Obsah
Nezáleží na tom, čo máte na prácu so samoobslužným kioskom alebo výrobným zariadením. V každom prípade budete chcieť, aby bol funkčný a používateľsky prívetivý. Ak chcete pri vývoji jedného modulu HMI realizovať to, čo chcete, musíte vytvoriť výkonné používateľské rozhranie, vysokú funkčnosť (hardvéru aj softvéru), zabezpečiť kvalitnú interakciu medzi človekom a strojom a mnoho ďalších aspektov.
Zjednodušene povedané, rozhranie človek-stroj je akékoľvek automatizačné zariadenie, ktoré má grafický displej a zahŕňa interakciu používateľa so zariadením. Príkladom môže byť aplikácia na rozpoznávanie hlasu alebo komplexné riešenie pre veľký podnik spájajúce stroje a iné mechanizmy. Podrobnejšie sa týmto pojmom budeme zaoberať ďalej.
Celosvetový trh s rozhraniami HMI sa nadmerne rozrastá. Predpokladá sa, že do roku 2025 bude mať hodnotu 7,24 miliardy USD (pre porovnanie, v roku 2019 sa odhadoval na 3,71 miliardy USD).
Podľa prognóz bude zvýšený dopyt po automatizácii vo farmaceutickom a zdravotníckom priemysle. V súčasnosti je pomerne vysoký dopyt po používaní vysoko presných strojov s minimálnou interakciou človeka, ktoré zabezpečujú maximálnu sterilitu.
Podľa nedávnej správy o trhu sa očakáva, že v rôznych krajinách vrátane USA, Číny a farmaceutického sektora bude CAGT približne 150 - 200 %. (Poznámka: Základným rokom je rok 2019 - pred vypuknutím epidémie COVID-19).
Vývoj HMI je samozrejme žiadaný v medicíne a farmaceutickom priemysle a v odvetviach, ako sú spotrebná elektronika, robotika, doprava a mnohé ďalšie. Pokročilé príklady HMI možno nájsť v mnohých odvetviach a riešeniach - nositeľné zariadenia, platobné terminály, bezpečnostné systémy, automobily a kabíny leteckých spoločností.
Čo je HMI a programovanie HMI
Z hľadiska priemyselnej automatizácie riadia výrobné zariadenia programovateľné logické kontroléry alebo PLC. Treba vziať do úvahy, že predtým sa automatizácia používala vo veľkých výrobných podnikoch, ale dnes sa jej oblasť výrazne rozšírila. Pri prevádzke, odstraňovaní porúch a údržbe týchto zložitých systémov stále zohrávajú významnú úlohu ľudia.
Rozhranie človek-stroj (HMI) je nástroj na zadávanie príkazov do strojov a prijímanie spätnej väzby o ich stave. Inými slovami, HMI je priemyselný počítač, ktorý je správne nakonfigurovaný na komunikáciu medzi PLC a prevádzkovateľom dielne alebo správcom systému.
Medzi programovaním HMI a väčšinou iných programovacích jazykov je veľký rozdiel. HMI je vizualizácia procesu vo výrobnej oblasti. Pri vývoji HMI sa venuje osobitná pozornosť vývoju rozloženia obrazovky. Aj programovanie, ktoré bude ovládať vstupy a výstupy HMI, sa zvyčajne nachádza v PLC, čím má programátor PLC väčšinu kontroly nad funkčnosťou fungovania HMI.
Systémy HMI a osvedčené postupy navrhovania
Keďže s HMI pracujú ľudia, je nevyhnutné, aby bol funkčný, efektívny a intuitívny. Na získanie dokonalého riešenia je potrebné vhodne implementovať mnohé komponenty. Pozrime sa, aké sú ich funkcie.
Funkcie HMI | Základné a doplnkové funkcie
Najjednoduchšie HMI umožňuje operátorovi vidieť aktuálny stav konkrétneho procesu. Aby sme to trochu pochopili, skúsme si tento proces vizualizovať. A tak máme leštičku dielov, ktorú možno spustiť a zastaviť stlačením tlačidla. Tento proces možno vizualizovať na obrazovke pomocou HMI. Táto operácia je pomerne jednoduchá, ale teraz si predstavme, že PLC dostáva z tohto stroja oveľa viac informácií v závislosti od potrieb procesu. Konkrétne môže ísť o indikáciu porúch, identifikáciu príčiny, ktorá poskytne operátorovi podrobnejší mechanizmus spätnej väzby eliminujúci prirodzenú chybu.
Stroj môže vykonávať mnoho funkcií a všetky sa dajú konfigurovať (rýchlosť, teplota, tempo atď.). Všetky tieto možnosti možno nastaviť z rozhrania HMI.
Je potrebné poznamenať, že počas návrhu môžu byť niektoré funkcie HMI pre rôznych používateľov obmedzené. Niekedy je to potrebné, aby sa predišlo chybám alebo prerušeniu práce.
HMI môže obsahovať aj pokročilé procesné funkcie, ako je správa dávok, správa receptúr, stav linky a ďalšie. Vývoj HMI umožnil prechod od riadenia jednotlivých strojov k schémam riadenia celého podniku, ktoré sa niekedy označujú ako SCADA.
Účinnosť systému HMI
Konštrukcia HMI sa zdá byť jednoduchá na pochopenie, ale v skutočnosti taká jednoduchá nie je. Vhodne navrhnuté HMI by malo používateľovi poskytovať prístup k požadovaným informáciám a ovládaniu bez akýchkoľvek obmedzení. Rozhodujúca vec, ktorú si treba uvedomiť, pokiaľ ide o usporiadanie každého typu obrazovky, je efektívnosť v praxi. Je napríklad možné pristupovať ku každej obrazovke bez zbytočných navigačných slučiek? Je možné spustiť a zastaviť proces z ktorejkoľvek vhodnej obrazovky? To všetko sú kritické aspekty návrhu, ktoré by sa mali zohľadniť počas návrhu HMI a programovania HMI v rámci projektu systémovej integrácie.
Návrh HMI
Pri navrhovaní pokročilého rozhrania HMI je dôležitá jednoduchosť a zrozumiteľnosť. Skúsený programátor HMI si uvedomuje, že znalosti operátora sú obmedzené, preto by navigačné menu malo byť užívateľsky prívetivé a malo by umožniť používateľovi rýchlo prejsť na potrebné položky. Pomohlo by, keby ste si všímali aj postupnosť operácií v systéme a ich konzistenciu. Samozrejme, zachovajte podrobné informácie, aby sa používateľ mohol rýchlo naučiť obsluhovať HMI. Nakoniec by mal návrh systému dostatočne napodobňovať skutočný systém, aby sa používateľovi pohodlne používalo rozhranie bez potreby prístupu k ďalším informáciám.
Kritické aspekty vývoja HMI
Každé riešenie HMI je svojím spôsobom individuálne a má určitú úroveň sofistikovanosti a rôzne výrobné normy a konštrukčné vzory. Je to pochopiteľné, pretože samoobslužný kiosk vyžaduje primárnu aplikáciu na vizualizáciu údajov na zabudovanej obrazovke; EV HMI vyžaduje komplexný cloudový systém so sieťovými možnosťami.
Bez ohľadu na to, ako zložitý alebo jednoduchý je systém HMI, stále závisí od troch hlavných aspektov prevádzky - hardvéru, softvéru a infraštruktúry.
Aké aspekty by sa mali zohľadniť pri vývoji zariadenia rozhrania človek-stroj:
#1 V prvom rade je nevyhnutné definovať funkcie rozhrania HMI. Bude jasné, čo a ako by malo byť vaše riešenie vybavené na úrovni hardvéru a softvéru. Môžu to byť klávesnice pre terminály a kiosky, ovládacie panely pre lode alebo autá.
Na úspešné spustenie riešenia bez dodatočných nákladov (na vývoj aj špecifikáciu) je nevyhnutné definovať všetky požiadavky na riešenie od samého začiatku. Je potrebné vypracovať podrobné špecifikácie projektu, ktoré môžu v budúcnosti výrazne ušetriť zdroje.
#2 Zvážte svoje jedinečné vstupné a výstupné požiadavky. Pri vývoji je nevyhnutné pochopiť, ako budú používatelia zadávať údaje. Môže ísť o tlačidlá alebo dotykovú obrazovku. Dôležité je tiež uviesť, ako sa informácie zobrazia používateľovi: pomocou indikátorov alebo správ na obrazovke.
#3 Zvážte regulačné normy (vládne, priemyselné, bezpečnostné, technické a iné). Musíte napríklad dodržiavať priemyselné smernice, ako sú odporúčania pre zariadenia na výrobu polovodičov, ďalšie špecifikácie ANSI, IEEE alebo ISO, ako je norma ISA 101 pre systémy automatizácie procesov.
#4 Podmienky prostredia. Požiadavky sa môžu výrazne meniť v závislosti od nastavenia HMI. HMI pre čisté vnútorné prostredie sa môže líšiť od HMI v hlučnom vonkajšom verejnom priestore. A nekončí to fyzickým umiestnením. Medzi faktory, ktoré treba zvážiť, patria extrémne teploty, pravidelné opotrebovanie a dokonca aj vandalizmus.
#5 Výber technického partnera. Nie je to jednoduchá záležitosť, ale je nevyhnutné, aby ste si partnerskú spoločnosť vybrali sami, alebo existuje možnosť, že ich bude niekoľko, ale s výklenkovými skúsenosťami pre prácu v malých oblastiach projektu. Samozrejme, je nevyhnutné zohľadniť skúsenosti a zručnosti v tejto oblasti.
#6 Vyberte zásobník technológií. Vyriešenie tejto otázky vám pomôže pochopiť ciele projektu a určiť ich priority.
Prechod na cloud namiesto serverového riešenia vám pomôže minimalizovať rozpočet bez toho, aby ste museli obetovať výkon.
#7 Oddelenie hardvérových komponentov na urýchlenie vykonávania softvérových funkcií. Do systému možno zabudovať najmä akcelerátory, ako sú DSP, GPU, IPU alebo iné vhodné procesory. Tento prístup zvyšuje celkový výkon.
#8 Poskytnite prehľadné usporiadanie panelov. To zahŕňa vytvorenie konzistentnej a ľahko zvládnuteľnej hierarchie informácií, zvýraznenie základných objektov a vytvorenie stručného dizajnu HMI. Pri navrhovaní HMI platia pravidlá jednoduchosti:
- obmedzené používanie farieb,
- nedostatok animovaných alebo 3D prvkov,
- niekoľko možností písma a veľkosti textu.
Vďaka tomu je interakcia pre používateľov predvídateľná a jednoduchá.
#9 Používateľ je vždy na prvom mieste. V spolupráci s návrhármi UI/UX sa zamerajte na požiadavky, schopnosti a úroveň znalostí používateľa. To vám pomôže pri výbere vhodných komponentov HMI, rozloženia panelov, prezentácie údajov a spôsobu poskytovania spätnej väzby (vizuálna, zvuková, hmatová alebo kombinovaná).
#10 Pripojenie HMI k hlavným zariadeniam. Bežne sa používajú tri metódy:
- káblové pripojenie,
- sériové zbernice,
- bezdrôtové pripojenie.
Zatiaľ čo tradičné káblové pripojenia zvyčajne vyžadujú kilometre káblov (to je bežné v sektore dopravy), sériové zbernice umožňujú softvérové pripojenie (pomocou protokolov CAN, Ethernet a iných). Praktický bezdrôtový prístup poskytuje zariadeniu maximálnu mobilitu a možnosť prenášať údaje v reálnom čase.
#11 Zabezpečenie HMI. Existuje mnoho nástrojov kybernetickej bezpečnosti. Napríklad hlasový asistent, ktorý si vymieňa údaje prostredníctvom pripojenia HTTP, ktoré je chránené protokolmi SSL/TLS. Je veľmi dôležité zabezpečiť proces overovania HMI pomocou ochrany heslom, obmedzeného vzdialeného prístupu a automatického odhlásenia.
ČASTO KLADENÉ OTÁZKY
Závery
HMI musí byť vysoko kvalitné a vysoko efektívne. Nekvalitné riešenie môže viesť k strate zdrojov a dokonca k smrti ľudí v dôsledku ťažkej nehody.
Dobre navrhnuté, efektívne HMI vybavené prvotriednou funkčnosťou a používateľskou prívetivosťou dokážu zázraky. Tu je len niekoľko možných pozitívnych výsledkov, ktoré môžete dosiahnuť:
- Zlepšenie kvality výrobkov.
- Zníženie počtu chýb a prestojov.
- Ušetrite čas pri spúšťaní a vypínaní.
- Finančné úspory na opravu chýb a neočakávaných chýb.
- Zvýšenie predaja.
- Zvýšená bezpečnosť a prevencia nehôd.