HMI 画面层级：第 1 级到第 4 级显示画面
大多数 HMI 项目都在同一个地方失败，而问题不在符号。问题出在有人决定把整个工厂放到一块画面上，理由是“操作员想看到所有东西”。所有东西都在一块画面上，意味着没有任何东西被强调，压力下的操作员只能阅读，而不能识别。
ISA-101 的答案是显示层级：少数几个画面层级，每一级有明确的职责，由在糟糕的日子里也靠得住的导航连接起来。本指南介绍每一级该放什么、如何设计层级之间的导航，以及如何按画面实际的观看距离确定所有元素的尺寸。
1. 为什么需要层级
操作员做三件不同的事，需要三种不同的画面：
- 监视。占班次的大部分时间。问题是“有什么在漂移吗？”——由一个范围广、细节少的视图来回答。
- 控制。启动一个单元、修改一个设定值、处理一个偏差。问题是“这个单元在做什么，我能改什么？”
- 诊断。出了问题。问题是“哪个信号、哪个联锁、哪台设备？”
一块画面无法同时满足这三件事：对第一件来说太杂乱，对第三件来说又不够。层级只是给每项任务一个自己的位置，并且——关键是——让你清楚自己在哪里、怎么去下一级。
2. 四个层级
| 层级 | 范围 | 回答的问题 | 典型数量 |
|---|---|---|---|
| 1——总览 | 整个工厂或区域 | 任何地方有异常吗？ | 1–3 |
| 2——单元控制 | 一个工艺单元 | 这个单元在做什么？我要改什么？ | 每个单元一个 |
| 3——单元细节 | 子单元或设备组 | 这个单元为什么会这样？ | 按需 |
| 4——诊断 / 支持 | 一台设备、一个回路或一个联锁 | 哪个信号或部件出了故障？ | 很多，很少使用 |
第 1 级——总览
这是整个班次都挂在墙上或显示在左侧显示器上的画面。它最难设计，也最常被跳过。
第 1 级画面不是一张缩小的 P&ID 图。它显示整个区域的少数几个关键性能和健康指标，排布方式要让“正常”具有可辨认的视觉形状。趋势、偏差条和分组的状态汇总效果很好；单个阀门则不行。操作员应该能从房间另一头瞥一眼，就知道要不要走过来。
这里最有效的技巧是显示与正常值的偏差，而不是绝对值：一个小的水平条，标出正常运行区间，用一个指针显示过程当前在区间内的位置。十个这样的条并排放在一起，操作员就能在漂移变成报警之前很久发现它——这才是“态势感知”在实践中的真正含义。
第 2 级——单元控制
每个工艺单元一块画面，是系统的主力。它承载该单元的工艺流程示意图、带状态的设备符号、设定值和控制操作，以及属于该单元的报警。
第 2 级是九种标准设备状态发挥作用的地方：操作员必须不点任何东西就能分辨运行、启动中和无反馈。
经验法则：如果一块第 2 级画面需要滚动或缩放，说明它覆盖了不止一个单元，应该拆分。
第 3 级——单元细节
在第 2 级不够用时有意打开：完整的回路细节、子单元示意图、次要测量值、联锁矩阵。这里有细节没问题——这块画面是用来阅读的，不是用来扫视的。
第 4 级——诊断与支持
设备面板、原始 I/O 值、驱动器参数、维护数据、帮助页面。很少使用，而且通常由技术人员而不是操作员使用。这些画面比上面各级更密集、更技术化是合理的。
3. 操作员在压力下也能使用的导航
导航决定了层级是帮忙还是添乱。四条规则覆盖了大部分情况：
两次点击到达任何重要位置
从任何画面出发，操作员最多两步操作就应能到达任何第 2 级画面。深层菜单树恰恰在最需要它们工作的场合失效——出问题的时候，五级菜单根本没法用。
固定的导航区，始终在同一位置
一条常驻的栏（顶部或底部），包含报警横幅、区域/单元按钮和当前位置。它在不同画面之间从不移动、从不重新排序、从不改变大小。肌肉记忆是正当的设计目标：有经验的操作员应该不用看就能按到单元按钮。
始终显示当前位置
面包屑或高亮的按钮。快速切换画面的操作员容易丢失上下文，而导致误操作最快的方式，就是在你以为不是正在看的那个单元上修改设定值。
没有死胡同，弹窗内不做导航
每块画面都提供向上和返回的途径。弹窗用于单一的、聚焦的交互——一个面板、一次确认——绝不应成为你从中跳转到别处的地方。遮住报警横幅的弹窗比全屏画面更糟。
4. 一致性：最便宜的质量
显示同类内容的两块画面，应该是同一块画面换了数据。这意味着：
- 同一个对象始终长得一样。一个电机符号、一个阀门符号、一套状态颜色——贯穿项目的每个单元、每块画面、每种语言。
- 同一样东西始终在同一个位置。报警横幅、导航、标题、模式指示、时间戳——固定位置，固定大小。
- 同一种交互始终以同一种方式工作。如果在一块画面上单击打开面板，那么在所有画面上单击都打开面板。绝不要把“单击即执行”和“单击即选中”混在一起。
- 用模板构建，而不是复制。一个画面模板加一个标签前缀是可维护的；十二份手工修改的副本则不是。每家厂商都以某种形式支持这一点——Weintek 的群组对象、WinCC 的面板、FactoryTalk 的全局对象、Ignition 的带参数嵌入视图。
这也是采用共享符号库而不是逐画面绘图的理由：一致性不再是你必须维持的纪律，而成了源文件本身的属性。
5. 按画面实际观看距离确定尺寸
画面在 60 cm 的桌面上设计，却在 2 m 外的面板上使用。易读性随距离变化，尺寸数字也必须随之变化。
一条实用规则：舒适阅读时，字符高度至少应为观看距离的 1/200；压力下需要阅读的内容则接近 1/150。由此得到：
| 观看距离 | 最小字符高度 | 典型用途 |
|---|---|---|
| 0.5 m | ~3 mm | 桌面 HMI、工程师站 |
| 1 m | ~5–7 mm | 面板安装的操作员终端 |
| 2 m | ~10–13 mm | 站立操作员、机旁面板 |
| 4 m | ~20–27 mm | 墙面显示、控制室总览 |
换算成像素时，要用面板真实的像素间距，而不是凭假设——7" 800×480 的面板和 15" 1024×768 的面板，物理像素尺寸相差很大。实践中，在典型的操作员面板上，正文的下限大约是 14 px，操作员必须快速读取的内容则是 18–20 px，这就是为什么 ISA-101 指南和本站自己的符号规范都不允许低于 14 px。
触控目标遵循同样的逻辑：对戴手套的手指来说，10 mm 是合理的最小值；触发某个动作的控件，绝不应与触发另一个动作的控件紧挨着而中间没有间隔。
6. 反模式
- 一屏工厂。整张 P&ID 图放在一块画面上，需要缩放。什么都在，所以什么都无法强调。
- 装饰性总览。第 1 级画面是工厂的照片或 3D 渲染图。在验收会上很气派，却什么也没告诉操作员。
- 靠 P&ID 图导航。点击管道和容器来跳转。只有做它的人才找得到。
- 弹窗堆叠。同时打开三个面板，盖住流程画面和报警横幅。
- 各单元各说各话。单元 1 用绿色表示运行，单元 2 用绿色表示可用。这是所有不一致中最危险的一种。
- 把第 4 级伪装成第 2 级。原始 I/O 和驱动器参数放在主控制画面上，“因为技术人员要求”。给他们单独一块画面。
7. 动笔之前的检查清单
- 列出工艺单元。每个单元恰好对应一块第 2 级画面。
- 确定第 1 级指标——不超过十来个，每个都有明确的正常区间。
- 固定导航区：位置、大小、内容。之后不再改动。
- 固定画面模板：标题、面包屑、报警横幅、模式指示、时间戳。
- 为整个项目一次性固定符号集和状态颜色。
- 测量真实的观看距离，由此推导最小文字和触控目标尺寸。
- 对照完成的导航图检查两次点击规则。
- 从头到尾走一遍异常场景：报警出现 → 操作员定位 → 打开单元 → 处置。数一数点击次数。
一致性从符号集开始。在内置 ISA-101 配色的符号编辑器 (Symbol Builder) 中把每台设备画一次，导出九种状态，然后在项目的每块画面、每个单元中重复使用同一批文件。
打开符号编辑器 → 浏览社区符号 →常见问题
小型机器真的需要四个层级吗？
不需要。带一块操作员面板的单个撬装设备通常只需要两级：主画面和诊断画面。层级是思考画面职责的一种方式，不是配额。重要的是每块画面只有一个职责，而且导航一目了然。
趋势该放在哪里？
少数几个工厂级指标放第 1 级，单元级数值放第 2 级或第 3 级。专门的趋势画面作为第 3 级支持画面很有用，但操作员在异常工况下需要的趋势应该嵌在他们所在的画面里，而不是隔着一次跳转。
多少块画面算太多？
没有固定数字，但如果操作员只用一小部分而忽略其余的，那么错的是层级，而不是数量。如果可以，给 HMI 加上统计：画面访问统计是找出没人需要的画面的最快方式。
第 1 级应该是墙面显示还是工作站屏幕？
都可以。重要的是不用跳转就能看到。如果操作员必须点击才能看到总览，他们就不会看总览。