Интерфейс «человек-машина» или HMI определяется как функция или компонент конкретного устройства или программного приложения, который позволяет людям взаимодействовать с машинами. Некоторые примеры распространенных устройств HMI, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, включают сенсорные экраны и клавиатуры.
HMI, используемые в промышленных средах, в первую очередь представляют собой экраны или сенсорные экраны, которые подключают пользователей к машинам, системам или оборудованию. Операторы заводов используют HMI для управления и автоматизации машин и их производственных линий. HMI могут быть простыми экранными дисплеями, установленными на заводских машинах, усовершенствованными сенсорными экранами, панелями управления с поддержкой мультитач, кнопками, компьютерами с клавиатурой, мобильными устройствами или планшетами.
Переведено с помощью DeepL.com (бесплатная версия)
Эволюция человеко-машинного интерфейса
Взаимодействие с машинами с использованием пакетной обработки
В 1950-х годах пакетная обработка была доминирующим способом работы с машинами, когда речь шла о входных данных.
Пакетная обработка требовала от пользователя указания всех деталей и последовательности задач, обычно с помощью перфокарты. Эта перфокарта вставлялась в машину. Машина оценивала перфокарту и выдавала результаты. Пакетная обработка не является эффективным способом взаимодействия человека и машины, поскольку эта техника подвержена ошибкам.
Взаимодействие с машинами с использованием интерфейса командной строки
Разработка интерфейса командной строки следует за пакетной обработкой. Обработка командной строки — более интерактивный способ взаимодействия пользователя с машиной, позволяющий пользователю давать машине прямые команды. Это делается путем ввода последовательных строк текста с помощью программы, которая принимает текст. Это был основной способ работы с машинами в 1960-х годах.
Взаимодействие с машинами с использованием графических пользовательских интерфейсов
Графические пользовательские интерфейсы (GUI) представляют собой следующую стадию взаимодействия человека и компьютера. Эти интерфейсы позволяют конечным пользователям взаимодействовать с машинами с помощью богатых графических элементов, таких как окна, кнопки и значки. Это называется моделью WIMP (окна, значки, меню и указатели). Фактические устройства, используемые для взаимодействия, включают такие устройства, как клавиатуры и мыши.
Пост-WIMP фаза
С ростом использования компьютеров и технологий в современном обществе требуется более сложный уровень взаимодействия человека с компьютером. Это привело к разработке сенсорных экранов и пользовательских интерфейсов с захватом, которые позволяют пользователям взаимодействовать с виртуальными объектами с помощью физических ручек.
HMI и производство
Роль HMI в системах SCADA
Большинство систем SCADA (диспетчерского управления и сбора данных) для эффективной работы используют встроенные компоненты HMI; система SCADA является основной общей системой управления на заводе или объекте и отвечает за регулирование всех происходящих сложных операций.
Традиционно, чтобы интегрировать производственную линию с HMI, HMI должен быть подключен к программируемому логическому контроллеру (ПЛК), а HMI отображает данные, полученные от ПЛК, и обеспечивает ввод данных от пользователя в ПЛК. Эти графические дисплеи часто очень просты.
Базовый человеко-машинный интерфейс позволяет оператору или менеджеру завода проверять типичные параметры, такие как температура машины, количество процессов, состояние машины и количество материалов.
Примеры HMI и SCADA
Стандартные сценарии с участием HMI встречаются на многих водоочистных сооружениях и очистных сооружениях сточных вод. Эти сооружения часто сталкиваются с трудностями, поскольку очистка воды включает в себя множество этапов, таких как скрининг, перекачка и удаление различных вредных микроорганизмов и остатков. Кроме того, каждый этап очистки может происходить на территориях, которые находятся на расстоянии нескольких километров друг от друга, что означает, что мониторинг и управление оборудованием и процессами может быть сложной задачей.
Экран HMI, интегрированный в систему SCADA, обычно подключается к ПЛК, который затем позволяет оператору удаленно контролировать уровень воды, pH, насосы, растворенные твердые вещества или уровни определенных токсичных химикатов.
HMI может использоваться для включения и выключения насосов в зависимости от уровня в баке. Кроме того, если pH падает ниже определенного уровня, HMI обычно отображает сигнал тревоги, который можно настроить с помощью сенсорного экрана. Таким образом, HMI позволяет оператору контролировать и управлять процессами и этапами очистки воды.
Многие современные промышленные HMI, разработанные для среды интеллектуального завода, богаты мультимедийными возможностями. Они позволяют пользователям получать интегрированные SMS-оповещения о состоянии машины, оповещения по электронной почте, а также просматривать интегрированные видеозаписи процессов на заводе. Более сложные HMI позволяют удаленно управлять несколькими машинами и операциями на нескольких объектах, а также анализировать операции завода. HMI также могут отображать панели с производственными и связанными с заводом ключевыми показателями эффективности.
В результате роль HMI стремительно меняется по мере интеграции новых технологий.
Основные преимущества инвестиций в усовершенствованный HMI для вашего предприятия
Сегодня на рынке представлено множество усовершенствованных HMI, которые могут контролировать и управлять оборудованием завода. С точки зрения инвестирования в усовершенствованный HMI с множеством функций, таких как возможность удаленного контроля машин и использования панелей вывода KPI, основным преимуществом является оптимизация процессов и операций завода.
Другим важным преимуществом является возможность легко просматривать критические данные в реальном времени. Эти атрибуты современных передовых HMI значительно помогают снизить сложность среды завода.
Кроме того, владельцы заводов могут использовать HMI для быстрого реагирования на изменяющиеся или сложные условия. В результате повышается эффективность за счет сокращения простоев. Это дает владельцам заводов интеллектуальные системы, которые могут сократить расходы и отходы и в конечном итоге улучшить процессы и прибыльность.
В будущем интерфейсы HMI на уровне периферии или машины станут еще более мощными и получат возможность конкурировать в режиме реального времени.
Стоит ли мне строить или покупать HMI?
Вопрос, с которым часто сталкиваются владельцы фабрик, звучит так: «Стоит ли мне строить или покупать HMI?». Это очень широкий вопрос, на который нет простого ответа, поскольку необходимо учитывать множество переменных. Вот некоторые из вопросов, которые следует задать:
- Какие процессы и операции необходимо контролировать с помощью HMI на заводе?
- Какие машины и параметры необходимо контролировать на предприятии?
- Насколько сложным должен быть HMI?
- Имеет ли организация собственные экспертные знания и опыт?
- Есть ли у владельца завода время на проектирование, разработку и тестирование HMI?
- Потребность рынка в быстрой модернизации продукции и возможность ее осуществления внутри компании
- Рынок также форсирует быстрый технологический прогресс, поэтому применимы те же соображения.
- Возможно ли включить внешние технологии в существующую внутреннюю команду разработчиков?
- Каков доступный бюджет?
- Какова конечная цель: простой прототип для исследовательского проекта или полностью загруженная рабочая управляемая версия HMI?
В конечном счете, если у владельца завода или производителя нет опыта проектирования, разработки и создания HMI, часто имеет смысл купить. Это сэкономит время и предоставит проверенное решение. По крайней мере, следует провести исследование, а производитель или владелец завода должен проконсультироваться с консультантом или экспертом, прежде чем приступать к проектированию собственного HMI.
Будущее взаимодействия человека и компьютера
В настоящее время существуют различные прогнозы относительно того, как может выглядеть будущее следующего уровня HCI. Такие технологии, как облачные вычисления, когнитивные вычисления и Интернет вещей (IoT), как ожидается, сыграют свою роль в развитии следующего уровня HCI.
Предсказать, что возникнет на следующем уровне взаимодействия, — сложная задача. Однако нет сомнений, что будет более высокий уровень партнерских отношений между человеком и компьютером, который будет способствовать повышению производительности во всех отраслях.
С точки зрения требований Индустрии 4.0, в промышленный HMI также будет добавлена новая и перспективная технология, которая окажет влияние на HMI в целом.