Opracowywane są coraz nowsze metody sterowania systemami HMI w dziedzinie inżynierii mechanicznej w celu zwiększenia ich wydajności i zmniejszenia ryzyka błędu. Ale jakie czynniki programiści i decydenci powinni wziąć pod uwagę przy projektowaniu nowego systemu operacyjnego i gdzie szukać inspiracji? O rozmowę na ten temat poprosiliśmy Stefana Selke – kierownika marketingu segmentowego MOEM na region EMEA w firmie Eaton, który dobrze rozumie wymagania stawiane interfejsom człowiek-maszyna (HMI) w inżynierii mechanicznej, ponieważ sam przez wiele lat doradzał firmom przy opracowywaniu i wdrażaniu tych systemów.
CE Polska: Dlaczego do interakcji między człowiekiem a maszyną potrzebne są nowe systemy operatorskie?
Stefan Selke, Eaton: W ostatnich latach obserwujemy stały rozwój systemów sterowania produkcją. Problemem, z którym boryka się większość tych systemów, jest nieintuicyjny projekt, który oznacza potrzebę dłuższych szkoleń.
Mnóstwo niepotrzebnych elementów interaktywnych tworzy natłok informacji, które mogą szybko odstraszyć użytkowników lub po prostu ich przytłoczyć. Struktura menu zorientowana na funkcje często wiąże się z koniecznością rozłożenia zadań na wiele różnych sekcji, zmuszając do ich indywidualnego wyszukiwania i aktywacji. Złożoność nie tylko utrudnia korzystanie z takich urządzeń sterujących, ale również zwiększa ryzyko wystąpienia błędów, jeśli operator nie jest z nimi zaznajomiony. Nawet doświadczeni użytkownicy, dobrze wdrożeni w system, mogą tracić znaczną ilość czasu na wprowadzanie poleceń z powodu zagnieżdżonych konstrukcji lub stacjonarnego charakteru tradycyjnych interfejsów użytkownika.
Kolejną ważną kwestią jest to, że istniejące systemy operatorskie nie zawsze odpowiadają potrzebom konkretnych zadań, co czyni je dalekimi od optymalnych.
Stacjonarne urządzenia wejściowe oparte na urządzeniach dotykowych stały się obecnie standardem. Starsze modele często nie są najnowocześniejsze i powodują błędy paralaksy (błędna interakcja z interfejsem spowodowana ukośnym wyświetlaniem ekranu), nieodpowiednią rozdzielczość lub długi czas reakcji. Panele dotykowe starszej generacji stosowane w trudnych warunkach zapylenia lub w których użytkownicy muszą nosić rękawice, często stwarzają dodatkowe trudności. Wyświetlacze dotykowe najnowszej generacji, takie jak np. XV300 firmy Eaton, są gotowe na stawiane im wyzwania, w tym sterowanie gestami i dotykiem.
Jakie czynniki powinny być brane pod uwagę przy tworzeniu nowoczesnych systemów HMI?
Opracowanie użytecznych interfejsów człowiek-maszyna jest procesem wieloetapowym, rozpoczynającym się od wyraźnego opisu czynności, które mają być wykonywane, i określenia grup użytkowników wymaganych do ich wykonania. Drugi krok polega na opisaniu informacji wymaganych dla każdej grupy użytkowników w danym kontekście roboczym. Krok trzeci to zdefiniowanie komponentów sprzętowych i narzędzi programowych używanych przez użytkownika do uzyskiwania dostępu do informacji i wydawania poleceń. Czwarty krok polega na wdrożeniu kompletnego rozwiązania, tak aby użytkownicy widzieli jedynie dokładne informacje i opcje sterowania, których potrzebują do wykonania danego kroku.
Łatwość sterowania i możliwości użytkowe decydują o akceptacji użytkowników podczas projektowania systemów operatorskich. Dostęp użytkownika do informacji i ich wykorzystanie muszą być szybkie i bezpośrednie. Dlatego programiści muszą wziąć pod uwagę, do których jednostek sterujących i do jakich informacji użytkownicy mają dostęp, jakie polecenia mogą być wysyłane, kiedy, gdzie i jak. Ten proces powinien być możliwie najbardziej bezpośredni i intuicyjny. Rezultatem tego jest określony dla danego kontekstu, zorientowany na użytkownika system operatorski.
Deweloperzy muszą również brać pod uwagę bezpieczeństwo, ponieważ mobilne, inteligentne urządzenie, takie jak smartfon lub tablet, jest co prawda bardzo wygodne dla użytkownika, ale równocześnie stanowi jedno z najpoważniejszych zagrożeń bezpieczeństwa w systemie sterowania. Również warunki środowiskowe odgrywają znaczącą rolę w wymaganiach stawianych interfejsowi użytkownika.
Co dokładnie przedstawia zależny od treści, zorientowany na użytkownika system operatorski?
Z narzędzi i procesów produkcyjnych można pobrać duże ilości danych. Wszelkie dane, które nie są automatycznie przetwarzane, muszą być filtrowane i kategoryzowane. Użytkownik ostatecznie do realizacji swoich indywidualnych zadań potrzebuje znacznie mniej informacji. Najlepiej byłoby, gdyby miał dostęp do wszystkich informacji niezbędnych do wykonania swoich konkretnych zadań, a jego uwaga nie byłaby rozpraszana przez zbędne informacje. Formatowanie informacji powinno zatem w pełni uwzględniać treść użytkową i rzeczywiste wymogi informacyjne.
Każdy indywidualny użytkownik jest przypisany do grupy użytkowników, tzw. roli. Rola jest opisana w profilu zawierającym wszystkie zadania specyficzne dla danej roli. Każdemu zadaniu można wówczas przypisać listę wymaganych informacji.
W celu dalszego ograniczenia wymagań informacyjnych możemy dodać dodatkową warstwę treści: miejsce interakcji (położenie). System – maszyna, urządzenie itp. – odczytuje rolę użytkownika, jego zadanie, pozycję, w których może być aktywnie udzielane wsparcie zgodnie z bieżącymi indywidualnymi wymaganiami informacyjnymi. W zależności od zastosowanego interfejsu HMI okna dialogowe muszą być dostosowane pod względem gęstości informacji i wizualizacji.
Co w praktyce oznaczają cztery aspekty opisu treści/kontekstu?
Zadanie często składa się z wielu półsekwencyjnych kroków, które użytkownik musi wykonać w prawidłowej kolejności. W przypadku często powtarzających się, ustandaryzowanych procesów poszczególne kroki mogą być reprezentowane w systemie operatorskim w celu tworzenia okien dialogowych pojawiających się zgodnie z przepływem zadań. Użytkownicy, którzy nie mają doświadczenia, mogą wykonywać złożone czynności w odpowiedniej kolejności bez intensywnego szkolenia i szukania odpowiednich funkcji. Doświadczeni użytkownicy mogą również korzystać z okien dialogowych zorientowanych na działanie.
Galileo, oprogramowanie wizualizacyjne firmy Eaton, oferuje szereg opcji konfigurowania okien dialogowych i wizualizacyjnych dostępnych tylko dla określonych ról. Dzięki temu dostęp przez Internet do wrażliwych sekcji interfejsu użytkownika może zostać zablokowany lub pokazywać inną stronę startową niż lokalne logowanie się użytkownika do systemu.
Informacje o lokalizacji mogą pomóc w pełnym opisaniu kontekstu użytkowania systemu. Okna dialogowe mogą być tym samym automatycznie uruchamiane po wejściu do określonych pól. W związku z tym technik serwisowy korzystający z urządzenia mobilnego może otrzymać komunikat o błędzie, gdy zbliży się do maszyny, w której aktualnie występuje usterka. W razie potrzeby na urządzeniu użytkownika można wyświetlić odpowiednie dane, takie jak dziennik błędów, aby umożliwić użytkownikowi właściwą reakcję.
Inną aplikacją jest specyficzna konfiguracja lokalizacji raportów i opcji sterowania. Strefy można określić w celu aktywowania lub wyłączania określonych komunikatów lub opcji sterowania w inteligentnym urządzeniu.
Popularne urządzenia mobilne, takie jak telefony komórkowe i tablety, niekoniecznie nadają się do użytku przemysłowego. Upuszczone z typowej wysokości roboczej mogą ulec poważnemu uszkodzeniu. Zazwyczaj wymagają one również użycia obu rąk, co ogranicza wygodę ich używania. Interesującą alternatywą są tutaj inteligentne zegarki (smartwatche), na przykład modele iBeacons – wykorzystujące popularny standard Bluetooth Low Energy (BLE) – są odpowiednie jako technologia lokalizacji.
Gdzie nasi czytelnicy mogą uzyskać więcej informacji na temat aktualnych trendów w projektowaniu HMI?
We współpracy z laboratorium obrabiarek WZL Uniwersytetu Technicznego RWTH Aachen opracowano białą księgę zatytułowaną „Interakcja między człowiekiem a maszyną w środowisku produkcyjnym: Projektowanie i rozwój zorientowanych na użytkownika systemów operacyjnych”.
Autorzy – Simon Sittig, badacz w dziale technologii sterowania i automatyki Uniwersytetu Technicznego RWTH Aachen, Markus Obdenbusch, kierownik Wydziału Badań nad Narzędziami Maszynowymi, oraz prof. dr Christian Brecher – zawarli w białej księdze najnowsze wyniki badań oraz wnioski z własnych doświadczeń. W ten sposób powstało źródło informacji, które omawia plusy i minusy obecnych systemów operatorskich, wyjaśnia wytyczne i wymagania projektowe dla nowoczesnych projektów zorientowanych na użytkownika, a także bada praktyczne aspekty rozwoju produktu.
Niniejszą białą księgę oferujemy bezpłatnie do pobrania pod adresem www.Eaton.pl/HMI.
