Human Machine Interface tai HMI määritellään tietyn laitteen tai ohjelmistosovelluksen ominaisuudeksi tai komponentiksi, jonka avulla ihmiset voivat olla vuorovaikutuksessa koneiden kanssa. Joitakin esimerkkejä tavallisista HMI-laitteista, joita kohtaamme jokapäiväisessä elämässämme, ovat kosketusnäytöt ja näppäimistöt.
Teollisuusympäristöissä käytettävät käyttöliittymät ovat pääasiassa näyttöjä tai kosketusnäyttöjä, jotka yhdistävät käyttäjät koneisiin, järjestelmiin tai laitteisiin. Tehdasoperaattorit käyttävät käyttöliittymää koneiden ja niiden tuotantolinjojen ohjaamiseen ja automatisointiin. Käyttöliittymät voivat olla yksinkertaisia laitoskoneisiin asennettuja näyttöjä, kehittyneitä kosketusnäyttöjä, monikosketusvalmiita ohjauspaneeleja, painikkeita, näppäimistöllisiä tietokoneita, mobiililaitteita tai tabletteja.
Käännetty DeepL.com-sivustolla (ilmainen versio)
Ihmisen ja koneen välisen rajapinnan evoluutio
Vuorovaikutus koneiden kanssa eräkäsittelyä käyttäen
1950-luvulla eräkäsittely oli hallitseva tapa käsitellä koneita syötteiden osalta.
Eräkäsittely vaati käyttäjän määrittelemään kaikki yksityiskohdat ja tehtävien järjestyksen, yleensä reikäkorttia käyttäen. Tämä reikäkortti syötettiin koneeseen. Kone arvioi reikäkortin ja antaa tulokset. Eräkäsittely ei ole tehokas tapa ihmisen ja koneen vuorovaikutukseen, koska tekniikka on altis virheille.
Vuorovaikutus koneiden kanssa komentorivikäyttöliittymän avulla
Komentorivikäyttöliittymän kehitys seuraa eräkäsittelyä. Komentorivikäsittely on interaktiivisempi tapa, jolla käyttäjä voi olla vuorovaikutuksessa koneen kanssa, ja antaa käyttäjän antaa suoria komentoja koneelle. Tämä tehdään syöttämällä peräkkäisiä tekstirivejä tekstiä hyväksyvällä ohjelmalla. Tämä oli ensisijainen tapa käsitellä koneita 1960-luvulla.
Vuorovaikutus koneiden kanssa käyttämällä graafisia käyttöliittymiä
Graafiset käyttöliittymät (GUI) muodostavat seuraavan vaiheen ihmisen ja tietokoneen välisessä vuorovaikutuksessa. Näiden käyttöliittymien avulla loppukäyttäjät voivat olla vuorovaikutuksessa koneiden kanssa käyttämällä monipuolisia graafisia elementtejä, kuten ikkunoita, painikkeita ja kuvakkeita. Tätä kutsutaan WIMP-malliksi (ikkunat, kuvakkeet, valikot ja osoittimet). Varsinaisia sitoutumiseen käytettyjä laitteita ovat laitteet, kuten näppäimistöt ja hiiret.
WIMP:n jälkeinen vaihe
Kun tietokoneiden ja teknologian käyttö lisääntyy nyky-yhteiskunnassa, tarvitaan kehittyneempää ihmisen ja tietokoneen välistä vuorovaikutusta. Tämä on johtanut kosketusnäyttöjen ja tarttuvien käyttöliittymien kehittämiseen, joiden avulla käyttäjät voivat olla vuorovaikutuksessa virtuaalisten objektien kanssa fyysisten kahvojen avulla.
HMI ja valmistus
Käyttöliittymän rooli SCADA-järjestelmissä
Useimmat SCADA-järjestelmät (Supervisory Control and Data Acquisition) perustuvat sulautettuihin käyttöliittymäkomponentteihin toimiakseen tehokkaasti. SCADA-järjestelmä on laitoksen tai laitoksen tärkein yleinen ohjausjärjestelmä, ja se on vastuussa kaikkien monimutkaisten toimintojen säätelystä.
Perinteisesti tuotantolinjan integroimiseksi käyttöliittymään HMI on liitettävä ohjelmoitavaan logiikkaohjaimeen (PLC), ja käyttöliittymä näyttää PLC:ltä vastaanotetut tiedot ja syöttää käyttäjältä PLC:lle. Nämä graafiset näytöt ovat usein hyvin yksinkertaisia.
Peruskäyttöliittymän avulla käyttäjä tai laitoksen johtaja voi tarkistaa tyypilliset parametrit, kuten koneen lämpötilan, prosessien määrät, koneen tilan ja materiaalimäärät.
Esimerkkejä käyttöliittymästä ja SCADAsta
Käyttöpäätteitä sisältäviä vakioskenaarioita löytyy monista veden- ja jätevedenpuhdistamoista. Nämä tilat kohtaavat usein haasteita, koska vedenkäsittelyssä on monia vaiheita, kuten seulonta, pumppaus ja erilaisten haitallisten mikro-organismien ja jäämien poistaminen. Lisäksi jokainen käsittelyvaihe voi tapahtua kilometrien päässä toisistaan olevilla alueilla, mikä tarkoittaa, että laitteiden ja prosessien seuranta ja ohjaus voi olla haasteellista.
SCADA-järjestelmään integroitu HMI-näyttö on tyypillisesti kytketty PLC:hen, jonka avulla käyttäjä voi etänä seurata veden tasoa, pH:ta, pumppuja, liuenneita kiintoaineita tai tiettyjen myrkyllisten kemikaalien tasoja.
Käyttöliittymää voidaan käyttää pumppujen käynnistämiseen ja sammuttamiseen säiliön tason mukaan. Lisäksi jos pH laskee tietyn tason alapuolelle, HMI näyttää tyypillisesti hälytyksen, jota voidaan säätää kosketusnäytön avulla. Tällä tavalla käyttöliittymän avulla käyttäjä voi seurata ja ohjata vedenkäsittelyn prosesseja ja vaiheita.
Monet nykyaikaiset teollisuuskäyttöliittymät, jotka on kehitetty älykkääseen tehdasympäristöön, sisältävät runsaasti multimediaominaisuuksia. Niiden avulla käyttäjät voivat vastaanottaa integroituja tekstiviestihälytyksiä koneen tilasta, sähköpostihälytyksiä ja katsoa myös integroituja videoita tehtaan lattiaprosesseista. Kehittyneemmät käyttöliittymät mahdollistavat useiden koneiden ja toimintojen etäohjauksen useissa paikoissa sekä laitoksen toimintojen analysoinnin. Käyttöliittymät voivat myös näyttää kojelaudat, joissa on tuotantoon ja tehtaisiin liittyviä KPI:itä.
Tämän seurauksena käyttöliittymän rooli kehittyy nopeasti, kun uusia teknologioita integroidaan jatkuvasti.
Tärkeimmät edut investoimalla kehittyneeseen käyttöliittymään laitoksessasi
Nykyään markkinoilla on useita kehittyneitä käyttöliittymiä, jotka voivat valvoa ja ohjata laitoksen koneita. Mitä tulee investointiin edistyneeseen käyttöliittymään, jossa on useita ominaisuuksia, kuten mahdollisuus valvoa koneita etänä ja käyttää KPI-tulostusnäyttöjä, tärkein etu on tehtaan prosessien ja toimintojen virtaviivaistaminen.
Toinen suuri etu on mahdollisuus tarkastella helposti tärkeitä reaaliaikaisia tietoja. Nämä nykyaikaisten edistyneiden käyttöliittymien ominaisuudet auttavat suuresti vähentämään kasviympäristön monimutkaisuutta.
Lisäksi laitosten omistajat voivat käyttää käyttöliittymää reagoidakseen nopeasti muuttuviin tai haastaviin olosuhteisiin. Tämän seurauksena tehokkuus lisääntyy lyhentyneen seisokkiajan vuoksi. Tämä antaa laitosten omistajille älykkäitä järjestelmiä, jotka voivat vähentää kustannuksia ja jätettä ja viime kädessä parantaa prosesseja ja kannattavuutta.
Tulevaisuudessa reuna- tai konetason käyttöliittymät tulevat entistä tehokkaammiksi ja niillä on mahdollisuus kilpailla reaaliajassa.
Pitäisikö minun rakentaa vai ostaa HMI?
Tehdasomistajien usein kohtaama kysymys on: "Pitäisikö minun rakentaa tai ostaa käyttöliittymä?". Tämä on hyvin laaja kysymys, johon ei ole helppoa vastausta, koska huomioon on otettava monia muuttujia. Jotkut esitettävät kysymykset ovat:
- Mitä prosesseja ja toimintoja käyttöliittymän on ohjattava tehtaalla?
- Mitä koneita ja parametreja laitoksen tulee valvoa?
- Kuinka monimutkainen käyttöliittymän tulee olla?
- Onko organisaatiolla omaa asiantuntemusta ja tietämystä?
- Onko tehtaan omistajalla aikaa suunnitella, kehittää ja testata käyttöliittymä?
- Markkinoiden tarve modernisoida tuotteita nopeasti ja onko se mahdollista yrityksen sisällä
- Markkinat pakottavat myös nopeaan teknologiseen kehitykseen, joten samat näkökohdat pätevät
- Onko mahdollista sisällyttää ulkoista teknologiaa olemassa olevaan sisäiseen kehitystiimiin?
- Mikä on käytettävissä oleva budjetti?
- Mikä on lopullinen tavoite; yksinkertainen prototyyppi tutkimusprojektiin vai täysin ladattu toimiva ohjattu versio käyttöliittymästä?
Lopulta, ellei laitoksen omistajalla tai valmistajalla ole kokemusta käyttöliittymän suunnittelusta, kehittämisestä ja rakentamisesta, on usein järkevämpää ostaa. Tämä säästää aikaa ja tarjoaa testatun ratkaisun. Ainakin tutkimusta tulisi tehdä ja valmistajan tai laitoksen omistajan tulee kuulla konsulttia tai asiantuntijaa ennen oman käyttöliittymän suunnittelua.
Ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutuksen tulevaisuus
Tällä hetkellä on olemassa erilaisia ennusteita siitä, miltä HCI:n seuraavan tason tulevaisuus voisi näyttää. Teknologioiden, kuten pilvipalvelun, kognitiivisen tietojenkäsittelyn ja esineiden internetin (IoT) odotetaan vaikuttavan HCI:n seuraavan tason kehitykseen.
Ennustaminen, mitä tapahtuu sitoutumisen seuraavalla tasolla, on haaste. Ei ole kuitenkaan epäilystäkään siitä, että ihmisen ja tietokoneen välisiä kumppanuuksia tulee olemaan korkeampi, mikä lisää tuottavuutta eri toimialoilla.
Teollisuus 4:n vaatimuksiin nähden.{1}} Industrial HMI tulee myös näkemään uusia ja nousevia teknologioita, jotka vaikuttavat koko käyttöliittymään.