„Co więcej, analiza dużych zbiorów danych jest cennym zasobem przy opracowywaniu strategii transformacji cyfrowej, więc pozyskiwanie danych ma kluczowe znaczenie dla produkcji i operacji fabrycznych. Interfejsy HMI są również wymagane do zapewnienia wydajnej łączności z komputerami PC lub czujnikami w celu przesyłania danych przez Ethernet lub Wi-Fi, ale także do obsługi programów monitorowania i systemów gromadzenia danych, takich jak SCADA”.
Jak standaryzacja pomaga w projektowaniu interfejsów HMI dla Przemysłu 4.0
W tradycyjnych systemach sterowania procesami lub produkcją interfejsy HMI mają tendencję do używania szerokiego spektrum kolorów, z niepotrzebną grafiką, rozpraszaniem uwagi i brakiem ogólnej świadomości sytuacyjnej. Takie wyświetlacze mogą cierpieć z powodu niespójnej nawigacji, prezentowania danych, które są trudne do zrozumienia, niewłaściwego przedstawiania alarmów i braku metodologii wyświetlania.
Może to prowadzić do złych procedur operacyjnych, takich jak działanie według alarmów, gdzie operator reaguje tylko na alarmy, nie rozumiejąc pierwotnej przyczyny warunków alarmowych.
W innych przypadkach źle zaprojektowany interfejs HMI spowoduje możliwe do uniknięcia zakłócenia i zwiększy prawdopodobieństwo mniej niż optymalnej reakcji na nienormalną sytuację.
Standard projektowania HMI ISA-101 jako rozwiązanie: W 2003 roku Międzynarodowe Stowarzyszenie Automatyki (ISA) zleciło grupie użytkowników końcowych, operatorów i inżynierów rozpoczęcie prac nad standardem.
W 2015 roku, dwanaście lat później, opublikowali ISA-101 HMI Design Standard, zatytułowany „Human Machine Interfaces for Process Automation Systems”. Jest to zestaw wytycznych, zasad i filozofii dotyczących tworzenia grafiki na interfejsie HMI. Standard ten ma na celu stworzenie bardziej funkcjonalnego, łatwego do zrozumienia i opartego na informacjach interfejsu operatora. Kluczowe sposoby, w jakie ISA-101 stara się zdefiniować wysokowydajny interfejs HMI obejmują :Właściwe wykorzystanie kolorów: Zamiast intensywnej i kolorowej grafiki, wysokowydajny interfejs HMI jest opracowany w skali szarości, a kolor ma przyciągać uwagę. Na ekranie w skali szarości użycie koloru ma na celu bardzo szybkie wskazanie nieprawidłowej sytuacji. Wykazano, że nowe zastosowanie samego koloru spowodowało 48% poprawę w wykrywaniu nieprawidłowych sytuacji przed wystąpieniem alarmów.
Pompa będzie wyświetlana jako biała, gdy pracuje, i ciemnoszara, gdy jest zatrzymana. Jeśli nie wysyła informacji zwrotnej, będzie wyświetlana w kolorze średnio szarym.
Wykorzystanie informacji zamiast danych: Wiele interfejsów HMI ma dziesiątki lub więcej punktów danych widocznych na ekranie, ale operator nie jest w stanie określić, co te dane oznaczają.
Wskaźnik ciśnienia może wskazywać 900 psi, ale czy to dobrze, czy źle? Wykorzystując wskaźnik normalnego zakresu ze zmienną procesową, operator może podjąć szybką decyzję o podjęciu działań w celu skorygowania sytuacji, która odbiega od normy.
Wykresy trendów mogą być nakładane na obraz wyświetlacza zbiornika. Daje to operatorowi natychmiastowy przegląd danych historycznych, umożliwiając mu dokonanie niezbędnych korekt procesu, zanim produkt przekroczy specyfikację lub dojdzie do przepełnienia zbiornika. Bardzo ważną koncepcją w wysokowydajnych interfejsach HMI jest utrzymanie prostego i przejrzystego ekranu. Wystarczy proste przedstawienie zbiornika z zaworem i pompą.
Standard definiuje również hierarchię wyświetlaczy. Stworzenie hierarchicznego systemu wyświetlaczy daje operatorom ogólną świadomość sytuacyjną i możliwość drążenia do bardzo konkretnych punktów danych, gdy jest to konieczne.
Cztery poziomy hierarchii to:
- Ogólna świadomość sytuacyjna
- Bardziej szczegółowy widok
- Szczegóły wyposażenia
- Diagnostyka
Sprzęt HMI
Obecnie główny terminal HMI obejmuje trzy podstawowe funkcje sprzętowe: urządzenie lub urządzenia wejściowe, wbudowaną elektronikę sterującą lub inteligencję oraz urządzenie lub urządzenia wyjściowe. Urządzenia wejściowe Oprócz klawiatury i myszy, typy wejść obejmują ekran dotykowy, rozpoznawanie gestów, aktywację głosową i przyciski.
Ekrany dotykowe: Wybór typu ekranu dotykowego HMI zależy od wymagań użytkowników. Jeśli aplikacja wymaga precyzyjnych i dokładnych funkcji wielodotykowych, takich jak powiększanie, przeciąganie, przesuwanie i szczypanie gestów na ekranie dotykowym, idealnym rozwiązaniem są projekcyjne pojemnościowe ekrany dotykowe (P-CAP).Chociaż pojemnościowe ekrany dotykowe są bardziej czułe i responsywne niż rezystancyjne ekrany dotykowe, wymagają bezpośredniego kontaktu z obiektem przewodzącym, takim jak palec lub specjalny rysik .W środowiskach przemysłowych, w których operatorzy muszą nosić rękawice, rezystancyjne ekrany dotykowe (RTS) działają lepiej, a jednocześnie są niezawodne i ekonomiczne.
Interfejsy aktywowane głosem: Interfejsy aktywowane głosem, znane również jako systemy rozpoznawania głosu, umożliwiają użytkownikom interakcję z systemami HMI za pomocą poleceń głosowych. Interfejsy te mogą być bardzo korzystne w sytuacjach, w których użytkownik nie jest w stanie korzystać z tradycyjnych urządzeń wejściowych, takich jak klawiatury, myszy lub ekrany dotykowe. Interfejsy aktywowane głosem stały się bardziej popularne w ostatnich latach ze względu na postępy w przetwarzaniu języka naturalnego i algorytmach uczenia maszynowego. Znacznie poprawiło to dokładność i szybkość reakcji systemów rozpoznawania mowy.
Interfejsy oparte na gestach pozwalają użytkownikom na interakcję z systemami HMI poprzez ruchy fizyczne i gesty. Interfejsy te zyskały popularność ze względu na ich intuicyjną naturę i potencjał zapewnienia bardziej wciągającego i naturalnego doświadczenia użytkownika. Systemy rozpoznawania gestów zazwyczaj opierają się na różnych czujnikach i kamerach do śledzenia i interpretowania ruchów użytkownika, umożliwiając systemom HMI odpowiednią reakcję.
Fizyczne przyciski były używane jako urządzenia wejściowe na długo przed wymyśleniem terminu „HMI” – i nadal są ważne w niektórych sytuacjach. Zapewniają one doskonałe dotykowe sprzężenie zwrotne, co jest szczególnie ważne dla osób z wadami wzroku.
