簡述人機界面和數據可視化UI的設計

由于工業數據量呈指數級增長，人機界面正在提供改進的數據可視化和敘事工具，以更好的支持智能自動化和戰略決策的制定。

在很多行業，都可以聽到這么一句話：“數據就是金錢”。據世界經濟論壇稱，到2025年，全球每天產生的數據量預計將達到483艾字節。

在我們的日常生活中，通過搜索引擎搜索信息或訪問智能手機時，都會產生數據。據Global Market Insights估計，到2026年，在工業自動化領域，工業傳感器的出貨量將超過30億個。工業傳感器的日益普及，以及先進的控制器和數據采集平臺，正在以驚人的速度實現實時數據收集，數據量呈現指數級的增長。

然而，單單收集數據是不夠的，還需要通過情境將其可視化為有用信息，以便快速輕松地進行解釋。有價值的信息可以讓用戶形成概念、發現模式和異常，并得出結論。如今，隨著從傳感器、控制器、IIoT設備和其它系統接收到的數據越來越多，先進的數據可視化變得至關重要。

相較于文本或其它類型的數據，人類大腦更擅長處理視覺數據，并且人類大腦也更擅長記住故事和視覺效果，而不是基于文本的信息，因此以這種格式提供的信息至關重要。

不斷優化的界面設計

一些用戶界面(UI)和數據可視化設計趨勢，開始影響工業自動化，包括使用真實圖片、美學極簡主義和復雜的排版等概念。本地人機界面(HMI)、監控和數據采集(SCADA)系統以及整體設備效率(OEE)顯示，這一切都需要有效的UI，并呈現高級分析和預測性維護的結果。這些UI需要吸引運行人員的注意力，因此需要直觀并允許快速解釋的數據，以便采取行動。

微軟的一項研究表明，在2000年，人類的平均注意力持續時間為12秒，而到2013年，這一時間下降到8秒。因此，設計人員在創建數據可視化時，必須結合預先注意的屬性，以便運行人員無需過度專注于屏幕信息。

前注意（Pre-attentive）屬性是指我們的大腦以毫秒為單位處理的屬性，例如顏色、形式、空間定位和運動。

**顏色。**顏色可以增強或分散數據可視化信息的注意力。HMI設計標準ISA-101建議謹慎使用顏色，主要用于表示異?；虍惓顟B。情境意識方法（在設計屏幕和儀表盤時讓用戶意識到情境）也提倡謹慎使用顏色和形狀，以確保運行人員將注意力放在可操作的數據上。

在使用顏色進行數據可視化時，專家們還主張在了解所選調色板的文化含義的情況下，保持一致、有效地使用顏色。顏色的含義，會隨著文化的不同或顏色偏見而有所不同。例如，在西方文化中，紅色常被用來表示警告或危險，而在中國，紅色則代表好運和成功。因此，在設計數據可視化屏幕時，需要結合所傳達信息的情境來考慮顏色的影響。應該有目的地使用顏色，來引起對部分數據的注意或用于突出顯示，或者區分不同的數據點。

亮度與顏色有關，而深色數據儀表板（尤其是帶有柔和色或霓虹色調色板的深色背景）越來越受歡迎，其靈感來自《星球大戰》等未來派電影和Apple等主要品牌。深色數據儀表板可以延長顯示設備的電池壽命，減少眼睛疲勞，并根據當前光線條件自動調整亮度，便于在黑暗環境中使用，更符合視覺人體工程學。由于這些和其他優勢，現在深色數據儀表盤比淺色主題的儀表盤使用得更多（見圖1）。

**▎**圖1：深色HMI儀表板比淺色更流行，但應始終有目的地使用顏色，并考慮最終用戶的期望。

形式。 形式適用于區分屏幕數據的屬性。例如，動態增加對象、突出程度或屏幕區域的大小，以表明其重要性，并迅速引起操作人員的注意力。

**空間定位。**空間定位是用來表示數據的空間，它可能包括二維和三維表達的應用。大多數數據可視化是在二維空間中描繪的。但是，地理信息系統和三維表達對于地理上分散的資產是有效的。隨著智能設備和傳感器的部署無處不在，空間定位對于實現數據可視化運營效率變得越來越重要。

**動畫。**動態畫面一直是吸引操作人員注意力的常用方式。但是，必須謹慎使用以避免惱人或分散注意力的移動、閃爍和彈出窗口。想想那些網絡廣告商是如何試圖用動態顯示來吸引我們的注意力的，以及這些廣告有多令人討厭并促使用戶使用廣告攔截軟件。

正確實施后，用戶界面可以受益于數據儀表板上的動畫按鈕，作為一種強大的技術，它可以在需要采取行動時，向操作人員發出指示。這對于空間受限的移動設備尤其重要。

數據可視化的趨勢

使用主動、持續的智能來自動處理實時和歷史數據，也可以允許運行人員處理增加的數據量，從而發揮作用。通過檢測異常并產生有效的UI指示、報警和事件，數據可視化成為提醒運行人員潛在問題的有效方式。以下是一些數據可視化的最新趨勢。

**智能設備。**智能設備無處不在，無時無刻不在收集數據，這導致了數據激增。然而，數據的價值會隨著時間的久遠而減少，所以數據可視化必須發生在更接近數據來源的地方，同時提供企業層級的可視化。此外，跨分布式數據集的連接使企業能夠在這些不同的設備之間識別有價值的連接、關系和洞察力。

根據IDC的數據，預計到2024年，70%的企業將其邊緣生成的數據與基于云的企業系統集成，以實現基于物聯網分析的實時行動。結合智能設備以提供實時數據分析，以及更接近數據生成位置的可視化，同時將這些數據集整合到企業架構中，為決策者提供他們需要的信息，在他們需要的地方和時間。

移動設備已成為我們生活中不可或缺的一部分，同樣也將在企業數字化中發揮不可或缺的數據可視化作用。移動設備的界面圖形空間有限，要求這些設備上的數據可視化必須清晰、簡單、緊湊和簡潔。隨著注意力的降低，移動設備上的數據可視化必須在簡化交互功能的同時提供感知。

**數據敘事。**傳統HMI/SCADA和儀表板的數據可視化，可以向運行人員顯示正在發生的事情，但不顯示原因。數據敘事（data storytelling），是一種通過引人入勝的敘述來傳達原因的方法。數據敘事將信息置于情境之中，減少了錯誤解釋的可能性（見圖2）。

**▎**圖2：采用有效的數據可視化敘事，不僅可以傳遞前后的比較，還可以解釋正在發生的事情和原因。

據Gartner預測，到2025年，數據敘事將成為用戶使用分析數據的主要方式。數據敘事利用為運營商量身定制的數據、敘事和視覺效果，來有效傳達可操作的見解。換句話說，數據可視化以圖形方式表示數據，而數據敘事則給出數據背后的意義。這提供了一個以簡單、簡潔的方式，能夠整合大量復雜數據的敘述，解釋數據背后的方式和原因。

實時可視化。 對于工業自動化應用來說，實時可視化數據并不是什么新鮮事。然而，鑒于數據收集速度的加快，所涉及的智能設備和傳感器的部署數量也在不斷增加，需求不斷擴大。實時可視化必須收集、匯總、關聯并提供分析，以加速決策過程。為了幫助用戶了解正在發生的事情，實時分析變得至關重要。由于設備變得越來越智能，通信的數據將包含更多信息（參見圖3）。

**▎**圖3：現代HMI將繼續顯示數據，但必須能夠收集、聚合、關聯和分析許多來源，以創建情境數據并加速用戶決策。

實現有效的數據通信

據《福布斯》報道，2021年預計有350億臺智能設備上線，到2025年將增長到750億臺。隨著數據量的增加，注意力時間的縮短，數據可視化變得越來越重要。隨著數據可視化變得更直觀以及數據敘事原則的應用，數據有效性將會提高。

隨著認知框架的出現，數據可視化達到了新的高度。認知框架來自于心理學理論，定義人類如何處理數據元素。HMI、SCADA、OEE、高級分析和預測性維護的儀表板也必須與時俱進，以實現大量數據的可視化，同時提供最佳的視覺通信技術。有效的數據可視化是直觀的，能提供簡單的視覺識別，并能夠快速理解所呈現的數據。

在工業儀表板中，數據敘事的應用將會更普遍，主要用于交流實時數據和分析。用于數據可視化的機器學習技術，將繼續進入傳統工業市場，以優化可執行的決策。

數據為智能自動化和戰略決策提供動力。當簡化了大量數據，并以吸引用戶的方式傳達情境信息時，數據可視化就有一種美感。合適的數據可視化軟件與智能硬件相結合將帶來諸多好處，有助于改善整個企業的運營效率。

“如今，從傳感器、控制器、IIoT設備和其它系統接收到的數據越來越多，有效的數據可視化變得越來越重要?！?/p>