软硬兼施：“白富美”HMI产品养成记

为人类工作的机器越来越多，而且它们为人类干的活儿也越来越多，这就需要在人和机器之间建立一种有效的沟通方式，为双方“传情达意”，于是就有了人机界面（HMI）产品。从最早的开关按键等物理交互界面，到图形化的交互界面，再到如今正在风口浪尖的手势、语音等自然交互界面，HMI一直在不断地进化。

不过，目前在市场中占主流的HMI产品还是图形化的HMI，而且这个市场一直在稳步增长，预计到2017年全球HMI市场将达到40.5亿美元。尽管近两年，作为HMI产品起源、同时也是最大埋单方的工业市场，其增速在放缓，但有两个重要的因素让人们仍然对其后市保持乐观：一是全球智能制造的热潮有望成为工业用HMI市场的新动能；同时，随着物联网的发展，新兴市场开始发力，如零售、金融、医疗、娱乐、交通等市场中，图形化HMI的应用会越来越普遍。

一个HMI系统，其核心的作用就是与监控或数据采集系统相连，完成系统状态诊断、趋势预判、信息管理等功能，并将重要的信息呈现给用户，让用户及时了解系统运行状况并进行判断和操控。HMI产品的硬件通常包括处理器、显示、数据存储和接口几个主要的部分，配合相关的软件，共同完成其功能角色。在工业领域，HMI产品的引入主要出于效率和安全方面的考量，工业现场的操作者可以通过图形化的人机界面进行直观的判断和反馈，基于数据分析的预警、系统异常报警，能够让人快速采取行动。在其他应用场景中，HMI也会发挥类似的作用，让用户与机器的交流更便捷、自然和高效。

那么一个“好”的HMI产品应该是什么样呢？其一，它应该有足够的硬件性能，驱动其完成数据处理与展示，以及丰富的数据输入和输出功能；其二，它应该具有扩展性，以适应多样和变化的应用场景之需；其三，具有灵活易用的软件平台，便于图形化界面设计；其四，友好的界面设计，提升用户体验。这四个要素中，前两个是硬功夫，后两个是软实力。

在硬件方面，处理器的选择起了决定性的作用，目前在x86和ARM两种架构的处理器中，HMI产品的开发者有很多选择。随着竞争的加剧，对HMI处理器的要求也越来越细致，有人总结了三个方面：第一是高性能低功耗小尺寸，第二是安全加密，最后还要便宜。因此处理器厂商不得不去迎合市场，开发出“对位”的产品。比如NXP公司近两年推出的i.MX 6UL，其采用了ARM Cortex-A7处理器内核，主频达到528MHz，在确保高性能的前提下功耗比Cortex-A9内核低50%，同时像素管线可提供2D图形加速功能，支持加密引擎和安全启动，配置了丰富的内存和外设接口，可算是为HMI产品量身定制的。

在应用扩展性方面，安富利公司基于i.MX 6UL推出的HMI专用开发平台，其思路值得借鉴。该方案包括一个i.MX 6UL SOM（系统级模块）和一个应用底板，SOM是一块核心板，包含处理器核必要的硬件资源，通过一个SODIMM接口和应用底板相连，针对不同目标应用，更换应用底板即可形成开发和评估平台。安富利为HMI产品设计而优化的专用底板，覆盖了HMI产品所需的核心功能，方便使用i.MX6UL SOM的开发者，集中精力做产品开发，缩短研发周期。

在软件方面，从工控应用发展起来的组态软件可以支持开发者快速设计出图形化的界面，目前开发者可以在市场上找到成熟的组态软件产品，且很多产品可跨平台，支持多种操作系统，包括移动端的OS，这让HMI的应用范围和产品形态大大扩展。不过，组态软件等只是提供了一个工具，真正设计好一款HMI产品的用户界面，开发者还需要具备用户体验设计方面的知识和技能，深刻领悟设计法则。

优秀的HMI产品的用户界面，首先应该能够提升用户系统状态感知的能力，发现重要数据，并直观地呈现出来；其次，应该有效减少用户的认知负荷，协助用户甚至是代替用户做出判断；第三，用户界面应该有清晰、逻辑的信息分类和导航，方便用户快准确地“行动”。当然，除了上述一般性的原则，还需要开发者对于HMI应用场景有更专业化的理解，比如对于工业数据“内涵”的理解。

总之，开发一款让用户“待见”的HMI产品，就好比培养一个“白富美”的女儿，想要“嫁得好”，真得需要开发者多一些“心机”。