世界最资讯丨告别“难看、难用、难升级”——现代HMI设计的三大原则
时间:2023-03-30 16:14:05

图片来源:Beckhoff Automation

人机界面是机器制造商创建品牌的关键组件之一,因此任何功能设计都需要在最佳用户体验、硬件选项和上位通信之间取得平衡。

在大多数人的脑海中,原始设备制造商(OEM)的品牌可能很难让人印象深刻。人机界面(HMI)是确保与机器制造商品牌建立积极关系的最关键组件之一。硬件和软件的这种关键组合,是客户对机器功能和易用性的第一印象。然而在应用中,它却通常是最后考虑的一个因素,许多公司使用的都是塑料面板,像模拟电视一样老的掉牙。


(资料图片)

无论你是为机器制造商、系统集成商工作,还是终端设备用户,让我们来探究一下为什么会这样,以及能做些什么。为了帮助评估任何HMI改进,考虑三个有效的HMI设计原则是非常有帮助的。

01原则1:面向用户体验

在很大程度上,平板电脑和智能手机的流行提高了用户对用户体验(UX)的期望,在工业领域亦是如此。过去,机器操作员必须接受广泛的维护培训,并依靠PLC编程知识来更改(或只是理解)神秘的界面,并提供有限的故障排除帮助。现在,由于劳动力持续短缺、工厂自动化专业知识的减少,这已经不是一个可行的选择。基于这些残酷的现实,为了减少不必要的停机,上述方法从来不是一种良好的机器运营方法。

▲作为机器和终端设备用户之间的主要交互点,HMI本质上是机器制造商的品牌。提供出色的用户体验、坚固的硬件和简单的上游通信至关重要。

任何现代HMI都应提供简单、直观的软件导航:更少的页面导航,多点触控功能,使用户可以更快地找到所需的内容。设计、屏幕文本和标签,应以当地语言创建,便于用户理解,并提供易于理解的术语、控制和故障排除措施。标题中不应有晦涩难懂的词汇,HMI应提供可变参数,以允许非程序员直观地进行更改,而无需在PLC上编辑机器代码。

基于Web的HMI的发展,为机器操作人员带来了更多的可能性。这将自带设备 (BYOD) 方法带到工厂车间。利用基于HTML5和JavaScript等现代Web开发标准构建的HMI软件,OEM厂商可以实施响应式HMI软件。对于任何规格的屏幕——无论是横向或纵向的工业HMI,还是前述的智能手机和平板电脑,该软件都可以自动缩放和重整格式。能够将设备HMI带到任何地方,为设备授权运行人员传达清晰的信息,从而带来更大的灵活性。

除了可用性之外,优秀的HMI还可以帮助用户更一致地管理参数变更,确保不会造成任何损坏,而且安全协议仍然有效。更好的用户体验还可以增强诊断功能,为错误代码提供更多情境信息,并帮助用户快速排除问题。甚至可以嵌入说明视频或PDF文档,例如,如何解决垂直填充密封(VFFS)机器上的材料进给问题。机器上易用的可操作信息越多,节省的时间也就越多,设备综合效率(OEE)也就越高。

02原则2:硬件选项

机器上的主要操作员接口硬件必须是坚固耐用的。屏幕必须能够适应长期使用和可能发生的碰撞、刮擦和钝力事故等恶劣环境。现代HMI设计采用全金属外壳,这些外壳要么用实心铝块铣削而成,要么用不锈钢包裹。与塑料面板相比,这样的显示器更耐用,而塑料面板更薄,更容易开裂和断裂。

即使具有金属外壳的面板也应加固,以应对持续振动和极端温度。对于潮湿、多尘和脏乱的应用,如食品、饮料和制药生产,需要带有不锈钢外壳和框架的IP65级面板,因为在典型的卫生清洁过程中面板可能会被弄湿并被擦拭。

▲为了获得最佳用户体验,TwinCATHMI 支持在控制工程师熟悉的图形编辑器中进行编程,并提供标准工具来实现级联样式表(CSS)主题,使用API 来构建其它程序。

一些机器制造商和集成商,可能认为他们只能选择某种HMI屏幕,但供应商其实可以提供各种屏幕尺寸和方向。在提供外观更好、更耐用和更可靠的面板的同时,也有供应商提供耐用的HMI硬件,尺寸从5.7英寸到24英寸不等。宽屏格式已经非常流行,但对多个屏幕尺寸的纵向面板进行标准化也是可能的。

然而,一些供应商意识到,某些机器制造商更喜欢4:3等旧格式,会继续提供这类选择。此外,还可以在几乎所有屏幕尺寸和方向上提供电容式多点触摸功能,以便跟上HMI软件中所有令人兴奋的发展。

尽管确保HMI硬件的设计能够适用当前的坚固操作很重要,但为了确保硬件能够在现场安装机器的整个生命周期内持续使用,应选择具有长期可靠性和可用性的供应商。这样就减少了重新设计的要求,有助于在几十年内使用相同的硬件进行HMI维护、维修或更换。

03原则3:上位通信

功能的考虑不应止步于工厂车间,甚至不能止步于远程机器控制层。现代HMI应为制造商提供创建真正业务智能或计算OEE所需的上位连接,从而帮助最终用户实现价值提升。

这包括从机器上位发送信息,以便在监控和数据采集(SCADA)系统、制造执行软件(MES)或企业层面进行评估的能力。它还可以包括使用人工智能或机器学习来优化性能、产量或能源效率。

整个自动化平台的功能与HMI软件一样重要。用户需要询问有关其功能的问题,包括:

■ 系统能否通过EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet或其它现场网络,以及消息队列遥测传输(MQTT)、OPC UA等,从机器或工厂中提取数据?

■ 您能否通过机器学习实现新优化的控制算法,并在生产线上快速实现?

■ 您能否安全地登录到安装在世界各地的机器上,以进行远程服务?

▲可扩展性是考量 HMI 软件和硬件的关键因素之一,可用于各种规格的工业加固触摸屏和移动设备。

随着制造业数字化转型的加速发展,HMI不再是一个静态菜单。它需要成为从工厂车间到云端的网关,并促进机器与更高层级系统的协作。让操作人员和维护人员在HMI和PLC之间来回跋涉,以找出错误代码的蛛丝马迹已不再可行。

04明智地选择HMI技术

那么对于控制工程师来说,这一切意味着什么呢?他们应该寻找允许在HTML5和其它通用Web设计标准中编程的HMI软件。软件还应提供卓越的可移植性,以便在下一代硬件上运行相同的程序,而不是每次变更都需要编写新程序。如果所有这些都能集成到通用自动化平台和工程环境中,包括HMI、PLC、机器人运动学和物联网,则可获得额外加分。由此产生的差异(外观和内在的差异),可能为最终用户带来深远的影响。

关键概念:

■ 在构建现代 HMI 时,应始终牢记用户体验设计。

■ HMI 屏幕和机身的设计应坚固耐用,能够承受危险和恶劣环境中的磨损

思考一下:

您的工厂对现代 HMI 有哪些期望?

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