Pochopení rozhraní člověk-stroj a jejich klíčové role

V dnešním rychle se vyvíjejícím technologickém prostředí se interakce mezi lidmi a stroji stává stále sofistikovanější. Klíčovou součástí této interakce je rozhraní člověk-stroj (HMI), které slouží jako most mezi obsluhou a strojem. Tento článek se zabývá podstatou HMI, zkoumá jejich funkce, komponenty a klíčovou roli, kterou hrají při zlepšování uživatelské zkušenosti (UX) a produktivity. Budeme také diskutovat o významu průmyslových HMI a nejnovějších trendech a technologiích, které mění interakci mezi člověkem a strojem.

Co přesně je rozhraní člověk-stroj?

Jak název napovídá, HMI je jakýkoli typ rozhraní, které umožňuje lidem komunikovat se stroji, systémy nebo zařízeními. Uživatelská rozhraní HMI jsou navržena pro obousměrnou komunikaci, která operátorům zobrazuje informace a umožňuje jim zadávat příkazy. Navzdory běžnému mylnému názoru je HMI více než jen dotykový panel. Zahrnuje širokou škálu prvků, kterých se obsluha dotkne, uvidí, uslyší nebo použije k provádění funkcí a přijímání informací. To zahrnuje elektromechanická tlačítka, spínače, vizuální a zvukové indikátory stavu a vícevrstvé dotykové obrazovky s grafickým uživatelským rozhraním (GUI) s digitálními klávesami.

Účel systému HMI

Hlavním účelem HMI je usnadnit efektivní a účinnou komunikaci mezi obsluhou a strojem. Díky uživatelsky přívětivé interakci mezi člověkem a strojem usnadňují HMI obsluze monitorování a řízení strojů, systémů nebo procesů. Tato interakce může sahat od jednoduchých funkcí, jako je zapnutí nebo vypnutí zařízení, až po složitější operace, jako je konfigurace parametrů systému nebo řešení problémů. Za každým operátorským rozhraním se obvykle nachází programovatelný logický automat (PLC), který v případě dotykových panelů může být také přímo integrován do HMI.

Průmyslové HMI panely

Průmyslová rozhraní člověk-stroj hrají zásadní roli v různých odvětvích, včetně výroby, energetiky, dopravy a zdravotnictví. Tyto ovládací panely HMI jsou navrženy tak, aby odolávaly drsným podmínkám a poskytovaly spolehlivý výkon i v náročných podmínkách.

Aplikace průmyslových HMI

Průmyslové HMI panely se používají v široké škále aplikací, například:

• Výroba: monitorování a řízení výrobních procesů, správa strojů a zajištění kvality produktů
• Energie: dohled nad systémy výroby a distribuce energie, správa obnovitelných zdrojů energie a optimalizace energetické účinnosti
• Doprava: dohled nad dopravními systémy, jako jsou železnice, metro a letiště, s cílem zajistit jejich bezpečný a efektivní provoz
• Zdravotnictví: správa zdravotnického vybavení, monitorování údajů o pacientech a zajištění bezpečnosti a pohodlí pacientů
   

Výzvy a úvahy při navrhování průmyslových HMI

Návrh průmyslových HMI představuje jedinečné výzvy, mezi které patří:

• Náročné podmínky: Průmyslové HMI musí být konstruovány tak, aby odolávaly extrémním teplotám, vlhkosti, prachu a vibracím.
• Spolehlivost: Výkon těchto rozhraní musí být konzistentní a spolehlivý, i když jsou v nepřetržitém provozu.
• Bezpečnost: Musí zajistit ochranu citlivých údajů a zabránit neoprávněnému přístupu do systému, například prostřednictvím správy rolí a oprávnění.
• Přizpůsobení: Průmyslové HMI musí být přizpůsobeno specifickým potřebám daného odvětví a provozním požadavkům zařízení.
   

Součásti HMI

Panel nebo systém HMI se skládá z různých hardwarových a softwarových komponentů, které společně zajišťují plynulý uživatelský komfort. Tyto komponenty zahrnují:

• Dotykový panel: Jedná se o nejběžnější zařízení HMI, která dnes umožňují obsluze komunikovat se stroji prostřednictvím dotykových vstupů.
• Elektromechanická tlačítka a spínače: Mnoho HMI také obsahuje fyzická tlačítka a spínače, které poskytují hmatovou zpětnou vazbu, zejména v prostředích, kde dotykové panely nemusí být vhodné.
• Indikace stavu: Vizuální a zvukové indikátory upozorňují obsluhu na stav stroje, což jim pomáhá rychle posoudit a reagovat na případné problémy.
• Grafické uživatelské rozhraní (GUI): GUI poskytují vizuální znázornění funkcí a operací stroje, což usnadňuje obsluze pochopení a ovládání stroje.
• Komunikace: Komunikační kanály, které spojují HMI s jinými zařízeními nebo systémy, jako jsou PLC, senzory a akční členy.
   

Klíč k úspěšnému HMI

Uživatelská přívětivost HMI ovladače závisí na důkladném pochopení uživatele a kontextu, ve kterém bude HMI používáno. Před návrhem HMI je nezbytné zohlednit rozmanité demografické charakteristiky budoucích operátorů a jejich specifické potřeby, schopnosti a omezení. Tento přístup zaměřený na uživatele zajišťuje, že HMI bude intuitivní, efektivní a přístupný všem uživatelům.

Porozumění uživatele

Dobře podložená definice uživatele zahrnuje analýzu různých faktorů, jako například:

• Demografické údaje o uživatelích: úroveň vzdělání, technická zdatnost nebo jiné faktory, které mohou být relevantní 
• Role uživatele: konkrétní úkoly a povinnosti operátora, které se mohou lišit v závislosti na jeho pozici (běžný uživatel, správce atd.)
• Fyzické umístění: provozní prostředí, včetně faktorů, jako je osvětlení, teplota, úroveň hluku a vibrací, vystavení prachu, vodě a chemikáliím a zda bude HMI používáno uvnitř nebo venku
• Úkoly, které je třeba provést: konkrétní činnosti, které bude muset obsluha provést pomocí HMI
   

Přijetí přístupu zaměřeného na uživatele

Pro vytvoření efektivního HMI je zásadní přijmout přístup zaměřený na uživatele. To zahrnuje:

• Provádění uživatelského výzkumu: shromažďování údajů o potřebách, preferencích a problémech uživatelů prostřednictvím průzkumů, rozhovorů a pozorování
• Návrh s ohledem na použitelnost: vytvoření rozhraní, které se snadno naučíte, je efektivní a minimalizuje riziko chyb
• Prototypování a testování: vývoj prototypů a provádění testů použitelnosti s cílem identifikovat a vyřešit potenciální problémy před finální implementací HMI
• Iterativní zlepšování: neustálé zdokonalování HMI na základě zpětné vazby od uživatelů a měnících se požadavků
   

Výhody dobře navrženého HMI

Dobře navržený HMI nabízí řadu výhod, mezi které patří:

• Vylepšené uživatelské prostředí: Intuitivní a uživatelsky přívětivé rozhraní zvyšuje spokojenost obsluhy a produktivitu.
• Zvýšená účinnost Zefektivněné pracovní postupy a snadný přístup k informacím umožňují operátorům provádět úkoly rychleji a přesněji.
• Zvýšená bezpečnost: Jasné a stručné podání informací pomáhá obsluze činit informovaná rozhodnutí a snižuje riziko chyb.
• Lepší přehled o situaci: HMI mohou poskytovat data a výstrahy v reálném čase, díky čemuž jsou operátoři informováni o stavu systému a mohou rychle reagovat na jakékoli problémy – to je obzvláště důležité v dnešních továrnách, kde jeden operátor často zodpovídá za více strojů, které nemusí být umístěny přímo vedle sebe.

Výhody mobilních a nositelných HMI

Integrace mobilních zařízení a nositelných zařízení do systémů HMI nabízí řadu důležitých výhod, mezi které patří:

• Zvýšená mobilita: Ať už se obsluha nachází kdekoli v závodě, má trvalou kontrolu nad stroji, což zvyšuje její schopnost rychle reagovat na jakékoli problémy, které se vyskytnou.
• Vylepšené situační povědomí: Nositelná zařízení poskytují obsluze upozornění a důležité údaje v reálném čase, takže má vždy aktuální informace o stavu a výkonu stroje.
• Zvýšená účinnost: Mobilní zařízení a nositelná elektronika zefektivňují provoz tím, že poskytují snadný přístup k informacím a ovládacím funkcím, čímž snižují čas a úsilí potřebné k řízení strojů.
   

Budoucí trendy v oblasti HMI

S vývojem technologie a potřeb uživatelů se vyvíjí i možnosti HMI. Řada nedávných nebo nově se objevujících trendů změní rozhraní operátorů a učiní je inteligentnějšími a přizpůsobivějšími:

• Plné zavedení Průmyslu 4.0 zahrnuje propojení HMI s internetem věcí (IoT), konkrétněji s průmyslovým internetem věcí (IIoT), aby byla umožněna výměna dat v reálném čase a vzdálené monitorování. To zase usnadňuje pokročilou analytiku, kterou lze využít pro prediktivní analýzy a optimalizaci výkonu systému.
• Umělá inteligence (AI) a strojové učení (ML) umožňují systémům HMI učit se z interakcí uživatelů a přizpůsobovat se individuálním preferencím. Výsledkem jsou personalizovanější a efektivnější rozhraní, která předvídají potřeby obsluhy. Například HMI řízené umělou inteligencí mohou analyzovat historická data, předvídat potenciální problémy a poskytovat doporučení pro prediktivní údržbu, čímž se snižují prostoje a zvyšuje produktivita.
• Rozšířená realita (AR) a virtuální realita (VR) přinesou revoluci do oblasti HMI tím, že ji učiní více pohlcující a interaktivní. AR dokáže překrýt fyzické prostředí digitálními informacemi, což umožňuje operátorům prohlížet data a pokyny přímo ve svém zorném poli. A díky VR je možné simulovat složité scénáře, takže operátoři mohou procvičovat a zdokonalovat své dovednosti v bezpečném a kontrolovaném prostředí.
• Technologie rozpoznávání hlasu a zpracování přirozeného jazyka (NLP) jsou nyní integrovány také do rozhraní HMI, což umožňuje obsluze ovládat stroje pouhým vydáváním hlasových příkazů. To zjednodušuje provoz a snižuje potřebu fyzické, „ruční“ interakce s rozhraním. Hlasem ovládané rozhraní HMI mohou také poskytovat slovní zpětnou vazbu, čímž zlepšují komunikaci a celkový uživatelský komfort.
• Biometrická autentizace, včetně otisků prstů a rozpoznávání obličeje, může zvýšit bezpečnost a použitelnost HMI. Tyto technologie zajišťují, že k určitým funkcím řízení stroje mají přístup pouze oprávnění pracovníci, čímž se snižuje riziko neoprávněného použití a zvyšuje bezpečnost provozu.