Tutto sulle interfacce HMI (Human machine interface)

Interfaccia uomo macchina in inglese si traduce con le parole human machine interface (HMI) ed è un concetto che include le tecnologie hardware e software utili a facilitare l’interazione tra l’operatore e un macchinario, o l’addetto e un impianto industriale.

Se questo è il significato generale, cosa significa HMI per le applicazioni industriali? Nella fase di transizione all’Industria 4.0 un'interfaccia uomo macchina riveste un ruolo cruciale per la digitalizzazione dei processi.

Le soluzioni WIMP, cioè le interfacce basate su monitor, tastiera e mouse hanno, infatti, lasciato il posto ad HMI touchscreen e a sistemi di interazione più sofisticati, per consentire un accesso anche a distanza ai processi produttivi.

Dunque, per le applicazioni industriali un’interfaccia HMI di ultima generazione significa poter interagire con il macchinario da chilometri di distanza per:

• Risolvere un guasto dovuto a un bug del software
• Per istruire la macchina circa i nuovi compiti che intendiamo affidargli
• Per monitorare lo stato di avanzamento della produzione

In uno scenario tipico nella manifattura, invece, un HMI è indispensabile all’addetto alla produzione per visionare i disegni tecnici relativi ai pezzi da produrre, prima che l’ordine venga inviato al macchinario.

Durante il controllo qualità di componenti appena prodotti, invece, l’interfaccia di connessione tra l’addetto e gli strumenti di prova permette di impartire i comandi per la verifica di qualità e, infine, di controllare l’esito del test.

Per comprendere appieno il ruolo di un HMI nei processi produttivi, l’interfaccia uomo-macchina va inquadrata all’interno del sistema di controllo di supervisione e acquisizione dati, in sintesi SCADA. Nel sistema di controllo industriale l’interfaccia uomo-macchina non è uno dei componenti, ma è quello che favorisce le decisioni sui processi produttivi.

Schematicamente il sistema di controllo sui processi di produzione comprende i seguenti elementi:

• Un’interfaccia HMI per mostrare i dati all’addetto al macchinario
• Il computer di supervisione con cui si raccolgono i dati e si inviano i comandi
• Una RTU, l’unità terminale remota necessaria per collegare i sensori
• Il controller a logica programmabile (PLC) per impartire la logica ai macchinari
• L’infrastruttura di comunicazione attraverso cui i comandi e i dati fluiscono

In questo schema classico, un monitor può funzionare da terminale per la visualizzazione della temperatura e delle grandezze elettriche della macchina (corrente, tensione, potenza), oppure mostrare lo stato della produzione, come il conteggio delle parti fino a quel punto prodotte.

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L’interfaccia HMI continua a svolgere un ruolo primario anche nell’Industria 4.0, poiché l’automazione dei processi produttivi richiede il controllo umano che non può essere eliminato da alcuna evoluzione tecnologica.

L’implementazione nelle fabbriche dell’Internet of things (IoT) industriale e l’aggiornamento della rete di connessione con la fibra ottica, permette un passaggio di dati a elevata velocità e in tempi nettamente ridotti. Tale infrastruttura è propedeutica all’adozione della realtà aumentata (AR) e della realtà virtuale (VR), due facilitatori dell’interazione con la natura cyberfisica dei macchinari. La realtà aumentata (o mista), ad esempio, può essere utilizzata da un manutentore per ispezionare virtualmente luoghi dell’impianto industriale di difficile accesso.

Ancora, lo sviluppo degli esoscheletri e la loro adozione per assolvere compiti gravosi può rappresentare un'evoluzione di alcune attività svolte dall’uomo all’interno del processo produttivo, ma anche un’eliminazione dei rischi di sicurezza sul lavoro, che al momento gravano sul personale.

Gli indossabili, come gli smartwatch, fanno parte di un altro filone interessante delle interfacce uomo-macchina che vanno a completare un panorama, come si è visto, in forte evoluzione e che si proietta ben oltre il tradizionale display touch a cui siamo abituati.

Integrazione con sensori IoT, data analysis, sistemi di gestione

Come accennato, un interface human-machine è un elemento adatto alla visualizzazione di dati raccolti da altri dispositivi e, tra questi, possiamo includere i sensori IoT dediti alla raccolta di dati in tempo reale.

Un HMI abilitato per l’Industria 4.0 (ad esempio un tablet) è predisposto per mostrare i dati di monitoraggio e, grazie alla componente software, consente l’analisi dei dati per prendere decisioni sulla manutenzione di un macchinario che mostra chiari segni di malfunzionamento.

Risulta evidente, quindi, che nella fabbrica del futuro i sistemi di gestione potranno contare sulla virtualizzazione degli interventi e su interfacce che abilitano l’intervento sui processi produttivi, se necessario, da centinaia di chilometri di distanza.

Realizzare in proprio un pannello HMI per usi personalizzati può risultare un compito particolarmente impegnativo per una serie di fattori, tra cui la necessità di avere all’interno dell’azienda le competenze idonee, i tempi per la progettazione e la produzione e, non ultimo, l’impegno economico.

Dunque, per la gran parte delle imprese manifatturiere alla ricerca di pannelli HMI all’altezza delle esigenze di un’industria è strategico rivolgersi al mercato, dove sono reperibili soluzioni pronte all’uso per molteplici esigenze.

Tuttavia, prima di acquistare uno o più display HMI, è utile verificare che questi posseggano i seguenti requisiti di usabilità:

Layout dello schermo di facile utilizzo, con le informazioni visibili sul display organizzate in modo logico per migliorare l’esperienza utente e le prestazioni.

Le informazioni mostrate a pannello dovrebbero essere chiare e sintetiche, evitando dati e controlli non utili, o che potrebbero confondere l’addetto.

La priorità deve essere data ai controlli utilizzati più di frequente e in secondo piano vanno inseriti quelli utilizzati occasionalmente.

Se l’azienda decide di affidare a un’azienda terza lo sviluppo del layout e, dunque, del software del pannello HMI, è utile chiedere attraverso un sondaggio aziendale quali sono le funzioni che gli operatori utilizzano di più e cosa vorrebbero avere in primo piano.

Nel caso, invece, avessi bisogno di potenziare i tuoi attuali pannelli HMI o di parti di ricambio, consulta il nostro catalogo di accessori HMI per reperire tutto ciò di cui hai bisogno, software compresi.

Se il layout del display HMI è stato realizzato secondo le esigenze degli addetti ai macchinari, risulterà più semplice anche formare gli operatori che fanno il loro primo ingresso in fabbrica.

Le interfacce uomo-macchina dell’Industria 4.0, però, richiedono un approccio alla formazione e al training con un livello di complessità maggiore, necessitando, per questo, l’impiego di risorse esterne.

Pensiamo all’utilizzo della realtà mista nella manutenzione degli impianti, oppure all’uso di un esoscheletro. In entrambi i casi, l’operatore andrà opportunamente formato per comprendere la tecnologia e i suoi principi, prima ancora di come utilizzarla.

Una società manifatturiera che si proietta verso il futuro, guarda alle tecnologie dell’Industria 4.0 per comprendere fino a che punto dovrà adottare l’automazione nel suo impianto produttivo e che tipo di HMI dovranno interagire con i sistemi automatizzati.

La risposta potrebbe essere nel mezzo: non una radicale automazione dei processi produttivi che escluda l’uomo, piuttosto l’uso di un tradizionale schermo HMI che si accompagna a interfacce uomo macchina avanzate, dove l’uomo resta al centro con il suo ingegno e la sua creatività applicata alle soluzioni di Industria 4.0.

Tale approccio consentirebbe alle industrie di lasciare alla responsabilità dell’uomo le decisioni, mentre l’automazione con la sua precisione e velocità si occupa di fabbricare prodotti di qualità superiore, a costi ridotti e con un minore scarto di materia prima.

Dunque, l’interfaccia uomo-macchina è il punto di contatto tra l’umano che deve prendere decisioni e il macchinario che mostra ciò che sta svolgendo in quel momento, o che si prepara a ricevere i comandi per avviare un nuovo processo produttivo.

Dai display con puntatore, mouse e tastiera siamo passati ai display touchscreen con layout di facile utilizzo, che migliorano l’esperienza dell’operatore e velocizzano le operazioni di esecuzione dei comandi.

Il passaggio all’Industria 4.0 non elimina gli HMI, anzi, porta questi ultimi a un'ulteriore fase evolutiva, introducendo interfacce basate sulla realtà mista, esoscheletri e altri tipi di dispositivi indossabili di piccole dimensioni.

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