工业人机交互界面的核心：Pyside6
摘要
传统工业质检依赖人工抽检，成本高且效率有限。随着机器视觉的普及，基于深度学习的自动化检测大幅提升了准确性与效率，而人机交互界面（HMI）成为连接算法与人类决策的核心纽带。本文聚焦 PySide6 这一工业级GUI开发工具，简要介绍了其基本概念和原理，解释了对比同类框架的独特优势，并结合布局管理、信号槽通信等核心技术，展示其在实时监控、参数调试、人工复检场景中的应用。通过多线程任务分发与C++扩展能力，PySide6以“低代码+高扩展性”重塑工业人机交互体验，为中小工业检测企业产品的开发提供核心技术。
1.人机交互
过去，为了保证工业零件等产品的质量，企业需要在流水线上安排大量质检员，对零件进行抽查，用统计学的方法确认一批零件的质量情况。如今大部分的工业检测都采用机器学习训练的模型进行，相机可以通过连接电脑实时检测缺陷，并对有缺陷的零件进行响应。我们无需再安排大量人手来进行抽测，这无疑大大降低了用于检测的成本，并且在某种程度上还提高了检测的准确度。这也使得人机交互更加重要，管理者可以通过合理的人机交互得到更多关于流水线上的信息，及时做出决策。因此，工业软件人机交互界面的设计十分重要。
一个完善的人机交互界面一般包括：
（1）实时监控：缺陷分类统计的显示、报警日志等，便于质检员随时对流水线进行观察；
（2）检测参数：相机曝光时间、光源亮度、算法阈值等，这些能够反应机器检测的质量，质检员可以通过这些参数判定机器反馈的问题是否来自机器本身；
（3）人工复检：对算法不确定的缺陷进行人工标注，以此作为新的数据标签对模型进行迭代。
2. PySide6 对比其他GUI库的优势
人机交互界面的本质是GUI。GUI（Graphical User Interface）即图形用户界面，又称图形用户接口。对于大部分人而言，检测的代码，机器给出的数据并不容易看懂，或者要求需要大量的成本去培训流水线员工。而GUI能够将数据可视化，调试更加简便，通过计算机图形学使得大部分人能够简单看懂机器反馈的情况。
目前流行的GUI库有很多，除了本文主要提到的Pyside6，还有python原生库Tkinter，功能强大的PyQt6，适用移动端的Kivy等等。Pyside6兼具多个优势，比如能够跨平台支持，这使得软件能够部署到多个平台上；对比同类多个库来说，有较快的响应速度，与传统的Tkinter相比，Pyside6拥有更加完善的图形逻辑，允许通过类css语言来让界面更加美观；虽然比不上性能更好的PyQt6，但是Pyside6是免费的，使用Pyside6编写的GUI是允许闭源的。
图1 Python语言GUI库的优缺点
值得一提的是，Pyside6和PyQt5都可以通过一个叫Qtdesigner的插件来进行UI的设计，这个插件完全不需要编程基础，Pyside6几乎所有的功能都可以在designer中实现，并且界面中各组件的映射还是可以很方便的修改的，可以看出Pyside6享有非常良好的社区生态。
3.Pyside6的核心概念
在Pyside6组成的GUI中，几乎所有的图形都可以归纳为两种东西。一种叫组件，组件决定了内容，注意组件之中可以嵌套几乎所有的组件，就像一个盒子一样，里面可以摆放很多小盒子，而小盒子之中可以摆放更小的盒子；另一种是布局，布局决定了组件之间的位置关系，引用上面的比喻，布局就是每个小盒子之间的关系。Pyside6的GUI就是许多类型、大小不同的小盒子拼凑成的。
组件有很多种类型，不同的组件具有不同的主要功能不同，例如Qlabel类型组件主要用于展示文字或图片，QEditLine类型主要用于充当输入框，让系统获取输入到其中的文字，QPushButton类型主要充当按钮或者开关，按下时会触发预先设定好的事件。
图2 Qtdesigner的界面
以笔者以前写过的一个登录界面为例(图2)。可以看到大部分的组件都被用红框框住，框内又包含了很多更小的框。实际上这里每一个框就是一个布局，布局之中所有的组件按照一定的方式排列。它的结构在图片的右上角十分明显，最大的一个对象叫做Form，是一个QWidget类型的组件，这个组件包含了一个QFrame组件，下面又包含了许许多多的东西…这个界面展示了每一个GUI的布局原理。当然，有些时候designer没有办法做到所有事情，他毕竟是一个插件，比如之前提到的Qlabel组件，他主要用于展示单纯的图片或者文字，如果希望它同时展示文字和图标，这在designer中是无法实现的，还需要将生成的ui文件导入到python IDE中用代码的方式来完成。
4.多线程与信号机制
人机交互平台作为工业检测的核心还有一个重要的原因。
有时会要求平台上能够直接显示出缺陷的位置，这需要用到现有的一些经典的模型，例如yolov5，yolov8等等。有时候图片质量不高，可能还会先进行一些特殊的处理再进行检测，这就可能消耗不少时间。如果尝试用传统代码思维来思考这个问题，假如说代码需要运行比较耗时的步骤，进行一些复杂的矩阵计算，那么整个代码进程都会停滞，交互界面会被冻结，等待这一个计算完成了CPU才能继续去做其他的事情。这会导致交互的效率大大降低
在人机交互界面中，有一个比较关键的概念需要了解，那就是多线程机制。一个人吃饭时嘴巴在进食，同时眼睛能观察食物的样貌，鼻子能对食物的味道进行辨别，大脑能同时处理这些信息，因而才能够对事物做出多方面的评价。人类的身体不同的部位能够对不同类型的任务进行专门的处理，这样事情才能高效的运作。计算机程序也是如此，GUI作为最直接与人交互的程序，应当保持运行，否则会带来诸多不便。遇到耗时的步骤，应当采用多线程的方法，将这些步骤交由子进程进行。子进程运行完成，只需通过信号来告知主线程的GUI相关信息，GUI就可以提供耗时步骤的结果。在这个期间，GUI还能够为其他的服务提供帮助而不是被耗时步骤堵塞。
这一机制与分工合作的机制相仿，将更为复杂的工作交由其他专门部门处理，专门部门只需返回应有的结果即可。而GUI主线程只需专门为人机交互服务即可，这样才称得上是高效。
在Pyside6中，编程者可以通过QThread类来创建子线程，将复杂的步骤交由子线程完成。在子线程中定义信号QtCore.Signal类，当子线程完成后通过信号类的emit()方法将结果发送到主线程，就可以告知主线程相关的信息。
5.结论
Pyside6大大降低了工业软件的门槛，它通过 “低代码+高扩展性” 平衡了快速开发与复杂需求，支持使用QtDesigner快速搭建基础界面，再通过Python代码集成OpenCV算法库来提升人机交互质量。Pyside6支持C++的扩展模块，比如可以调用高性能相机SDK。Pyside6对中小企业的低成本转型也会产生一定的影响，传统设备厂商可基于PySide6自主开发检测软件，替代以前LabVIEW等高价的方案，甚至是采用AI工具，通过PyInstaller打包成独立应用，部署至边缘计算设备。Pyside6毫无疑问是工业人机交互界面一颗冉冉升起的新星。
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