Bố cục các thành phần trên màn hình HMI: Chìa khóa cho giao diện trực quan và hiệu suất tối ưu

Màn hình HMI là trung tâm điều khiển và giám sát của mọi hệ thống tự động hóa công nghiệp. Tuy nhiên, sự sắp xếp lộn xộn hoặc thiếu logic của các thành phần trên màn hình có thể biến công cụ mạnh mẽ này thành một nguồn gây bối rối và lỗi lầm cho người vận hành. Nhiều HMI hiện nay vẫn gặp phải tình trạng quá tải thông tin, các nút điều khiển khó tìm, hoặc cảnh báo không được hiển thị rõ ràng do bố cục các thành phần trên màn hình chưa được tối ưu. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả vận hành HMI và tiềm ẩn rủi ro an toàn. Do đó, việc áp dụng các nguyên tắc thiết kế bố cục HMI khoa học là rất quan trọng, giúp người vận hành dễ dàng tìm kiếm thông tin, thực hiện thao tác chính xác và phản ứng nhanh chóng với các sự cố. Bài viết này sẽ đi sâu vào vai trò của bố cục các thành phần trên màn hình HMI, phân tích các nguyên tắc cốt lõi như phân vùng, phân cấp thông tin, luồng đọc hiểu, và tính nhất quán.

1. Tầm quan trọng của bố cục các thành phần trên màn hình HMI

Bố cục các thành phần trên màn hình HMI đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa khả năng đọc hiểu và hiệu suất tương tác của người vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả tổng thể của hệ thống.

1.1. Cải thiện khả năng đọc hiểu và tìm kiếm thông tin

Bố cục HMI hợp lý cải thiện khả năng đọc hiểu và tìm kiếm thông tin bằng cách tổ chức thông tin một cách logic. Phân vùng rõ ràng giúp người vận hành nhanh chóng định vị các nhóm thông tin. Việc tổ chức thông tin logic giảm gánh nặng nhận thức, khiến người vận hành dễ dàng xử lý và hiểu dữ liệu. Nhờ vậy, thông tin quan trọng dễ dàng được tìm thấy, tăng tốc độ phản ứng.

1.2. Nâng cao hiệu quả và tốc độ vận hành

Một bố cục màn hình HMI được thiết kế tốt giúp nâng cao hiệu quả và tốc độ vận hành thông qua việc tối ưu hóa luồng công việc. Điều hướng trực quan cho phép người vận hành dễ dàng di chuyển giữa các màn hình và chức năng. Khả năng truy cập nhanh các điều khiển quan trọng giảm thời gian thực hiện thao tác. Bố cục hợp lý giúp tinh giản quy trình, từ đó giảm thao tác thừa.

1.3. Giảm thiểu lỗi vận hành và tăng cường an toàn

Bố cục HMI khoa học đóng vai trò thiết yếu trong việc giảm thiểu lỗi vận hành và tăng cường an toàn hệ thống. Vị trí cảnh báo nổi bật đảm bảo cảnh báo được nhìn thấy ngay lập tức, giúp người vận hành phản ứng kịp thời. Việc nhóm các nút/chức năng tương tự một cách hợp lý và rõ ràng tránh nhầm lẫn điều khiển. Bố cục tối ưu giúp người vận hành ra quyết định nhanh chóng trong tình huống khẩn cấp, từ đó tăng cường an toàn vận hành HMI.

1.4. Tăng sự hài lòng của người dùng và giảm đào tạo

Bố cục các thành phần trên màn hình HMI được tối ưu hóa góp phần tăng sự hài lòng của người dùng và giảm đáng kể chi phí đào tạo nhân sự. Một giao diện thân thiện dễ học, dễ sử dụng cho cả người mới. Thiết kế tốt giúp giảm căng thẳng, tạo trải nghiệm vận hành thoải mái hơn. Tính nhất quán của bố cục giúp người vận hành nhanh chóng làm quen với các màn hình khác nhau, giảm thời gian và công sức đào tạo ban đầu.

2. Các nguyên tắc cốt lõi trong thiết kế bố cục màn hình HMI

Thiết kế bố cục màn hình HMI hiệu quả đòi hỏi việc áp dụng các nguyên tắc cơ bản về tổ chức thông tin và trải nghiệm người dùng, nhằm tạo ra một giao diện trực quan và dễ sử dụng.

2.1. Phân vùng màn hình rõ ràng

Phân vùng màn hình rõ ràng là nguyên tắc cơ bản giúp chia màn hình HMI thành các khu vực riêng biệt, mỗi khu vực có chức năng và loại thông tin cụ thể. Mục đích của việc phân vùng là hướng dẫn ánh mắt người vận hành, giảm sự lộn xộn, và tạo cấu trúc logic cho giao diện. Các vùng điển hình bao gồm:

• Vùng thông tin tổng quan/trạng thái hệ thống: Thường nằm ở trên cùng của màn hình, hiển thị các thông số quan trọng nhất.
• Vùng điều hướng: Thường ở cạnh bên hoặc dưới cùng, chứa các nút để di chuyển giữa các màn hình.
• Vùng dữ liệu chính/quy trình: Chiếm phần lớn diện tích trung tâm màn hình, trình bày các chi tiết về quy trình.
• Vùng cảnh báo/thông báo: Là một khu vực cố định, dễ thấy, dùng để hiển thị các cảnh báo khẩn cấp.

2.2. Phân cấp thông tin

Sắp xếp thông tin theo mức độ quan trọng và tần suất sử dụng là nguyên tắc phân cấp thông tin, đảm bảo người vận hành nhận biết được đâu là dữ liệu ưu tiên. Nguyên tắc cốt lõi là thông tin quan trọng nhất và thường xuyên sử dụng nên được đặt ở vị trí dễ thấy nhất. Việc này được thể hiện thông qua các cách sau:

• Kích thước/độ đậm phông chữ: Sử dụng phông lớn hơn hoặc đậm hơn cho thông tin chính và tiêu đề.
• Màu sắc: Dùng màu nổi bật cho các cảnh báo hoặc trạng thái quan trọng.
• Vị trí: Đặt các yếu tố quan trọng ở trung tâm màn hình hoặc phía trên cùng.

2.3. Luồng đọc hiểu tự nhiên

Bố cục nên dẫn dắt mắt người vận hành theo một trình tự tự nhiên, giúp họ tiếp thu thông tin một cách hiệu quả và liền mạch. Hầu hết các nền văn hóa đọc từ trái sang phải, từ trên xuống dưới. Việc này được áp dụng bằng cách:

• Thông tin tổng quan: Đặt ở góc trên bên trái, nơi mắt người thường bắt đầu quét.
• Các bước quy trình: Sắp xếp theo trình tự thời gian hoặc logic từ trái sang phải hoặc từ trên xuống dưới.
• Nút điều khiển: Đặt theo trình tự thực hiện các thao tác, giúp người vận hành dễ dàng theo dõi.

2.4. Tính nhất quán và dự đoán được

Duy trì sự nhất quán về vị trí và hình thức của các thành phần chức năng trên tất cả các màn hình là nguyên tắc then chốt của tính nhất quán và dự đoán được. Lợi ích của tính nhất quán là giảm thời gian học hỏi, xây dựng thói quen sử dụng, và tăng tốc độ vận hành. Ví dụ, nút “Home” nên luôn ở cùng một vị trí trên mọi màn hình, và cảnh báo luôn hiển thị ở cùng một khu vực cố định.

2.5. Giảm thiểu lộn xộn

Giảm thiểu lộn xộn là nguyên tắc quan trọng để tránh quá tải thông tin trên một màn hình HMI, từ đó cải thiện sự rõ ràng và tập trung. Mỗi màn hình nên tập trung vào một mục đích cụ thể. Việc này được thực hiện bằng cách:

• Chỉ hiển thị thông tin cần thiết: Loại bỏ các dữ liệu không liên quan hoặc ít quan trọng ra khỏi màn hình chính.
• Sử dụng không gian trắng: Tạo đủ khoảng trống giữa các thành phần để giảm cảm giác chật chội và giúp mắt dễ dàng phân biệt.
• Nhóm các thành phần liên quan: Sử dụng khung hoặc đường phân cách để nhóm các nút hoặc dữ liệu có liên quan lại với nhau.

3. Các vùng chức năng điển hình và cách bố cục hiệu quả

Các màn hình HMI thường được tổ chức thành các vùng chức năng cụ thể để tối ưu hóa việc trình bày thông tin và thao tác, giúp người vận hành tương tác hiệu quả hơn với hệ thống.

3.1. Vùng thông tin tổng quan/trạng thái hệ thống

Vùng thông tin tổng quan/trạng thái hệ thống có mục đích hiển thị các thông số quan trọng nhất và trạng thái chung của hệ thống. Vị trí của vùng này thường ở trên cùng của màn hình, nơi người vận hành có thể dễ dàng quét nhìn nhanh chóng. Nội dung hiển thị bao gồm tên thiết bị, trạng thái hoạt động, ví dụ Run/Stop, cảnh báo ưu tiên cao nhất, và các giá trị KPI chính.

3.2. Vùng điều hướng

Vùng điều hướng có mục đích cho phép người vận hành di chuyển dễ dàng giữa các màn hình khác nhau của HMI, đảm bảo luồng công việc liền mạch. Vị trí của thanh điều hướng thường ở bên trái, bên phải hoặc dưới cùng của màn hình. Nội dung bao gồm các nút chức năng như Home, Back, Settings, Alarms, Trends, và các tab chuyển đổi màn hình. Thiết kế của vùng này cần dễ nhìn, dễ chạm, và sử dụng biểu tượng trực quan kèm nhãn văn bản.

3.3. Vùng hiển thị dữ liệu chính và đồ thị quy trình

Vùng hiển thị dữ liệu chính và đồ thị quy trình có mục đích trình bày chi tiết các giá trị cảm biến, trạng thái thiết bị, và sơ đồ quy trình, là trung tâm của sự tương tác. Vị trí của vùng này là trung tâm của màn hình, chiếm vùng lớn nhất. Nội dung bao gồm sơ đồ quy trình trực quan hóa luồng vật liệu và thiết bị, các giá trị số như nhiệt độ, áp suất, tốc độ với đơn vị rõ ràng, đồ thị xu hướng biểu diễn sự thay đổi của dữ liệu theo thời gian, và bảng dữ liệu cho các thông tin chi tiết dạng bảng.

3.4. Vùng điều khiển

Vùng điều khiển là nơi chứa các nút, thanh trượt, và trường nhập liệu để điều khiển thiết bị, là khu vực tương tác chính của người vận hành. Vị trí của vùng này thường gần với vùng hiển thị dữ liệu liên quan, hoặc ở phía dưới/phải màn hình. Thiết kế của vùng điều khiển cần nhóm các điều khiển liên quan, ví dụ đặt các nút bật/tắt của một thiết bị gần nhau. Nút cần có phản hồi rõ ràng, thay đổi trạng thái khi được nhấn. Xác nhận hành động quan trọng là cần thiết cho các lệnh khởi động/dừng.

3.5. Vùng cảnh báo và thông báo

Vùng cảnh báo và thông báo có mục đích hiển thị các cảnh báo khẩn cấp, thông báo hệ thống, hoặc lỗi, đảm bảo người vận hành không bỏ lỡ thông tin quan trọng. Vị trí của vùng này là cố định, nổi bật, thường là dải trên cùng hoặc dưới cùng, hoặc một cửa sổ bật lên. Nội dung bao gồm mô tả cảnh báo, thời gian xảy ra, mức độ ưu tiên, và trạng thái như active/acknowledged. Thiết kế của vùng này cần sử dụng màu sắc nổi bật như đỏ, vàng, âm thanh nếu cần, và nhấp nháy một cách hạn chế.

4. Các sai lầm thường gặp khi bố cục màn hình HMI và cách khắc phục

Việc hiểu rõ các sai lầm phổ biến sẽ giúp các nhà thiết kế tránh được những cạm bẫy khi xây dựng bố cục các thành phần trên màn hình HMI, từ đó tạo ra giao diện hiệu quả hơn.

4.1. Quá tải thông tin

Quá tải thông tin là sai lầm phổ biến khi nhồi nhét quá nhiều dữ liệu, nút, hoặc đồ thị trên một màn hình HMI. Hậu quả của việc quá tải thông tin là gây rối mắt, khó tìm kiếm thông tin cần thiết, và tăng lỗi vận hành. Cách khắc phục là đơn giản hóa HMI, chỉ hiển thị thông tin cần thiết cho mục đích màn hình. Sử dụng nhiều màn hình để chia nhỏ thông tin thành các màn hình chức năng chuyên biệt. Sử dụng không gian trắng hợp lý để tạo khoảng trống cho các thành phần “thở”.

4.2. Bố cục thiếu logic hoặc không nhất quán

Bố cục thiếu logic hoặc không nhất quán xảy ra khi các thành phần được đặt ngẫu nhiên hoặc thay đổi vị trí trên các màn hình khác nhau. Hậu quả là người vận hành bối rối, mất thời gian tìm kiếm, và tăng lỗi vận hành. Cách khắc phục là tuân thủ các nguyên tắc phân vùng và phân cấp, đặt các yếu tố liên quan gần nhau. Áp dụng tính nhất quán để các thành phần chức năng tương tự luôn ở cùng vị trí trên các màn hình khác. Sử dụng template màn hình để đảm bảo sự đồng bộ.

4.3. Vị trí điều khiển hoặc cảnh báo không hợp lý

Vị trí điều khiển hoặc cảnh báo không hợp lý là khi nút điều khiển quan trọng khó tiếp cận hoặc cảnh báo bị ẩn khuất, dễ bị bỏ qua. Hậu quả là chậm phản ứng với các tình huống cần thiết, và tăng nguy cơ sự cố. Cách khắc phục là đặt các điều khiển quan trọng ở vị trí dễ chạm/nhấp, gần với thông tin liên quan. Cảnh báo luôn có vùng hiển thị cố định, sử dụng màu sắc và âm thanh nổi bật.

4.4. Kích thước và khoảng cách thành phần không phù hợp

Kích thước và khoảng cách thành phần không phù hợp xảy ra khi các nút quá nhỏ hoặc khoảng cách giữa các thành phần quá chật chội. Hậu quả là khó thao tác, đặc biệt khi đeo găng tay, dễ chạm nhầm, và gây mỏi mắt. Cách khắc phục là đảm bảo kích thước tối thiểu cho nút đủ lớn để thao tác chính xác. Khoảng cách giữa các thành phần phải đủ để mắt dễ dàng phân biệt. Cân nhắc độ phân giải màn hình để đảm bảo hiển thị tốt trên các thiết bị khác nhau.

4.5. Thiếu phản hồi trực quan

Thiếu phản hồi trực quan là khi HMI không hiển thị rõ ràng khi người vận hành thực hiện thao tác hoặc trạng thái của thiết bị thay đổi. Hậu quả là người vận hành không chắc chắn lệnh đã được thực hiện, dễ lặp lại thao tác, hoặc bỏ lỡ thông tin quan trọng. Cách khắc phục là nút phải đổi màu/trạng thái khi nhấn, cung cấp phản hồi ngay lập tức. Hiển thị thông báo xác nhận khi một lệnh quan trọng hoàn tất. Đèn báo trạng thái thiết bị luôn cập nhật trực quan trên sơ đồ quy trình.

5. Tiêu chuẩn và khuyến nghị ngành về bố cục HMI

Để đảm bảo bố cục các thành phần trên màn hình HMI đạt chuẩn, cần tham khảo và tuân thủ các tiêu chuẩn và khuyến nghị từ các tổ chức uy tín và các nhà sản xuất hàng đầu trong ngành.

5.1. Tiêu chuẩn ISA 101 Human Machine Interfaces

Tiêu chuẩn ISA 101 Human Machine Interfaces có mục đích cung cấp các hướng dẫn toàn diện về thiết kế HMI hiệu quả. Về bố cục, tiêu chuẩn này nhấn mạnh tầm quan trọng của phân vùng, phân cấp thông tin, và thiết kế tập trung vào người vận hành. Khuyến nghị cụ thể bao gồm việc sử dụng giao diện tổng quan, phân chia màn hình thành các khu vực chức năng, và đảm bảo luồng thông tin logic.

5.2. Hướng dẫn từ các tổ chức Ergonomics và Human Factors

Các tổ chức Ergonomics và Human Factors cung cấp các hướng dẫn khoa học dựa trên nghiên cứu về tương tác người-hệ thống. ISO 9241, tiêu chuẩn quốc tế về Ergonomics of human-system interaction, cung cấp các nguyên tắc chung về thiết kế giao diện, bao gồm bố cục và trình bày thông tin. Nghiên cứu về Human Factors Engineering áp dụng các kiến thức về nhận thức và tâm lý học để tối ưu hóa tương tác giữa con người và máy móc.

5.3. Thực hành tốt nhất từ các nhà sản xuất

Các nhà sản xuất lớn cung cấp thực hành tốt nhất và các công cụ để hỗ trợ thiết kế bố cục HMI hiệu quả. Siemens, Rockwell Automation, Schneider Electric, v.v., thường cung cấp các thư viện đối tượng, template màn hình và hướng dẫn thiết kế đã được tối ưu hóa. Sử dụng template và thư viện chuẩn từ nhà sản xuất giúp tiết kiệm thời gian, đảm bảo tính nhất quán, và tuân thủ các nguyên tắc thiết kế tốt.

6. Kết luận

Tối ưu hóa bố cục các thành phần trên màn hình HMI là một bước then chốt để tạo ra một giao diện trực quan và thân thiện người dùng, từ đó nâng cao đáng kể hiệu quả vận hành HMI và đảm bảo an toàn trong môi trường sản xuất công nghiệp. Một bố cục hợp lý giúp người vận hành dễ dàng tìm kiếm thông tin, thực hiện thao tác chính xác và phản ứng nhanh chóng với các sự cố, giảm thiểu lỗi và căng thẳng. Việc tuân thủ các nguyên tắc như phân vùng rõ ràng, phân cấp thông tin, luồng đọc hiểu tự nhiên và tính nhất quán, cùng với việc học hỏi từ các tiêu chuẩn và sai lầm phổ biến, sẽ giúp các nhà thiết kế tạo ra những HMI dễ sử dụng thực sự. Đầu tư vào thiết kế bố cục HMI là đầu tư vào năng suất và sự an toàn của toàn bộ hệ thống.