Een Human Machine Interface of HMI wordt gedefinieerd als een functie of onderdeel van een bepaald apparaat of softwaretoepassing waarmee mensen met machines kunnen communiceren. Enkele voorbeelden van veelvoorkomende HMI-apparaten die we in ons dagelijks leven tegenkomen, zijn touchscreens en toetsenborden.
HMI's die in industriële omgevingen worden gebruikt, zijn voornamelijk schermen of touchscreens die gebruikers verbinden met machines, systemen of apparatuur. Operators van fabrieken gebruiken HMI's om machines en hun productielijnen te besturen en automatiseren. HMI's kunnen eenvoudige schermen zijn die op machines in fabrieken zijn gemonteerd, geavanceerde touchscreens, multi-touch-bedieningspanelen, drukknoppen, computers met toetsenborden, mobiele apparaten of tablets.
Vertaald met DeepL.com (gratis versie)
De evolutie van de mens-machine-interface
Interactie met machines via batchverwerking
In de jaren vijftig was batchverwerking de dominante manier om met machines om te gaan als het om invoer ging.
Batchverwerking vereiste dat de gebruiker alle details en volgorde van taken specificeerde, meestal met behulp van een ponskaart. Deze ponskaart werd in de machine gevoerd. De machine evalueert de ponskaart en levert de resultaten. Batchverwerking is geen effectieve manier van mens-machine-interactie omdat de techniek gevoelig is voor fouten.
Interactie met machines via de opdrachtregelinterface
De ontwikkeling van de opdrachtregelinterface volgt batchverwerking. Opdrachtregelverwerking is een interactievere manier voor de gebruiker om met de machine te communiceren en stelt de gebruiker in staat om rechtstreekse opdrachten aan de machine te geven. Dit gebeurt door opeenvolgende tekstregels in te voeren met behulp van een programma dat tekst accepteert. Dit was de primaire manier om in de jaren 60 met machines om te gaan.
Interactie met machines via grafische gebruikersinterfaces
Grafische gebruikersinterfaces (GUI's) vormen de volgende fase van mens-computerinteractie. Deze interfaces stellen eindgebruikers in staat om met machines te interacteren met behulp van rijke grafische elementen zoals vensters, knoppen en pictogrammen. Dit wordt het WIMP-model genoemd (vensters, pictogrammen, menu's en aanwijzers). De daadwerkelijke apparaten die worden gebruikt voor betrokkenheid omvatten apparaten zoals toetsenborden en muizen.
Post-WIMP-fase
Met het toegenomen gebruik van computers en technologie in de moderne maatschappij is een geavanceerder niveau van mens-computerinteractie vereist. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van touchscreens en grijpbare gebruikersinterfaces waarmee gebruikers met behulp van fysieke handgrepen met virtuele objecten kunnen interacteren.
HMI en productie
De rol van de HMI in SCADA-systemen
De meeste SCADA-systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) zijn afhankelijk van ingebouwde HMI-componenten om efficiënt te kunnen functioneren. Het SCADA-systeem is het belangrijkste besturingssysteem in een fabriek of faciliteit en is verantwoordelijk voor het reguleren van alle complexe bewerkingen die plaatsvinden.
Traditioneel moet de HMI, om een productielijn te integreren met een HMI, worden aangesloten op een Programmable Logic Controller (PLC) en geeft de HMI de gegevens weer die van de PLC zijn ontvangen en levert input van de gebruiker aan de PLC. Deze grafische weergaven zijn vaak heel eenvoudig.
Met een eenvoudige HMI kan de operator of fabrieksmanager typische parameters controleren, zoals machinetemperatuur, procestellingen, machinestatus en materiaaltellingen.
Voorbeelden van HMI en SCADA
Standaardscenario's met HMI's zijn te vinden in veel water- en afvalwaterzuiveringsinstallaties. Deze faciliteiten worden vaak geconfronteerd met uitdagingen omdat waterzuivering uit veel fasen bestaat, zoals screening, pompen en verwijdering van verschillende schadelijke micro-organismen en residuen. Bovendien kan elke fase van de behandeling plaatsvinden in gebieden die kilometers uit elkaar liggen, wat betekent dat het monitoren en controleren van apparatuur en processen een uitdaging kan zijn.
Een HMI-scherm dat in een SCADA-systeem is geïntegreerd, is doorgaans verbonden met een PLC, waarmee de operator op afstand het waterpeil, de pH-waarde, pompen, opgeloste vaste stoffen of de niveaus van bepaalde giftige chemicaliën kan bewaken.
De HMI kan worden gebruikt om de pompen aan en uit te zetten op basis van het tankniveau. Als de pH onder een bepaald niveau zakt, geeft de HMI bovendien doorgaans een alarm weer, dat kan worden aangepast met behulp van de touchscreen-monitor. Op deze manier stelt de HMI de operator in staat om de processen en fasen van waterbehandeling te bewaken en te regelen.
Veel moderne industriële HMI's die zijn ontwikkeld voor de smart factory-omgeving zijn rijk aan multimediamogelijkheden. Ze stellen gebruikers in staat om geïntegreerde sms-meldingen te ontvangen over de status van de machine, e-mailmeldingen en ook geïntegreerde video's van processen op de werkvloer te bekijken. Geavanceerdere HMI's maken het mogelijk om meerdere machines en bewerkingen op meerdere locaties op afstand te bedienen, en om de werking van de fabriek te analyseren. HMI's kunnen ook dashboards weergeven met productie- en fabrieksgerelateerde KPI's.
Hierdoor verandert de rol van de HMI snel naarmate er steeds meer nieuwe technologieën worden geïntegreerd.
Belangrijkste voordelen van investeren in geavanceerde HMI voor uw fabriek
Er zijn tegenwoordig een aantal geavanceerde HMI's op de markt die machines in de fabriek kunnen bewaken en besturen. Wat betreft het investeren in een geavanceerde HMI met meerdere functies, zoals de mogelijkheid om machines op afstand te bewaken en KPI-outputdashboards te gebruiken, is het belangrijkste voordeel de stroomlijning van fabrieksprocessen en -bewerkingen.
Een ander groot voordeel is de mogelijkheid om kritieke realtime data eenvoudig te bekijken. Deze kenmerken van moderne geavanceerde HMI's helpen enorm om de complexiteit van de fabrieksomgeving te verminderen.
Bovendien kunnen fabriekseigenaren HMI's gebruiken om snel te reageren op veranderende of uitdagende omstandigheden. Hierdoor wordt de efficiëntie verhoogd door minder downtime. Dit geeft fabriekseigenaren intelligente systemen die kosten en afval kunnen verminderen en uiteindelijk processen en winstgevendheid kunnen verbeteren.
In de toekomst worden HMI's op machineniveau nog krachtiger en kunnen ze in realtime concurreren.
Moet ik een HMI bouwen of kopen?
De vraag die fabriekseigenaren vaak tegenkomen is: "Moet ik een HMI bouwen of kopen?". Dit is een zeer brede vraag met geen eenvoudig antwoord, omdat er veel variabelen zijn om te overwegen. Enkele vragen om te stellen zijn:
- Welke processen en handelingen moeten HMI's in een fabriek besturen?
- Welke machines en parameters moet de fabriek bewaken?
- Hoe complex moet de HMI zijn?
- Heeft de organisatie de expertise en kennis in huis?
- Heeft de fabriekseigenaar de tijd om de HMI te ontwerpen, ontwikkelen en testen?
- De behoefte van de markt om producten snel te moderniseren en of het binnen het bedrijf haalbaar is om dit te doen
- De markt dwingt ook tot snelle technologische vooruitgang, dus dezelfde overwegingen zijn van toepassing
- Is het mogelijk om externe technologie te integreren in het bestaande interne ontwikkelteam?
- Wat is het beschikbare budget?
- Wat is het einddoel: een eenvoudig prototype voor een onderzoeksproject of een volledig uitgeruste, werkende, gecontroleerde versie van de HMI?
Uiteindelijk is het vaak verstandiger om te kopen, tenzij de eigenaar of fabrikant van de fabriek ervaring heeft met het ontwerpen, ontwikkelen en bouwen van HMI's. Dit bespaart tijd en biedt een oplossing die is getest. Op zijn minst moet er onderzoek worden gedaan en de fabrikant of eigenaar van de fabriek moet een consultant of expert raadplegen voordat hij of zij begint met het ontwerpen van zijn of haar eigen HMI.
De toekomst van mens-computerinteractie
Momenteel zijn er verschillende voorspellingen over hoe de toekomst van het volgende niveau van HCI eruit zou kunnen zien. Technologieën zoals cloud computing, cognitive computing en het Internet of Things (IoT) zullen naar verwachting allemaal een rol spelen in de ontwikkeling van het volgende niveau van HCI.
Voorspellen wat er op het volgende niveau van betrokkenheid zal ontstaan, is een uitdaging. Er bestaat echter geen twijfel over dat er een hoger niveau van mens-computerpartnerschappen zal zijn dat de productiviteit in alle sectoren zal stimuleren.
Wat de eisen van Industrie 4.0 betreft, zal industriële HMI ook een verdere integratie van nieuwe en opkomende technologieën zien, die een impact zullen hebben op HMI als geheel.