的通信媒體或手段，是人機雙向信息交互的支持軟件和硬件。這里界面定義為通信的媒體或手段，它的物化體現是有關的支持軟件和硬件，如帶有鼠標的圖形顯示終端等。

　　交互是人與機-環境作用關系/狀況的一種描述。界面是人與機-環境發生交互關系的具體表達形式。交互是實現信息傳達的情境刻畫，而界面是實現交互的手段。在交互設計子系統中，交互是內容/靈魂，界面是形式/肉體;然而在大的產品設計系統中，交互和界面，都只是解決人機關系的一種手段，不是最終目的，其最終目的是解決和滿足人的需求。

　　交互設計是從屬于產品系統的，是對成功的產品設計的一種強有力的支持與完善。

　　如果利用系統論的觀點，交互設計是從屬于產品設計系統的子系統。
 

 

　　設計原則：

　　用戶界面設計應該考慮以下原則。

　　5.1、以用戶為中心的基本設計原則

　　在系統的設計過程中，設計人員要抓住用戶的特征，發現用戶的需求。在系統整個開發過程中要不斷征求用戶的意見，向用戶咨詢。系統的 設計決策要結合用戶的工作和應用環境，必須理解用戶對系統的要求。最好的方法就是讓真實的用戶參與開發，這樣開發人員就能正確地了解 用戶的需求和目標，系統就會更加成功。

　　5.2、順序原則

　　即按照處理事件順序、訪問查看順序(如由整體到單項，由大到小，由上層到下層等)與控制工藝流程等設計監控管理和人機對話主界面及 其二級界面。

　　5.3、功能原則

　　即按照對象應用環境及場合具體使用功能要求，各種子系統控制類型、不同管理對象的同一界面并行處理要求和多項對話交互的同時性要求 等，設計分功能區分多級菜單、分層提示信息和多項對話欄并舉的窗口等的人機交互界面，從而使用戶易于分辨和掌握交互界面的使用規律和 特點，提高其友好性和易操作性。

　　5.4、一致性原則

　　包括色彩的一致，操作區域一致，文字的一致。即一方面界面顏色、形狀、字體與國家、國際或行業通用標準相一致。另一方面界面顏色、 形狀、字體自成一體，不同設備及其相同設計狀態的顏色應保持一致。界面細節美工設計的一致性使運行人員看界面時感到舒適，從而不分散 他的注意力。對于新運行人員，或緊急情況下處理問題的運行人員來說，一致性還能減少他們的操作失誤。

　　5.5、頻率原則

　　即按照管理對象的對話交互頻率高低設計用戶界面的層次順序和對話窗口萊單的顯示位置等，提高監控和訪問對話頻率。

　　5.6、重要性原則

　　即按照管理對象在控制系統中的重要性和全局性水平，設計用戶界面的主次菜單和對話窗口的位置和突顯性，從而有助于管理人員把握好控 制系統的主次，實施好控制決策的順序，實現最優調度和管理。

　　5.7、面向對象原則

　　即按照操作人員的身份特征和工作性質，設計與之相適應和友好的用戶界面。根據其工作需要，宜以彈出式窗口顯示提示、引導和幫助信息 ，從而提高用戶的交互水平和效率。

　　人機交互界面，無論是面向現場控制器還是面向上位監控管理，兩者是有密切內在聯系的，他們監控和管理的現場設各對象是相同的，因此 許多現場設備參數在他們之間是共享和相互傳遞的。用戶界面的標準化設計應是未來的發展方向，因為它確實體現了易憧、簡單、實用的基木 原則，充分表達了以人為本的設計理念。各種工控組態軟件和編程工具為制作精美的人機交互界面提供了強大的支持手段，系統越大越復雜越 能體現其優越性。

　　設計過程：

　　用戶界面的設計過程可分為以下幾個步驟：

　　6.1、創建系統功能的外部模型設計模型主要是考慮軟件的數據結構、總體結構和過程性描述，界面設計一般只作為附屬品，只有對用戶的情況(包括年齡、性別、心理情況、文化程度、個性、種族背景等)有所了解，才能設計出有效的用戶界面;根據終端用戶對未來系統的假想(簡稱系統假想)設計用戶模型，最終使之與系統實現后得到的系統映象(系統的外部特征)相吻合，用戶才能對系統感到滿意并能有效的使用它;建立用戶模型時要充分考慮系統假想給出的信息，系統映象必須準確地反映系統的語法和語義信息。總之，只有了解用戶、了解任務才能設計出好的用戶界面。

　　6.2、確定為完成此系統功能人和計算機應分別完成的任務

　　任務分析有兩種途徑。一種是從實際出發，通過對原有處于手工或半手工狀態下的應用系統的剖析，將其映射為在用戶界面上執行的一組類似的任務;另一種是通過研究系統的需求規格說明，導出一組與用戶模型和系統假想相協調的用戶任務。

　　逐步求精和面向對象分析等技術同樣適用于任務分析。逐步求精技術可把任務不斷劃分為子任務，直至對每個任務的要求都十分清楚;而采用面向對象分析技術可識別出與應用有關的所有客觀的對象以及與對象關聯的動作。

　　6.3、考慮界面設計中的典型問題

　　設計任何一個機界面，一般必須考慮系統響應時間、用戶求助機制、錯誤信息處理和命令方式四個方面。系統響應時間過長是交互式系統中用戶抱怨最多的問題，除了響應時間的絕對長短外，用戶對不同命令在響應時間上的差別亦很在意，若過于懸殊用戶將難以接受;用戶求助機制宜采用集成式，避免疊加式系統導致用戶求助某項指南而不得不瀏覽大量無關信息;錯誤和警告信息必須選用用戶明了、含義準確的術語描述，同時還應盡可能提供一些有關錯誤恢復的建議。此外，顯示出錯信息時，若再輔以聽覺(鈴聲)、視覺(專用顏色)刺激，則效果更佳;命令方式最好是菜單與鍵盤命令并存，供用戶選用。

　　6.4、借助CASE工具構造界面原型，并真正實現設計模型軟件模型一旦確定，即可構造一個軟件原形，此時僅有用戶界面部分，此原形交用戶評審，根據反饋意見修改后再交給用戶評審，直至與用戶模型和系統假想一致為止。一般可借助于用戶界面工具箱(Userinterfacetoolkits)或用戶界面開發系統(Userinterfacedevelopmentsystems)提供的現成的模塊或對象創建各種界面基本成分的工作。

　　6.5、在用戶界面分析設計中所要考慮的人文因素主要包括以下內容：

　　1)人機匹配性：用戶是人，計算機系統作為人完成任務的工具，應該使計算機和人組成的人機系統很好地匹配工作;如果有矛盾，應該讓計算機去適應人，而不是人去適應計算機;

　　2)人的固有技能：作為計算機用戶的人具有許多固有的技能。對這些能力的分析和綜合，有助于對用戶所能勝任的，處理用戶界面的復雜程度，以及用戶能從界面獲得多少知識和幫助，以及所化費的時間做出估計或判斷;

　　3)人的固有弱點：人具有遺忘、易出錯、注意力不集中、情緒不穩定等固有弱點。設計良好的用戶界面應盡可能減少用戶操作使用時的記憶量，應力求避免可能發生的錯誤;

　　4)用戶的知識經驗和受教育程度：使用計算機用戶的受教育程度，決定了他對計算機系統的知識經驗;

　　5)用戶對系統的期望和態度。

　　組成部分：

　　7.1、桌面

　　在啟動時顯示，也是界面中最底層，有時也指代包括窗口、文件瀏覽器在內的“桌面環境”。在桌面上由于可以重疊顯示窗口，因此可以實現多任務化。一般的界面中，桌面上放有各種應用程序和數據的圖標，用戶可以以此開始工作。桌面與既存的文件夾構成里面相違背，所以要以特殊位置的文件夾的參照形式來定義內容。比如在微軟公司的Windows XP系統中，各種用戶的桌面內容實際保存在系統盤(默認為C盤)：Documents and Settings[用戶名]桌面 文件夾里。

　　墻紙，即桌面背景?？梢栽O置為各種圖片和各種附件，成為視覺美觀的重要因素之一。

　　7.2、視窗

　　應用程序為使用數據而在圖形用戶界面中設置的基本單元。應用程序和數據在窗口內實現一體化。在窗口中，用戶可以在窗口中操作應用程序，進行數據的管理、生成和編輯。通常在窗口四周設有菜單、圖標，數據放在中央。

　　在窗口中，根據各種數據/應用程序的內容設有標題欄，一般放在窗口的最上方，并在其中設有最大化、最小化(隱藏窗口，并非消除數據)、最前面、縮進(僅顯示標題欄)等動作按鈕，可以簡單地對窗口進行操作。

　　7.3、單一文件界面

　　在窗口中，一個數據在一個窗口內完成的方式。在這種情況下，數據和顯示窗口的數量是一樣的。若要在其他應用程序的窗口使用數據，將相應生成新的窗口。因此窗口數量多，管理復雜。

　　7.4、多文件界面

　　在一個窗口之內進行多個數據管理的方式。這種情況下，窗口的管理簡單化，但是操作變為雙重管理。

　　7.5、標簽

　　多文件界面的數據管理方式中使用的一種界面，將數據的標題在窗口中并排，通過選擇標簽標題顯示必要的數據，這樣使得接入數據方式變得更為便捷。

　　上述中，多文件界面主要是微軟視窗系統采用。而在其他環境中，通常多是單文件界面，所以無所謂單一/多文件界面的稱呼問題。

　　7.6、菜單

　　將系統可以執行的命令以階層的方式顯示出來的一個界面。一般置于畫面的最上方或者最下方，應用程序能使用的所有命令幾乎全部都能放入。重要程度一般是從左到右，越往右重要度越低。命定的層次根據應用程序的不同而不同，一般重視文件的操作、編輯功能，因此放在最左邊，然后往右有各種設置等操作，最右邊往往設有幫助。一般使用鼠標的第一按鈕進行操作。

　　7.7、即時菜單(又稱功能表)

　　與應用程序準備好的層次菜單不同，在菜單欄以外的地方，通過鼠標的第二按鈕調出的菜單稱為“彈出菜單”。根據調出位置的不同，菜單內容即時變化，列出所指示的對象可以進行的操作。

　　7.8、圖標

　　顯示在管理數據的應用程序中的數據，或者顯示應用程序本身。

　　數據管理程序，即在文件夾中用戶數據的管理、進行特定數據管理的程序的情況下，數據通過圖標顯示出來。通常情況下顯示的是數據的內容或者與數據相關聯的應用程序的圖案。另外，點擊數據的圖標，一般可以之間完成啟動相關應用程序以后再顯示數據本身這兩個步驟的工作。

　　應用程序的圖標只能用于啟動應用程序。

　　7.9、按鈕

　　菜單中，利用程度高的命令用圖形表示出來，配置在應用程序中，成為按鈕。

　　應用程序中的按鈕，通常可以代替菜單。一些使用程度高的命令，不必通過菜單一層層翻動才能調出，極大提高了工作效率。但是，各種用戶使用的命令頻率是不一樣的，因此這種配置一般都是可以由用戶自定義編輯。

　　使用方法：

　　明確監控任務要求，選擇適合的HMI產品;

　　在PC機上用畫面組態軟件編輯“工程文件”;

　　測試并保存已編輯好的“工程文件”;

　　PC機連接HMI硬件，下載“工程文件”到HMI中;

　　連接HMI和工業控制器(如PLC、儀表等)，實現人機交互。

　　發展趨勢：

　　中國用戶界面市場的發展現狀

　　中國是全球用戶界面需求量最大的市場，但卻不是全球用戶界面產品銷售額最高的市場，這說明，低端用戶界面用戶在中國占有很大的份額。近些年來民族品牌的迅速發展，采取低價格等策略，正在大舉進攻低端市場，在國內已經占據了低端市場的優勢地位，贏得了廣大用戶的認可。國際品牌也在逐漸研發其經濟型產品，以搶占低端市場的份額。因此，由于在低端市場的穩扎穩打，國內的用戶界面廠商整體業績呈現出快速增長的狀態。

　　用戶界面不再是單純的顯示和控制

　　國內的自動化產業，一些原本不用用戶界面的行業，也開始使用用戶界面了，這說明用戶界面已經成為客戶體驗的不可缺少的一部分，用戶界面的用戶界面能更好地反映出設備和流程的狀態，并通過視覺和觸摸的效果，帶給客戶更直觀的感受。

　　用戶界面未來的發展趨勢：

　　有些機械行業，比如說機床、紡織機械、電子設備等行業，在國內已經發展有幾十年的歷史了，相對來說屬于比較成熟的行業，從長遠看，這些行業還存在著設備升級換代的需求。在這個升級換代的過程中，確實會有一些小的、一直使用比較低端產品的廠家被淘汰掉，但也有很多企業在設備更新過程中，將需求重新定位，去尋找那些能夠符合他們發展計劃，幫助他們提高自身生產力的設備供應商。

　　鑒于這種需求，以后用戶界面的改變，將在形狀上、觀念上、應用場合等方面都有所改變，從而帶來工控機核心技術的一次次變革?？傮w來講，用戶界面的未來發展趨勢是六個現代化：平臺嵌入化、品牌民族化、設備智能化、界面時尚化、通訊網絡化和節能環保化。
 

 

　　主要性能：

　　設計目標一致

　　軟件中往往存在多個組成部分(組件、元素)。不同組成部分之間的交互設計目標需要一致。

　　例如：如果以電腦操作初級用戶作為目標用戶，以簡化界面邏輯為設計目標，那么該目標需要貫徹軟件(軟件包)整體，而不是局部。

　　元素外觀一致

　　交互元素的外觀往往影響用戶的交互效果。同一個(類)軟件采用一致風格的外觀，對于保持用戶焦點，改進交互效果有很大幫助。遺憾的是如何確認元素外觀一致沒有特別統一的衡量方法。因此需要對目標用戶進行調查取得反饋。

　　交互行為一致

　　在交互模型中，不同類型的元素用戶觸發其對應的行為事件后，其交互行為需要一致。

　　例如：所有需要用戶確認操作的對話框都至少包含確認和放棄兩個按鈕。

　　對于交互行為一致性原則比較極端的理念是相同類型的交互元素所引起的行為事件相同。但是我們可以看到這個理念雖然在大部分情況下正確，但是的確有相反的例子證明不按照這個理念設計，會更加簡化用戶操作流程。

　　可理解

　　軟件要為用戶使用，用戶必須可以理解軟件各元素對應的功能。

　　如果不能為用戶理解，那么需要提供一種非破壞性的途徑，使得用戶可以通過對該元素的操作，理解其對應的功能。

　　例如：刪除操作元素。用戶可以點擊刪除操作按鈕，提示用戶如何刪除操作或者是否確認刪除操作，用戶可以更加詳細的理解該元素對應的功能，同時可以取消該操作。

　　可達到

　　用戶是交互的中心，交互元素對應用戶需要的功能。因此交互元素必須可以被用戶控制。

　　用戶可以用諸如鍵盤、鼠標之類的交互設備通過移動和觸發已有的交互元素達到其它在此之前不可見或者不可交互的交互元素。

　　要注意的是交互的次數會影響可達到的效果。當一個功能被深深隱藏(一般來說超過4層)那么用戶達到該元素的幾率就大大降低了。

　　可達到的效果也同界面設計有關。過于復雜的界面會影響可達到的效果。(參考簡單導向原則)

　　可控制

　　軟件的交互流程，用戶可以控制。

　　控制功能的執行流程，用戶可以控制。

　　如果確實無法提供用戶控制，則用能被目標用戶理解的方式提示用戶。

　　故障處理：

　　11.1、用戶界面無響應，按觸摸任何部位都無響應。

　　處理方法：遇到這種情況，首先檢查各接線接口是否出現松動，然后檢查串口及中斷號是否有沖突，如果是由于沖突引起的，那么應調整資源，避開沖突。

　　其次，檢查用戶界面表面是否出現裂縫，如發現有裂縫應及時更換。此外，還需要檢查用戶界面表面是否有塵垢，若有，用軟布進行清除。觀察檢查控制盒上的指示燈是否工作正常，正常時，指示燈為綠色，并且閃爍。

　　如果上面的部分均正常，可用替換法檢查用戶界面，先替換控制盒，再替換觸摸屏，最后替換主機。

　　11.2、用戶界面正常但電腦不能操作。一臺用戶界面，經試驗其本身一切正常，但接上主機后，電腦不能操作。

　　處理方法：對于這種情況，原因有二。其一，可能是用戶界面驅動程序版本過低，需要安裝最新的驅動程序。其二，可能是在主機啟動裝載用戶界面驅動程序之前，用戶界面控制卡接收到操作信號，只需重新斷電后，再啟動計算機即可。

　　11.3、觸摸不準。一臺表面聲波用戶界面，用手指觸摸顯示器屏幕的部位不能正常地完成對應的操作。

　　處理方法：這種現象有2種原因。第一種可能是聲波屏的反射條紋受到輕微破壞，如果遇到這種情況則將無法完全修復;第二種可能是聲波用戶界面在使用一段時間后，屏四周的反射條紋上面被灰塵覆蓋，可用一塊干的軟布進行擦拭，然后斷電、重新啟動計算機并重新校準。