为精密自动化和运动控制系统创建自定义人机界面（HMI），使开发人员能够提供最具针对性的用户体验。不过，从头开始构建自定义HMI可能既乏味又耗时。在工期紧迫时，开发者可能被迫妥协，采用通用型开发工具方案，但此类"一刀切"方案常导致界面与用户需求失配，且新用户学习曲线陡峭。

    值得庆幸的是，现代HMI开发工具的功能进化已大幅降低此类妥协的必要性。通过选择具备适配功能的HMI开发工具，开发者既可加速开发流程、降低错误率，又能精准满足不同终端用户需求。

01 加快HMI创建时间

    一些HMI工具功能可以加快开发速度。当该工具与用户首选的自动化或运动控制环境紧密集成时，用户可以通过快速访问“内置”控制器功能来节省时间。这些功能通常包括从控制器到应用层的错误处理或回调。其它可以增强开发人员机器控制能力的控制器编程功能包括库、带返回的函数、结构、复杂数组以及保护开发人员知识产权的功能。从HMI（如软件按钮和其它运行人员输入）访问这些编程功能是提供强大解决方案的关键。

    此外，专为精密自动化和运动控制应用而设计的HMI开发工具可能具有多种优势，例如直接控制运动轴、检查和可视化数据系统生成的数据、I/O状态监控以及简单地集成其他自动化设备（如摄像头和传感器）。

    选择采用模块化方法的工具也可以节省开发时间。对开发人员来说，模块化方法是一种强大而熟悉的方法。模块化方法允许用户逐一关注其HMI的特定区域和功能。开发人员可以对HMI的特定区域进行更改，而不会在系统的其它部分引入错误。虽然某些HMI开发工具标榜模块数量，但更重要的是评估现有模块对应用的适配程度。此外，工具提供的预配置布局将决定可交付给用户的HMI布局种类及实现速度。在有些情况下，完全灵活性反而可能导致混乱和糟糕的用户体验。最佳选择是支持简洁易懂的HMI布局工具，而非复杂混乱的布局。图1展示了采用易用拖放式方法构建HMI的示例。

▲图中所示为Automation1 MachineApp使用的自定义的拖放模块方法。MachineApp HMI开发环境可以与Automation1控制器集成，以发出实时命令。

    应用品牌标准可能需要时间。一些工具可以轻松添加配色方案、图标和背景图形，从而加快创建符合用户品牌的HMI界面速度。节省这些时间使开发者能专注于开发流程中其他关键环节。

02 灵活部署正确的HMI解决方案

    一些开发人员尚未采用更结构化的HMI开发工具，因其担忧失去灵活性。但这种担忧可能并不需要。关键在于工具是否具备交付所需HMI的功能与灵活度。结构化HMI工具种类与工具集的增加，显著提升了适配解决方案的可获得性。由于不同工具聚焦特定市场与应用领域，开发人员应选择包含正确模块组及配置方案的HMI开发工具。

    对于精密自动化和运动控制应用，机器和系统通常需要摄像头、数据可视化、I/O监控以及其它一系列自定义功能，操作人员通常可以通过简单的按钮和消息输入框来访问这些功能。用户通信在此应用中也很重要，因此HMI需要具有显示消息、报警和其它自定义指示器的功能。因此，精密自动化和运动控制的首选工具需要具有用于相机集成、3D绘图、I/O监控、可编程按钮和运行人员指示等项目的标准模块。

   每个模块的访问灵活性也很重要。例如，在某些应用中，可能需要限制运行人员对某些程序功能的访问。在这种情况下工作，可能需要由按钮和有限制的数据可视化工具组成的HMI（图2）。

▲为通用操作员创建的自定义HMI。限制功能可以简化过程，从而缩短总体入职时间，并减少了用户出错的机会。

    不过，高级用户可能需要具有更多特性和功能的不同HMI。针对这类用户的HMI示例可能需要包括访问编程模块、编辑数据可视化工具视图、跟踪I/O和点动机器轴的功能（图3）。

▲为高级用户开发的自定义HMI。有权访问此HMI页面的用户需要在计算机上运行和调试多个进程。

    通过限制用户可以做什么并引导其采取正确的行动，模块化定制带了了另一个关键优势。这类工具使开发人员能够灵活地将不同模块和HMI配置，例如仅显示特定类型的反馈或仅限于特定轴微动数据的可视化工具，以适应不同的操作员角色。

    例如，开发人员可以创建一个HMI，引导用户沿着特定于用户需求的预期路径前进，比如在某些条件下打开或关闭HMI的某些部分。通过可定制的按钮和指示器，开发人员可以在其过程中的任何给定状态下，启用特定于用户需求的功能。

    HMI开发人员的需求很广泛，虽然预封装模块是满足这些需求的一种可能方式，但自定义模块和标准模块的混合界面可能更有用。允许开发人员编写自定义模块的HMI工具提供了更多的灵活性，而不会牺牲HMI工具的其它好处。这些定制模块可以通过多种方式交付。

   在最灵活的方法中，开发人员可以在.NET—支持完全自定义—中创建模块。在比较HMI工具时，应该研究如何处理定制——有些工具只包括预封装的软件工具，可能无法集成第三方工具。

03 根据运营角色来设置对HMI的访问权限

    虽然基于状态的控制和可编辑模块等工具允许开发人员引导用户正确的操作机器，但他们无法阻止用户使用其不应访问的工具。即使没有恶意，拥有不必要权限的用户也可能采取导致灾难性结果的行动。在评估HMI工具访问控制功能的强度时，开发人员应考虑是否可以根据其所关注的领域将用户限制在特定的HMI功能范围内，因为这可以降低风险（图4）。

▲Automation1中的访问控制。此界面受密码保护，允许管理员限制哪些MachineApp HMI页面对其它人可见。

    访问控制可以采取密码保护、身份验证或第三方身份验证应用的形式。适当限制访问权限有助于开发人员防止机器停机，并降低因可避免的用户错误而需要技术专家介入的可能性。

    利用具有自定义模块和访问控制功能的HMI开发工具，工程团队可以有效管理设计和开发的权衡。机器制造商不应放弃为其部署的每台机器或系统提供自定义的HMI。有了正确的工具，就有可能改进机器的HMI，帮助最终用户减少错误并加快工作速度。

    关键概念： 

    ■ 选择具有合适功能的HMI工具可以加快开发速度，最大限度地减少错误，并有效满足各种用户需求。

    ■ 模块化HMI工具允许开发人员专注于特定领域，在不引入系统错误的情况下实施改善。

    思考一下： 

    自定义HMI如何改善您的运营管理？

    ▲本文来自于控制工程中文版杂志（CONTROL ENGINEERING China）2025年03月刊《技术进展》栏目：使用适合的开发工具部署自定义HMI