Un'interfaccia uomo-macchina o HMI è definita come una caratteristica o componente di un particolare dispositivo o applicazione software che consente agli esseri umani di interagire con le macchine. Alcuni esempi di comuni dispositivi HMI che incontriamo nella nostra vita quotidiana includono touchscreen e tastiere.
Le HMI utilizzate negli ambienti industriali sono principalmente schermi o touchscreen che collegano gli utenti a macchine, sistemi o apparecchiature. Gli operatori degli impianti utilizzano le HMI per controllare e automatizzare le macchine e le loro linee di produzione. Le HMI possono essere semplici display montati su macchine di impianti, touchscreen avanzati, pannelli di controllo multi-touch, pulsanti, computer con tastiere, dispositivi mobili o tablet.
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L'evoluzione dell'interfaccia uomo-macchina
Interazione con le macchine tramite elaborazione batch
Negli anni '50, l'elaborazione in batch era il metodo dominante per gestire le macchine per quanto riguarda l'input.
L'elaborazione batch richiedeva all'utente di specificare tutti i dettagli e la sequenza delle attività, solitamente utilizzando una scheda perforata. Questa scheda perforata veniva inserita nella macchina. La macchina valuta la scheda perforata e fornisce i risultati. L'elaborazione batch non è una modalità efficace di interazione uomo-macchina perché la tecnica è soggetta a errori.
Interazione con le macchine tramite l'interfaccia della riga di comando
Lo sviluppo dell'interfaccia a riga di comando segue l'elaborazione batch. L'elaborazione a riga di comando è un modo più interattivo per l'utente di interagire con la macchina e consente all'utente di impartire comandi diretti alla macchina. Ciò avviene immettendo righe di testo successive tramite un programma che accetta testo. Questo era il modo principale di gestire le macchine negli anni '60.
Interazione con le macchine tramite interfacce grafiche utente
Le interfacce utente grafiche (GUI) costituiscono la fase successiva dell'interazione uomo-computer. Queste interfacce consentono agli utenti finali di interagire con le macchine utilizzando elementi grafici avanzati come finestre, pulsanti e icone. Questo è chiamato modello WIMP (finestre, icone, menu e puntatori). I dispositivi effettivi utilizzati per l'interazione includono dispositivi come tastiere e mouse.
Fase post-WIMP
Con l'aumento dell'uso di computer e tecnologia nella società moderna, è richiesto un livello più sofisticato di interazione uomo-computer. Ciò ha portato allo sviluppo di touchscreen e interfacce utente impugnabili che consentono agli utenti di interagire con oggetti virtuali utilizzando maniglie fisiche.
HMI e produzione
Il ruolo dell'HMI nei sistemi SCADA
La maggior parte dei sistemi SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) si basa su componenti HMI integrati per funzionare in modo efficiente; il sistema SCADA è il principale sistema di controllo generale di un impianto o di una struttura ed è responsabile della regolamentazione di tutte le complesse operazioni che si verificano.
Tradizionalmente, per integrare una linea di produzione con un HMI, l'HMI deve essere collegato a un Programmable Logic Controller (PLC) e l'HMI visualizza i dati ricevuti dal PLC e fornisce input dall'utente al PLC. Queste visualizzazioni grafiche sono spesso molto semplici.
Un'interfaccia uomo-macchina di base consente all'operatore o al responsabile dell'impianto di controllare parametri tipici quali la temperatura della macchina, i conteggi dei processi, lo stato della macchina e i conteggi dei materiali.
Esempi di HMI e SCADA
Gli scenari standard che coinvolgono gli HMI si trovano in molti impianti di trattamento delle acque e delle acque reflue. Queste strutture spesso affrontano delle sfide perché il trattamento delle acque comporta molte fasi, come la selezione, il pompaggio e la rimozione di vari microrganismi e residui nocivi. Inoltre, ogni fase del trattamento può avvenire in aree distanti chilometri, il che significa che il monitoraggio e il controllo delle apparecchiature e dei processi possono essere una sfida.
Uno schermo HMI integrato in un sistema SCADA è solitamente collegato a un PLC, che consente all'operatore di monitorare da remoto i livelli dell'acqua, il pH, le pompe, i solidi disciolti o i livelli di alcune sostanze chimiche tossiche.
L'HMI può essere utilizzato per accendere e spegnere le pompe in base al livello del serbatoio. Inoltre, se il pH scende sotto un certo livello, l'HMI in genere visualizza un allarme, che può essere regolato tramite il monitor touch screen. In questo modo, l'HMI consente all'operatore di monitorare e controllare i processi e le fasi del trattamento dell'acqua.
Molte HMI industriali moderne sviluppate per l'ambiente smart factory sono ricche di capacità multimediali. Consentono agli utenti di ricevere avvisi SMS integrati sullo stato della macchina, avvisi e-mail e anche di guardare video integrati dei processi del reparto produzione. Le HMI più sofisticate consentono il controllo remoto di più macchine e operazioni in più siti, nonché l'analisi delle operazioni dell'impianto. Le HMI possono anche visualizzare dashboard con KPI di produzione e relativi all'impianto.
Di conseguenza, il ruolo dell'HMI si sta evolvendo rapidamente man mano che vengono integrate nuove tecnologie.
Principali vantaggi dell'investimento in un HMI avanzato per il tuo impianto
Oggigiorno, sul mercato sono disponibili numerose HMI avanzate in grado di monitorare e controllare i macchinari degli impianti. In termini di investimento in una HMI avanzata con più funzionalità, come la capacità di monitorare da remoto le macchine e utilizzare dashboard di output KPI, il vantaggio principale è la semplificazione dei processi e delle operazioni degli impianti.
Un altro grande vantaggio è la possibilità di visualizzare facilmente dati critici in tempo reale. Questi attributi delle moderne HMI avanzate aiutano notevolmente a ridurre la complessità dell'ambiente dell'impianto.
Inoltre, i proprietari di impianti possono usare le HMI per rispondere rapidamente a condizioni mutevoli o difficili. Di conseguenza, l'efficienza aumenta grazie alla riduzione dei tempi di inattività. Ciò fornisce ai proprietari di impianti sistemi intelligenti che possono ridurre costi e sprechi e, in ultima analisi, migliorare processi e redditività.
In futuro, le HMI edge o a livello macchina diventeranno ancora più potenti e avranno la possibilità di competere in tempo reale.
Dovrei costruire o acquistare un'HMI?
La domanda che spesso si pongono i proprietari di fabbriche è: "Dovrei costruire o acquistare un HMI?". Questa è una domanda molto ampia e non è facile rispondere perché ci sono molte variabili da considerare. Alcune delle domande da porsi sono:
- Quali processi e operazioni devono essere controllati dalle HMI in una fabbrica?
- Quali macchine e parametri deve monitorare l'impianto?
- Quanto deve essere complessa l'HMI?
- L'organizzazione dispone di competenze e conoscenze interne?
- Il proprietario della fabbrica ha il tempo di progettare, sviluppare e testare l'HMI?
- La necessità del mercato di modernizzare rapidamente i prodotti e se è fattibile all'interno dell'azienda farlo
- Anche il mercato sta imponendo rapidi progressi tecnologici, quindi valgono le stesse considerazioni
- È possibile incorporare la tecnologia esterna nel team di sviluppo interno esistente?
- Qual è il budget disponibile?
- Qual è l'obiettivo finale: un semplice prototipo per un progetto di ricerca o una versione completamente funzionante e controllata dell'HMI?
In definitiva, a meno che il proprietario dell'impianto o il produttore non abbia esperienza nella progettazione, sviluppo e costruzione di HMI, spesso ha più senso acquistare. Ciò farà risparmiare tempo e fornirà una soluzione che è stata testata. Come minimo, si dovrebbe fare della ricerca e il produttore o il proprietario dell'impianto dovrebbe consultare un consulente o un esperto prima di iniziare a progettare la propria HMI.
Il futuro dell'interazione uomo-computer
Attualmente, ci sono varie previsioni su come potrebbe essere il futuro del prossimo livello di HCI. Si prevede che tecnologie come il cloud computing, il cognitive computing e l'Internet of Things (IoT) svolgeranno tutte un ruolo nello sviluppo del prossimo livello di HCI.
Prevedere cosa emergerà al prossimo livello di coinvolgimento è una sfida. Tuttavia, non c'è dubbio che ci sarà un livello più elevato di partnership uomo-computer che guiderà la produttività in tutti i settori.
Per quanto riguarda le esigenze dell'Industria 4.0, l'HMI industriale vedrà anche un'ulteriore integrazione di tecnologie nuove ed emergenti che avranno un impatto sull'HMI nel suo complesso.