Соответствующее взаимодействие между машиной и человеком-оператором в значительной степени влияет на эффективность работы и удобство в использовании оборудования, а также обеспечивает согласованную взаимосвязь между ними.
Как же можно наилучшим образом обеспечить связь между человеком и машиной?
Системы человеко-машинного интерфейса (HMI) обеспечивают выполнение функций управления и контроля, благодаря чему пользователь управляет работой машины, системы и контрольно-измерительной аппаратуры.
Современные системы человеко-машинного интерфейса обеспечивают надежное функционирование технических средств в любых сферах применения, включая высокоскоростные поезда, многоцелевые станки с ЧПУ, оборудование для производства полупроводников, а также медицинское диагностическое и лабораторное оборудование. Системы человеко-машинного интерфейса охватывают все элементы, которых человек касается, слышит, видит или использует для выполнения функций контроля и управления и получения обратной связи на эти действия.
Как спроектировать HMI систему?
Высоконадежная система человеко-машинного интерфейса, которая обеспечивает безопасную, эффективную, стабильную и интуитивно понятную работу, основывается на использовании передового инженерного опыта в разработке, компоновке и производстве панелей управления, а также их испытании и обеспечении требуемого уровня качества.
Не менее важно, чтобы глубокие знания и соответствие всем актуальным требованиям к эргономике и безопасности и промышленным стандартам, учитывались на каждом шаге разработки и производственного цикла. Четкое понимание требований к функционалу системы, квалификации оперативного персонала, а также вариантов взаимодействия и передачи данных в другие системы формируют точку отсчета в наукоемком процессе проектирования.
Инструменты, необходимые для эффективного контроля и управления, а также требования различных областей применения определяют выбор функций интерфейса.
Выполнение скольких функций управления будет обеспечивать интерфейс? В то время как одна функция может осуществляться при помощи нажимной кнопки, переключателя с ключом и поворотного переключателя, выполнение оператором множества задач требует нескольких панелей визуализации. Какого рода визуальная, звуковая или тактильная обратная связь будет необходима и достаточна оператору для работы?
Устройство ввода может быть довольно простым, как, например, переключатель «Вкл. / Выкл.» или сенсорный экран. Сенсорные HMI системы достаточно популярны для использования в общественных местах, поскольку они вполне устойчивы к жестким условиям эксплуатации, а их использование позволяет упростить выполнение сложных операций. Понимание требований к устройствам ввода поможет выбрать технические средства управления, наиболее подходящие для специфики конкретной области применения.
Обратная связь также является одним из решающих моментов, определяющих эффективность работы оператора. В зависимости от требований области применения, обратная связь может быть визуальной, тактильной, акустической или их комбинацией. Обратная связь является важной для систем, в которых отсутствует механическое управление, это сенсорные или емкостные устройства, которые не имеют каких-либо подвижных деталей для осуществления работы. В некоторых случаях обратная связь обеспечивает подтверждение какого-либо действия, в других – добавляется к необходимому функционалу системы.
Интерфейс и каналы связи
Системы человеко-машинного интерфейса должны иметь возможность подключения и обмена информацией как с управляемой системой, так и с другими связанными системами. Например, в промышленных применениях для вывода информации о состоянии оборудования HMI система может подключаться к точкам ввода / вывода посредством проводов или последовательной шины. Дополнительно она может быть объединена в сеть с системой оперативного управления производством и с системами управления логистикой и материально-техническим снабжением.
Условия эксплуатации оборудования, включая его физическое расположение и в целом условия промышленной среды, определяют требования к надежности и долговечности системы HMI. К воздействиям внешней среды относятся попадание влаги и перепады температур, износ оборудования, действия вандалов и жесткие климатические условия, а также условия непосредственно производственного участка.
Системы человеко-машинного интерфейса должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать воздействия внешних факторов и интенсивное использование, причем в течение всего жизненного цикла.
Ключевыми факторами при создании успешной HMI системы является четкое определение и понимание функций оператора. Оператор будет пассивным/интуитивным пользователем? В таком случае команды/функции необходимо упростить при помощи простого для понимания интерфейса. Для таких пользователей также важна повторяемость – информация и действия должны отображаться последовательно. Для квалифицированного пользователя, когда необходимо выполнение более сложных функций, может потребоваться система с многоуровневым управлением оборудованием.
При этом при разработке эргономичной системы должны быть учтены следующие факторы: расположение оборудования на панели, выбор HMI компонентов, способы визуализации информации, варианты обратной связи и обеспечение безопасности работы оператора.
Расположение оборудования на панели: Схема панели должна разрабатываться таким образом, чтобы обеспечить операторский функционал соответствующей информацией в логической последовательности. Кроме того, от оператора могут потребоваться какие либо инициирующие действия в системе и при этом ему необходима периодическая обратная связь об исполнении этих действий системой. Схема панели должна быть организована таким образом, чтобы она заранее ясно подсказывала оператору, когда от него потребуется следующее управляющее действие.
Подбор компонентов HMI системы: Разработчики систем человеко-машинного интерфейса могут облегчить себе поиск подходящих переключателей или компонентов человеко-машинного интерфейса за счет тщательного анализа требований области применения. Среди таких требований могут быть: номинальные электрические параметры, варианты срабатывания (с фиксацией, без фиксации, поворот, и пр.), внешний вид, требования к монтажу, специальные требования (например, подсветка, маркировка, герметизация и пр.).
Цветовая схема: Ключевым фактором при использовании цвета является простота. Необходимо избегать слишком большого количества используемых цветов или мигающих сигнальных устройств. Можно придерживаться цветовой схемы светофора: красный для сигналов стоп/авария/ошибка, желтый для сигналов предупреждения, зеленый для сигналов исправная работа/старт/вперед/передача.
Обратная связь: Обратная связь имеет решающее значение для эргономичного промышленного дизайна. При этом необходимо быть уверенным, что результат нажатия на кнопку, переключения тумблера, ввода управляющей команды абсолютно понятен. Также необходимо понимать какого вида должна быть обратная связь: визуальной, акустической, тактильной или их комбинацией.
Управление курсором (шаровые манипуляторы, джойстики, кнопочные панели, тачпады и т.п.): Выбор вариантов технологий управления в первую очередь определяется требованиями конкретной области применения к дискретности управляющих воздействий. Шаровые манипуляторы или джойстики обеспечивают детальное поэлементное управления, что дает более высокое разрешение по сравнению с использованием стандартного метода «указания и щелчка» (например, при помощи компьютерной «мыши»).
Переключатели (нажимные кнопки, клавишные, ползунковые, поворотные переключатели, переключатели с ключом и т.п.): Кнопочные переключатели могут иметь опцию подсветки, которая позволяет индицировать состояние переключателя (вкл./выкл.), когда требуется быстрая визуальная индикация.
