智能焊裝車間的大屏數據信息可視化設計

王希 郝雨婷 鄧堯

摘要：隨著互聯網工業技術和5G技術的發展，數據可視化逐漸成為數據智能發展的重要方向。我國工業產業逐步向智能化發展，從傳統的工業數據轉向智能的電子數據。在制造業領域，大屏數據可視化能夠有效提高生產效率。文章以智能焊裝車間為載體，完成大屏數據可視化設計，通過研究相關理論及技術實現有效的數據可視化。

關鍵詞：智能焊裝車間;數據信息;可視化;大屏交互

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）03-00-03

1 研究背景

數據可視化的價值在醫療行業和公安系統已逐步展現，由于工業數據的種類繁雜，各類數據所使用的結構不同，其在制造業領域的發揮缺乏系統性。數據大屏的根本即數據可視化，數據可視化是借助可視化的形式如圖表等，轉換復雜多樣且抽象的數據的呈現方式與傳播方式，讓用戶快速直接讀取信息，讓管理者或決策者能夠借助數據大屏作出有效決策[1]。大屏數據可視化以大屏為主要展示載體，有面積大、可容納信息多的特點，以大屏共享的方式，幫助業務人員和企業更好地討論與決策[2]。同時，它并不意味著會將車間涉及的每一項數據都以可視化的形式展現出來，在挖掘和分析數據的過程中，要高效篩選數據，以大屏共享的方式，根據企業與項目實際情況與場景選取、展示[3]。

2 研究現狀

數據可視化的概念最早源于美國學者朱莉-斯蒂的《美麗的視覺可視化》，該書詳細介紹相關項目，闡明了數據可視化的功能價值和藝術之美。英國學者羅伯特-斯本斯以清晰的邏輯介紹了可視化的概念及作用，介紹可視化設計在不同場景中的應用。任磊[4]從可視化相關概念、基礎理論、人機交互技術研究等方面闡明數據可視化的實際應用已有了良好的基礎。王斌[5]認為大數據支持的新聞報道從關注社會表層現實到發掘社會深層現實，有助于媒體建立起新聞報道的透明性。肖建力[6]提出將數據可視化設計應用于教育行業，利用教育大數據可視化提高教育質量;楊晨[7]多角度地展現國內疫情發展情況及趨勢，方便國家及人民了解疫情狀況。彭玲闡[8]明了在地理區域方面，智慧城市關于智慧交通的數據可視化研究，也有了成熟的趨勢。

3 業務調研

大屏數據可視化不能隨意設計，它需要符合一定的原則：設計服務需求、先總覽后細節。第一，設計服務需求。在已有認知里，大屏是炫酷的，正因如此，不能為了炫酷而設計，要避免為了展示而展示，大屏設計中的背景顏色、組件元素、排版布局等都應符合業務場景的需求，所以大屏可視化設計的第一步應是了解其充分的業務需求。業務需求就是某企業或個人要求解決的問題或應達成的目標。第二，先總覽后細節。大屏面積廣，可展示內容多，但這不意味著關于業務的所有數據信息都要在大屏中展示，這樣容易讓觀察者疲憊，捕捉不到有效信息，大屏也就失去了意義與價值。所以大屏信息呈現要有主次，有明確焦點。

本次設計的業務背景是針對公司智能焊裝車間的具體業務情況和用戶需求進行統一整合與篩選，以數據可視化的形式使用拼接大屏展示，以實時掌握車間運作情況、物料倉儲情況、設備狀態、人員狀態等。依據業務背景和目的，總結出其用戶場景，公司領導、業務負責人、工作人員可通過大屏實時掌握工作進度和解決突發問題，從而繪制出用戶的基本行為路徑。

4 場地與設備考察

大屏環境考察是對大屏所處環境的調研，對整個設計流程至關重要。通過企業大屏現場環境考察可知，大屏由12塊（3×4）液晶顯示屏拼接而成，現場有兩個投屏電腦和DVI矩陣轉換器，可實現終端和移動端間的切換[9]。

大屏硬件設備是設計展示的必要前提，目前市場上較常用的有LED屏、拼接屏。在明確項目場地使用設備型號后，要針對其優缺點及分辨率，整理設計注意點。拼接屏的優點有分辨率高、色彩豐富、穩定耐用、拼接顯示功能強大、支持多臺電腦同時顯示、基本無售后，其缺點是有屏縫、不防水。設備系統構建如圖1所示。

5 人員與座位分析

通過調研，還原場地人員分布情況，確定核心用戶。公司領導層、業務負責人主要關注核心指標，如設備狀態、生產狀態等[10]。大屏前方有一地臺，用于每月的任務匯報人講演。核心用戶是領導人員和業務負責人，坐于座位的前兩排，他們通過全局觀看，掌握核心指標，了解生產進度，發現車間問題。工作人員坐于座位的后兩排，根據上層的任務，確定工作內容，及時處理問題。

大屏由55寸液晶4K顯示屏拼接而成，顯示器長度約為116cm，寬約53cm。考慮到大屏的反光區域，要適當保留一些防遮擋預留高度，大屏距離地面72cm。通過視覺測試，可得出眼睛視線高度為125cm。

6 內容分析與布局構建

內容分析階段需要將繁雜的數據整理出來并仔細謹慎地篩選。

智能焊裝車間的核心是產品質量。影響產品質量的因素可分為人、機、料、法、環。人主要指人員身份信息、崗位情況、勞動工時、作業質量等。機主要指設備運行參數、設備報警信息、設備故障信息等。料主要指物料來源、物料倉儲情況等。法主要指生產任務完成情況、生產狀態生產質量等。針對以上因素，可大致將大屏分為車間實時監控主屏、物料管理屏、設備管理屏、生產管理屏、人員管理屏。

篩選好數據信息后可以進行故事線設計。大屏展示的內容動線是用戶第一感知，即考慮給用戶講述一個怎樣的故事，需要結合業務訴求來劃分。通用結構為先總后細，即體現核心鏈路，再描述細節。

設計好故事線后，接下來是布局框架，結合柵格化，將主要信息放在中間區域，次要信息放在兩側。主要信息為車間監控、生產項目信息，次要信息為物料信息、設備信息、人員信息。并根據故事線中的內容數據選取模型，構建合適的數據圖表，數據可視化模型是將可視化數據具有的屬性特征映射在幾何空間中的關鍵要素，其主要分為三部分：可視化結構映射、可視化空間布局、可視化視圖映射。圖表是整個大屏視覺高光呈現點，可以促使用戶更快更直觀地了解數據信息，通常包括基礎圖表和混合圖表。基礎圖表主要有比較類、占比類、區間類、關聯類、趨勢類、時間類、地圖類等。混合圖表是指多個基礎圖表呈相互關聯形態。分析框架如圖2所示。

7 風格定義與呈現

視覺元素在數據可視化設計當中扮演著重要角色，影響著可視化設計作品的質量。選擇圖表時，要注重其視覺層次。由于人類對于圖形的記憶效率高于文字記憶，視覺在人腦中起主導作用。視覺元素可以分為三類：文字、圖形、色彩。

運用情緒版（Mood Board）工具拼貼一系列圖像、文字、樣品，以表達設計定義和方向的設計方法論。調研原生關鍵詞—腦暴衍生關鍵詞—搜索圖片樣式—提取情緒版—定義視覺風格。前期調研原生關鍵詞為“高科技、超炫酷、多質感、探索性”，衍生關鍵詞為“潮流色、流動性、藝術感、神秘性”，從而提取情緒版為科技、沉穩、藝術、活潑。

大屏數據可視化最終目的是數據提取，智能焊裝車間大屏最注重整個車間的工作效率，而并非花里胡哨的炫酷大屏。應以文字易讀為第一原則，避免夸張、美感設計，藝術字體不可取，字體應當簡潔、端正。智能焊裝車間的整體文字采取系統默認的微軟黑體即可。

可視化大屏通過顏色來渲染氣氛。多搭配組合色調、明度差異較大的顏色，在數據圖表里，多采用冷暖色、互補色，以產生強烈對比，突出重點信息[11]。設計呈現如圖3所示。

8 結語

隨著互聯網時代的發展，數據可視化設計應運而生，數據背后的信息通過數據可視化展現出來，不僅可以讓人們獲得有效信息，還能產生一定的視覺藝術效果。可視化設計是數據與藝術的相互交融，它有效地結合了兩個方面，即信息探索和藝術。在現有的視覺感官的基礎上去接受不一樣的信息可視化，揭示了數據的真正價值。今日今時，大數據技術與藝術文化不斷對話，不斷碰撞，所產生的火花是令人驚羨的，人們不再僅驚羨大屏的炫酷，更贊賞其具有的價值。未來，數據可視化設計將朝著滿足需求和交互審美的方向發展。

參考文獻：

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[11] 李金金.大屏數據可視化系統中的視覺表現探析[J].大眾標準化，2020（16）：151-153.

作者簡介：王希（1992—），女，安徽銅陵人，碩士，講師，研究方向：信息可視化藝術設計、人機交互與智能制造融合創新。

郝雨婷（1999—），女，江蘇南通人，本科在讀，研究方向：信息可視化藝術設計。

鄧堯（2000—），女，山西大同人，本科在讀，研究方向：信息可視化藝術設計。

基金項目：本論文為2020年南京郵電大學教學改革研究一般項目“信息可視化藝術設計特色教材建設”研究成果，項目編號：JG00820JX26;2020年南京郵電大學通達學院教學改革研究一般項目“信息文科背景下廣告學設計類課程實踐育人模式構建”研究成果，項目編號：JG30120004