Rozwiązania które od dawna są standardem na rynku konsumenckim, stają się obecnie ważnym tematem w kontekście interfejsów obsługi i monitoringu nowej generacji maszyn w ramach Przemysłu 4.0. Atrakcyjny wygląd interfejsów operatorskich HMI to za mało. Granice wyznaczają konkretne regulacje i praktyki. Najnowocześniejsze koncepcje sterowania i wizualizacji w obsłudze maszyn stają się coraz ważniejsze na wszystkich etapach łańcucha wartości.
Wszystkie praktyczne trendy wynikające z nowych możliwości w świecie cyfrowym, będącym częścią Przemysłu 4.0. ? takie jak monitorowanie stanu, diagnostyka czy zapobieganie usterkom ? zależą od możliwości technicznych i funkcji jednostek sterujących lub interfejsu, dzięki któremu współdziałają człowiek i maszyna, wchodząc w swego rodzaju interakcję. Niezależnie od tego, czy chodzi o proste przyciski, terminale operatorskie, inteligentne urządzenia z wieloma dodatkowymi funkcjami, czy też sprzęt zintegrowany ze sterownikami PLC, współczesne interfejsy człowiek-maszyna (HMI) to coś więcej niż tylko połączenie ludzi ze światem maszyn. Stacje operatorskie są również interfejsami, w których funkcje i opcje są powiązane z użytecznością aplikacji przemysłowych. Dotyczy to prostych rutynowych weryfikacji, jak również złożonych zadań w tzw. inteligentnej fabryce oraz zastosowaniach przemysłowych technologii Internetu Rzeczy (IoT). Przykładowo, zespoły produkcyjne mogą korzystać z dostępu do informacji o stanie maszyny i planach konserwacji w dowolnym miejscu i w każdej chwili. Dzięki temu można zatem zmniejszyć czas przestojów i zwiększyć wydajność.
Pracownicy mający dostęp do istotnych informacji na wyciągnięcie ręki, mogą odpowiednio zareagować. Pod warunkiem jednak, że operator jest w stanie na bieżąco obserwować i rejestrować dane na miejscu i jak najszybciej podejmować działania wynikające z ich analizy. Skuteczność jest mniej zależna od niego, a bardziej od wizualizacji HMI. Informacje mogą być przetwarzane graficznie, sekwencje pracy operatora ustrukturyzowane, a błędy wyeliminowane. Ergonomiczny projekt odgrywa wówczas równie ważną rolę co sensoryczne granice fizjologii człowieka. Łatwe w obsłudze interfejsy, które są również przystosowane do implementacji w modułach operatorskich HMI, mogą przyspieszyć procesy i zwiększyć ich wydajność.
Normy i przepisy: podstawy kreatywnych koncepcji
Odpowiednie koncepcje organizacji interfejsów HMI, dopasowanych do różnych wymagań i oczekiwań użytkowników, są również odbiciem czynników generujących koszty ? oto jeszcze jeden powód, dla którego HMI stanowi wyzwanie dla inżynierów projektantów. Istotą sprawy jest to, że maszyna może dostarczyć dobrze sformatowanych danych, ale każda osoba postrzega te dane w różny sposób, w oparciu o dotychczasowe doświadczenia, i interpretuje je w oparciu o swoją rolę w procesie produkcji, własne kwalifikacje, język lub pochodzenie kulturowe. Również same smartfony i inne urządzenia mobilne będące już w powszechnym użytkowaniu zmieniają kontrolę gestów i ruchu, wraz z nawykami użytkownika w środowisku produkcyjnym. Trzeba także uwzględnić aspekty bezpieczeństwa. Należy również pamiętać, że producenci często opracowują zastosowania swoich produktów na rynki międzynarodowe, podczas gdy eksploatacja urządzeń musi uwzględniać krajowe wymogi prawne.
Normy europejskie jasno określają sposób, w jaki powinny być wprowadzane i stosowane podstawowe funkcje bezpieczeństwa dla interfejsów maszynowych oraz to, jak nimi operować. Określają one rodzaj elementu sterowniczego, kolorystykę i oznaczenia. Norma IEC/EN 60204-1 koncentruje się zatem na aspektach bezpieczeństwa elektronicznego wyposażenia maszyn. PN-EN 60073 skupia się na oznaczeniach, przede wszystkim na kolorystyce, wykorzystaniu kształtów, tekstury, położenia i wyczuwalności drgań, a także na akustyce i czasie, w którym częstotliwość błysku lub dźwięku jest zbliżona do częstotliwości systemów alarmowych. PN-EN 60447 obejmuje zaś ogólne zasady dotyczące elementów manipulacyjnych sterowanych ręcznie.
Możliwości twórcze dla inżynierów są zatem precyzyjnie określone i ograniczone. Z drugiej strony, to właśnie w tym aspekcie producenci mogą tworzyć wartość dodaną dla swoich klientów. Chęć dobrego zorganizowania procedur operatorskich i uwzględnienia szczegółowych kwestii jest często czynnikiem wpływającym na czas wprowadzenia produktu na rynek. Rynki lokalne są również poddane innym czynnikom, takim jak np. wymogi lokalnych stowarzyszeń technicznych.
Użyteczność w oparciu o warunki
Ponieważ maszyny są często używane w trudnych warunkach przemysłowych, istotną rolę odgrywają również regulacje dotyczące użyteczności sprzętu. Przykładowo, w przemyśle spożywczym producenci muszą wziąć pod uwagę szereg specyficznych czynników, koncentrując się na kwestiach higienicznych, związanych z właściwościami materiałowymi i powierzchniowymi ? np. na unikaniu tworzenia małych szczelin, w których zbierają się rozmaite elementy, lub umożliwianiu łatwego dostępu do części, w celu ich szybkiego wyczyszczenia.
Kwestie umiejscowienia i sposobu montażu elementów sterowniczych to również ważne czynniki przy montażu. Ustalenie, które elementy sterowania są najbardziej odpowiednie, zależy od kwestii ergonomicznych i dotykowych: pod uwagę powinny być brane określony poziom oświetlenia czynp. praca w rękawiczkach.Funkcja awaryjnego wyłączania musi być zrealizowana mechanicznym przyciskiem, ale w innych zastosowaniach HMI lub smartfon mogą działać poprzez klasyczne polecenia lub sygnalizację świetlną. Rozszerzony zakres funkcji wykracza poza normalne działanie, wizualizację i sterowanie, w stronę bardziej złożonych zadań, takich jak diagnostyka i serwisowanie.
Wszystkie zmysły skierowane w przyszłość
W przyszłości inteligentne urządzenia prawdopodobnie nie będą już wykorzystywać współczesnych technologii wielodotykowych. Wdrażane są bowiem nowe rozwiązania, takie jak np. obsługa za pomocą bezdotykowego sterowania gestem (dotyk 3D), aktywacja wirtualnego przycisku poprzez wywieranie nacisku (czujnik dotykowy), przesyłanie informacji na skórę (dotknięcie skóry) lub działanie elementów sterujących przez dotyk projekcji holograficznej (dotknięcie hologramu).
Sprzęt trzeba wyposażyć w coś więcej niż tylko stylową powierzchnię użytkową, stanowiącą wyłącznie jeden z aspektów całościowej koncepcji operatorskiej dla zastosowań IoT. Interfejs człowiek-maszyna jest tylko częścią rozwiązań automatyki. Rdzeń stanowi zawsze sterownik PLC (modułowy, kompaktowy lub w wersji HMI/PLC, stanowiącej połączenie ekranu dotykowego z funkcjami sterowniczymi). Dostępność wielu różnych elementów sterowania zapewnia nowe, interesujące możliwości dla producentów maszyn. W zależności od indywidualnych wymagań, można realizować różne koncepcje sterowania i obsługi z dostosowaną architekturą i komponentami. Klient może np. wdrożyć aplikację korzystającą z tzw. chmury do obsługi różnych typów maszyn, jak również podłączyć istniejące systemy za pomocą sterownika HMI/PLC do rozwiązań opartych na chmurze podczas prac modernizacyjnych.
Opracowanie lub adaptacja interfejsu człowiek-maszyna może być w razie konieczności zlecona firmie zewnętrznej lub partnerowi współpracującemu z daną firmą. Producenci mogą np. korzystać z pomocy zespołu inżynierów aplikacji firmy Eaton i współpracować z nimi, w celu opracowania koncepcji platformy czy aplikacji operatorskiej, oszczędzając w ten sposób czas i redukując koszty rozbudowy. Wdrożenia najnowszych koncepcji operatorskich da się realizować na wszystkich fazach tworzenia aplikacji (więcej informacji na ten temat zawiera dokument ?Innowacyjne koncepcje operacyjne maszyn nowej generacji?/?Innovative User Concepts for the Coming Generation of Machines?, dostępny pod adresem).
Tobias Ischen pracuje jako Product Manager w niemieckim oddziale firmy Eaton.
