Co zachovat a co přepracovat při migraci HMI

OBRÁZEK 1: Budoucí rozhraní člověk–stroj (HMI) může uživateli poskytovat více informací v reálném čase, což umožňuje chytřejší a lepší rozhodování. Obrázky poskytla společnost Polytron OBRÁZEK 1: Budoucí rozhraní člověk–stroj (HMI) může uživateli poskytovat více informací v reálném čase, což umožňuje chytřejší a lepší rozhodování. Obrázky poskytla společnost Polytron

Neuspěchejte svou příští aktualizaci softwaru HMI nebo SCADA tím, že zachováte stejný design obrazovek. Podívejte se na šest osvědčených postupů pro design rozhraní HMI.

Rozhraní člověk–stroj (HMI) urazilo od svého vzniku v 80. letech minulého století, kdy se ve výrobě rozšířily počítače, dlouhou cestu a dnešní optimalizované závody si zaslouží optimalizované návrhy rozhraní HMI.

HMI byla vyvinuta, aby lidé mohli komunikovat s programovatelnými automaty (PLC), které byly zavedeny v 70. letech 20. století a jež nahradily drátovou reléovou logiku. PLC a HMI způsobily v mnoha ohledech revoluci ve výrobě, protože poskytují větší flexibilitu, lepší kontrolu i přehled.

Posuneme-li se v čase vpřed, vidíme, že se technologie dále vyvinula, ale také že se uživatelé naučili, jak s ní efektivněji pracovat. V souladu s přístupem „více znamená lépe“ byla HMI zaplavena informacemi a alarmy, které zobrazovaly všechny dostupné informace. A bylo jich hodně. Už jsme se nespokojili s informací, že došlo k poruše frekvenčního měniče (VFD), ale měli jsme možnost informovat uživatele, která z více než 300 dostupných poruch VFD problém způsobila.

To všechno jsou skvělé informace, ale rychle se staly zahlcujícími a vedly k iniciativám, jako je správa poplachů a koncepce situačního povědomí, které mají efektivněji prezentovat informace pro lidskou spotřebu. Základem těchto modernějších interakcí s člověkem byl koncept správné informace správné osobě ve správný čas.

Většina rozhraní HMI stále běží na plochých displejích nebo monitorech, ale již se začínáme seznamovat s tím, jak budou vypadat rozhraní HMI nové generace. Rozšířená realita (AR) a chytré brýle se začaly objevovat na základních provozních úrovních závodů jako rozhraní pro operátory a osvědčily se především v oblasti údržby a montáže dílů. Jak se tyto technologie vyvíjejí a sbližují s umělou inteligencí (AI) a náhlavními displeji, je snadné si představit, že v nepříliš vzdálené budoucnosti už nebudeme displeje a monitory potřebovat.

Modernizace starších rozhraní HMI

Přestože budoucí rozhraní HMI budou vypadat jinak než současné displeje a monitory, stále je třeba se zabývat krátkodobými možnostmi, jak učinit rozhraní HMI uživatelsky přívětivějšími s využitím dnes dostupných řešení a technologií. Schopnost operátora efektivně komunikovat s HMI přímo ovlivňuje produktivitu připojeného výrobního systému.

Ve výrobních provozech je spousta zastaralých systémů HMI, z nichž mnohé jsou staré několik desetiletí. V mnoha případech se k nim přistupuje způsobem „funguje to, naučili jsme se to používat, tak na to nesahejme“.

Zastarávání hardwaru a softwaru a obavy o kybernetickou bezpečnost jsou obvykle podnětem k zahájení modernizace HMI s dalšími výhodami plynoucími z využití novějších technologií. Nikdo nechce používat vyklápěcí telefon, když je k dispozici chytrý telefon. 

Modernizace starších rozhraní HMI dvěma způsoby

Dva způsoby modernizace starších HMI:

1. Zachovat stejný design, ale přenést jej na novější hardware a software.

2. Přepracovat rozhraní HMI s cílem řešit známé problémy a využít lepší design a nejnovější technologie.

Pro každý z nich lze uvést argumenty. Na základě analogie s výklopným a chytrým telefonem můžeme snadno zjistit, že první přístup ponechává nevyužité příležitosti. Je třeba také poznamenat, že většina výrobců má nyní jiné prostředí a jiné pracovní síly než v době, kdy byla tato HMI původně nasazena. Nejnovější generace pracovníků vyrostla s mobilními zařízeními, metodikou řešení založenou na aplikacích („na to existuje aplikace“) a všudypřítomným přístupem k internetu, který umožňuje rychle najít řešení. Dnešní výrobní prostředí vyžaduje štíhlejší pracovní sílu, vyšší efektivitu strojů a systémů, větší flexibilitu a vyšší cíle v oblasti produktivity a kvality, což potřebuje vyšší výkon HMI, který tyto požadavky podporuje.

Šest osvědčených postupů pro design rozhraní HMI

HMI využívající nejnovější technologie jsou nyní schopna podporovat pokročilejší funkce, které se obvykle dodávají jako součást systému SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), nebo dokonce řešení MI (Manufacturing Intelligence). Moderní HMI mohou podporovat a využívat následující řešení a funkce:

  1. Mobilita: Přístup je nyní snadnější prostřednictvím chytrých telefonů a tabletů, aniž by bylo nutné měnit design obrazovky. Je to klíč k tomu, aby se správné informace dostaly ke správné osobě ve správný čas, a k podpoře štíhlejší pracovní síly. Širší přístup také rozšiřuje okruh uživatelů, kteří se mohou podílet na údržbě systému. Odborníci, kteří nejsou na místě, mohou přispět bohatými zkušenostmi na dálku. Pandemie ukázala sílu přítomnosti na dálku.
  2. Výsledkové tabulky: Přidání velkých monitorů s plochou obrazovkou nad klíčová provozní stanoviště umožňuje operátorům velmi rychle vidět problémy, které je třeba řešit, aniž by museli přecházet k HMI a snažit se najít obrazovku, jež problém popisuje.
  3. Bezpapírové řešení: Formuláře, tabulky a další manuální mechanismy sledování dat lze nyní snáze podporovat digitálně. Opravdu není důvod mít stále papír na provozní úrovni závodu.
  4. Řídicí místnosti: Vzhledem k tomu, že se pracovní síla zeštíhluje a každý operátor musí obsluhovat více automatizovaných zařízení, umožňují koncepty, jako je řídicí místnost, operátorovi efektivněji sledovat více systémů najednou. Koncepce distribuované řídicí místnosti představují to nejlepší z obou světů: poskytují přehled o mnoha systémech a zároveň flexibilitu, která umožňuje mít tento přehled v rukou neustále se pohybujících pracovníků.
  5. Situační povědomí: Tato koncepce designu HMI umožňuje zvýraznit operátorům prakticky využitelné informace pomocí definovaného barevného kódování na pozadí ve stupních šedi, aby se zvýraznily položky vyžadující pozornost. Tento přístup představuje zásadní změnu paradigmatu v převádění dat na prakticky využitelné informace. Větší důraz je kladen na to, „kde bychom měli být“, než na to, „kde jsme“.
  6. Správa alarmů: Vydávání alarmů na vše, co se odchyluje od přijatelných mezí, zahltilo operátory do té míry, že alarmy ignorují. Součástí každého přepracování rozhraní HMI by mělo být stanovení úrovní priority pro rozlišení mezi alarmem, který lze prakticky využít, a informačním alarmem.

Standardy rozhraní HMI

Standardizace HMI je základním konceptem pro efektivní využití moderního designu. Standardizace zahrnuje grafické standardy, konvence pojmenování a koncepty návrhu aplikací – jednotný vzhled a dojem, které podporují vyšší efektivitu v provozu. Jedná se o osvědčený postup použití snadno rozpoznatelných vizuálních prvků pro zvýšení produktivity v místě použití. Jakmile se standardy začnou používat v podnikovém měřítku, celkové přínosy se znásobí.

Standardizace na úrovni systému a stroje zajišťuje konzistentnost, jež posiluje důvěru uživatelů v očekávání, jak věci fungují. Například tlačítko, které uživatele přenese zpět do hlavní nabídky, by mělo být při každém použití umístěno na stejném místě. Pokud se umístění na jednotlivých obrazovkách liší, dochází ke zmatkům a neefektivitě. Pokud navíc ovládací prvky pro zřídka používaná zařízení fungují stejně jako pro zařízení s častým přístupem, uživatel bude mít základ pro to, jak s nimi pracovat.

Na úrovni pracoviště uživatelé, kteří se pohybují mezi výrobními systémy, chápou, jak ovládací prvky fungují, a to bez ohledu na přiřazení. Konzistentní ovládací prvky mezi výrobními systémy jsou přínosem pro provoz, protože umožňují efektivně a plynuleji pracovat s více systémy. Konzistentní možnosti řešení problémů napříč systémy jsou navíc přínosné i pro údržbu. Například porucha motoru na lince A je hlášena a resetována úplně stejně jako na lince B. Konzistentní systémy HMI snižují nároky na školení nových i zkušených operátorů.

Maximální přínos standardizace HMI je realizován na podnikové úrovni. Uživatelé, kteří se pohybují mezi výrobními lokalitami, vědí, jak efektivněji pracovat a řešit problémy. Školení a dokumentace jsou ještě efektivnější. Z hlediska vývoje mohou provozy s osvědčenými postupy využívat řešení napříč celým podnikem.

Například závod A může mít více zkušeností s procesem, zatímco závod B má více zkušeností s balením. Závod A může využívat procesní řešení pro oba závody, zatímco závod B využívá řešení pro balení. Standardizace umožňuje oběma závodům sdílet řešení a maximalizovat možnosti na více lokalitách. Výsledkem je bezproblémový pracovní proces, jenž umožňuje pracovníkům pracovat na nejvyšší úrovni výkonu. 

CTL2206 MAG2 F3 HMI migration Polytron Fig2OBRÁZEK 2: Dobré rozhraní HMI by se mělo snadno používat a poskytovat uživateli neustálý přehled o situaci

Tři výhody standardizovaného HMI

Standardizované rozhraní HMI také usnadňuje rychlé a snadné školení o změnách nebo aktualizacích; školení nových zaměstnanců je jednotné pro všechny zaměstnance. Tři nejdůležitější výhody standardizovaného HMI:

  1. Vyšší produktivita: Snadné používání a funkčnost systémů HMI zvýší celkovou efektivitu zařízení a produktivitu pracovníků. Aktualizovaný řídicí systém usnadňuje spouštění, zastavování, odstraňování problémů a provádění změn ve výrobě.
  2. Snadno srozumitelná technologie: Kromě vyšší produktivity obsluhy se zlepšují i další úkony. Zjednodušují se školení, řešení problémů a změny linek. Vyškolený operátor linky může kdykoli přistoupit k HMI a snadno pochopit, co se v určité fázi výroby děje. Použité programovací standardy usnadňují uživatelům proniknout hlouběji do ovládacích prvků prostřednictvím HMI a získat více informací o situaci.
  3. Cenová výhodnost: Návratnost investice do standardizace HMI se rychle vrátí díky efektivitě, kterou přináší do provozu, a to díky zkrácení odstávek při řešení problémů a změnách zařízení a zvýšení produktivity operátorů, údržby a technického zajištění.

Je důležité zaměřit se na efektivní design HMI, který dobře funguje a dobře vypadá. Efektní animace a software mohou při předvádění HMI vypadat působivě, ale nepřispívají k vyšší efektivitě HMI – zpomalují operátora, když se potřebuje dostat k zařízením a informacím. V oblasti HMI je osvědčeným postupem proměňovat data na prakticky využitelné informace.

HMI nové generace

Nové softwarové a hardwarové technologie, které jsou dnes k dispozici, představují příležitost, aby nová generace HMI poskytovala informace, nikoli pouze data. Uživatelé byli zaplavováni daty, ale problémem je získat prakticky využitelné informace v místě použití.

Díky flexibilitě HMI se informace dostanou k operátorovi kdekoli se na základní výrobní úrovni nachází a velké ploché displeje nebo tabule v provozu přinesou uživatelům informace tam, kde je to potřeba. Uživatelé mohou jedním pohledem zjistit, jak si linka vede, zobrazit poruchy, varování, problémy s kvalitou a výkonnost podle stanovených klíčových ukazatelů výkonnosti (KPI) a výrobních cílů. Tyto informace v reálném čase umožňují operátorovi činit vhodná rozhodnutí a změny, aby splnil nebo překročil stanovené cíle.

Další zařízení s interaktivním rozhraním, jako jsou chytré telefony a tablety, se připojují ke stejnému přizpůsobenému a standardizovanému zobrazení informací, které lze použít a jež jsou poskytovány těm, kteří je potřebují tam, kde jsou třeba, a to kdekoli v podniku. Chytré telefony poskytují přehled o klíčových ukazatelích výkonnosti, kritických závadách a problémech s kvalitou, což umožňuje přijímat rozhodnutí na vyšší úrovni pro celkovou provozní dokonalost. Tablety poskytují mobilní bezdrátové rozhraní HMI pro diagnostiku a řešení problémů. Při použití tabletu jako nástroje pro řešení problémů je HMI tam, kde ho technik potřebuje, obvykle v provozu a stále v pohybu.

S podporou inteligentního rozhraní HMI a s aktivním vysíláním informací se operátoři a technici mohou bez problémů pohybovat po závodě a s jistotou udržovat výrobu na nejvyšší úrovni. Tento způsob práce podporuje školení tím, že v reálném čase poskytuje relevantní přístup ke standardním postupům, návodům na řešení problémů a cenným referenčním materiálům. Automatizovaná eskalace kritických závad a problémů s kvalitou zajišťuje, že jsou správné osoby informovány ve správný čas, aby mohly přijmout správná opatření.

Rozhraní HMI nové generace pomáhají operátorům a technikům činit chytřejší rozhodnutí, která ovlivňují hospodářský výsledek podniku.

Chris Parkinson je architekt inteligentních výrobních systémů ve společnosti Polytron Inc. Polytron je členem CSIA, obsahového partnera vydavatelství CFE Media. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com