HMI / Ihminen-kone-käyttöliittymät – löydä valmistajia ja toimittajia

HMI / Human-Machine Interfaces ovat käyttöliittymiä, joiden kautta ihmiset ovat vuorovaikutuksessa koneiden tai teknisten järjestelmien kanssa prosessien ohjaamiseksi ja valvomiseksi sekä tietojen vaihtamiseksi.

Niiden avulla käyttäjä voi seurata prosesseja tai koneita ja antaa ohjauskomentoja.

Seuraavassa on yleiskatsaus HMI- / ihmisen ja koneen välisten käyttöliittymien toiminnallisuuteen, tyyppeihin ja sovellusalueisiin sekä yleiskatsaus niiden hyödyistä ja alan haasteista ja suuntauksista:

Miten HMI / ihmisen ja koneen väliset käyttöliittymät toimivat:

Toiminnallisuus voidaan jakaa neljään pääalueeseen:

1. Käyttäjän (ihmisen) syöttö:
   Näppäimistöt, kosketusnäytöt, kytkimet, äänensyöttö
   Ihminen syöttää komentoja tai tietoja, esim. käynnistys/pysäytys, lämpötilan säätö jne.
2. Signaalien käsittely:
   Syötteet muunnetaan elektronisiksi signaaleiksi ja välitetään järjestelmään.
   Näitä signaaleja käsitellään ohjaimella, esim. PLC:llä (ohjelmoitava logiikkaohjain).
3. Lähtö käyttäjälle (ihmiselle):
   Järjestelmä antaa visuaalista (näyttö, LEDit), akustista (hälytys) tai tuntopalautetta.
   Näyttöön tulee tietoja, kuten järjestelmän tila, virheet, prosessiarvot jne.
4. Viestintä koneen kanssa:
   hMI on liitetty koneen antureihin ja toimilaitteisiin teollisuusverkkojen, esim. PROFIBUS, CAN, Ethernet/IP, kautta.
   HMI toimii usein käyttöliittymänä tuotantoprosessien tai koneen parametrien ohjauksessa.

HMI:n / ihmisen ja koneen välisten käyttöliittymien tyypit:

1. Laitteistokäyttöliittymät, kuten fyysiset ohjauspaneelit, painikkeet ja kosketuspaneelit.
2. Ohjelmistokäyttöliittymät ovat tietokoneissa ja SCADA-järjestelmissä suoritettavia ohjelmia.
3. Mobiili HMI, kuten sovellukset tableteissa ja älypuhelimissa etävalvontaa varten.
4. Verkkopohjainen käyttöliittymä, johon pääsee käsiksi selaimen kautta ja joka on alustariippumaton.
5. Ääni tai ele HMI mahdollistaa nykyaikaisen syötön äänellä, esim. Alexa, tai syötön eleillä.

HMI:n / ihmisen ja koneen välisten käyttöliittymien sovellusalueet:

HMI / ihmisen ja koneen käyttöliittymät löytyvät lähes kaikilta teollisuudenaloilta, joilla on automaatiota tai ihmisen ja teknologian välistä vuorovaikutusta:

1. Teollisuus ja valmistus:
Tuotantojärjestelmien käyttö, robottien ohjaus ja prosessien visualisointi.
Esimerkki: Käyttäjä säätää kuljetushihnan nopeutta kosketusnäytöllä.

2. Rakennusautomaatio:
Valaistuksen, lämmityksen ja ilmanvaihdon ohjaus.
Esimerkki: Seinällä oleva kosketusnäyttö näyttää huonelämpötilat ja mahdollistaa ohjauksen.

3. Ajoneuvotekniikka:
Ohjaamot, joissa on digitaaliset näytöt, navigointijärjestelmät ja ääniohjaus.
Esimerkki: Kuljettaja on vuorovaikutuksessa infotainment-järjestelmän kanssa äänen tai kosketusnäytön avulla.

4. Lääketieteellinen teknologia:
Röntgenlaitteiden, infuusiopumppujen ja leikkausrobottien käyttöliittymät.
Turvallisuus intuitiivisen käytön ja virheiden minimoinnin avulla on tässä erityisen tärkeää.

5. Energiahuolto:
Muuntamoiden, tuuliturbiinien ja voimalaitosten ohjaus.
Esimerkki: Sähkönkulun valvonta ja ohjaus reaaliajassa SCADA HMI:n avulla.

HMI:n / ihmisen ja koneen välisten käyttöliittymien edut:

• Tehokkuuden ja tuottavuuden lisääntyminen.
• Nopeammat vasteajat vikojen tai toimintahäiriöiden yhteydessä. Parempi turvallisuus.
• Intuitiivinen käyttö myös vähemmän koulutetulle henkilöstölle. Koulutuskustannusten väheneminen.

Haasteet ja suuntaukset HMI:n / ihmisen ja koneen käyttöliittymien alalla:

• Käyttäjäystävällisyys: suunnittelun on oltava intuitiivista ja itsestään selvää.
• Tietoturva: Suojaus luvattomalta käytöltä, esim. web HMI:n avulla.
• Integrointi IIoT:n / teollisuus 4.0:n kanssa: Yhteys pilvialustoihin ja big data -järjestelmiin.
• Mobiili- ja etä-HMI: Käyttö mobiililaitteiden kautta, myös muualla kuin käyttöpaikalla.
• AR/VR HMI: Lisätyn ja virtuaalitodellisuuden käyttöliittymien lisääntyvä käyttö tulevaisuudessa.

HMI / ihmisen ja koneen väliset käyttöliittymät mahdollistavat teknisten järjestelmien intuitiivisen käytön, ohjauksen ja valvonnan ihmisten toimesta. Ne visualisoivat prosessitiedot, hyväksyvät käyttäjän syötteet ja varmistavat turvallisen ja tehokkaan tiedonvaihdon ihmisen ja koneen välillä.

Seuraavassa on yleiskatsaus tärkeimpiin seikkoihin, jotka on otettava huomioon HMI / ihmisen ja koneen rajapintoja hankittaessa:

HMI- / ihmisen ja koneen rajapintoja hankittaessa haasteena on löytää ratkaisu, joka on teknisesti yhteensopiva, käyttäjäystävällinen, tulevaisuudenkestävä ja turvallinen. Samalla on punnittava tarkkaan toimialakohtaiset vaatimukset, tuki, laajennettavuus ja kustannus-hyötysuhde.

• Käyttäjäystävällisyys ja ergonomia ovat ratkaisevan tärkeitä tehokkaan käytön ja alhaisen virhetason kannalta:
• Onko käyttöliittymä intuitiivinen ja selkeästi jäsennelty?
• Voivatko kokemattomatkin käyttäjät käyttää käyttöliittymää turvallisesti?
• Onko käyttöliittymä monikielinen tai voidaanko käyttäjärooleja mukauttaa?
• Tukeeko käyttöliittymä asiaankuuluvia viestintäprotokollia, esim. PROFIBUS, Modbus, Ethernet/IP?
• Voidaanko käyttöliittymä integroida helposti olemassa olevaan ohjausarkkitehtuuriin (esim. PLC-järjestelmiin)?
• Onko olemassa ajureita tai liitäntöjä olemassa oleviin koneisiin ja laitteisiin?
• Hyvän HMI-järjestelmän on oltava tulevaisuudenkestävä:
• Voidaanko ratkaisua helposti laajentaa tai mukauttaa tuotantolinjan kasvaessa tai muuttuessa?
• Voidaanko uusia toimintoja tai visualisointeja toteuttaa ilman suuria ponnisteluja?
• Tukeeko järjestelmä erilaisia päätelaitteita, esim. kiinteitä paneeleita, tabletteja, verkkoselaimia?
• Etenkin teollisuusympäristöissä HMI-järjestelmien on oltava vankkoja ja pysyvästi toimivia:
• Soveltuuko laite 24/7-käyttöön teollisuudessa?
• Kuinka hyvä on suojaus pölyä, kosteutta tai tärinää vastaan IP-suojausluokka?
• Onko kriittisiä sovelluksia varten olemassa redundanssiratkaisuja?
• Turvallisuus on keskeisen tärkeää sekä teknisesti että toiminnallisesti:
• Tukeeko HMI käyttäjähallintaa ja pääsynvalvontaa?
• Onko olemassa vaihtoehtoja tiedonsiirron salaamiseen?
• Voidaanko salasanasuojaus, roolijako ja syötteiden kirjaaminen toteuttaa?
• Ammattimainen HMI tarjoaa paljon muutakin kuin pelkkää ohjausta:
• Tukeeko se graafisia visualisointeja, kuten trendejä, kaavioita tai tilannäyttöjä?
• Voidaanko hälytykset ja virheilmoitukset näyttää ja kuitata selkeästi?
• Onko integroituja diagnostiikkatoimintoja huoltoa ja vianmääritystä varten?
• HMI:n konfigurointi ja ylläpito riippuvat pitkälti toimitetusta ohjelmistosta:
• Onko ohjelmointi- tai konfigurointiympäristö käyttäjäystävällinen?
• Voidaanko muutokset tehdä nopeasti ja ilman laajaa koulutusta?
• Onko olemassa malleja tai kirjastoja, jotka nopeuttavat kehitystä?
• Itse tuotteen lisäksi myös toimittajalla on suuri merkitys:
• Onko tekninen tuki nopeaa ja pätevää?
• Kuinka kauan varaosia ja päivityksiä on saatavilla?
• Tarjotaanko koulutusta tai käyttöönottoa paikan päällä?
• Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä on arvioitava hintaa suhteessa tarjottuun palveluun:
• Mitkä ovat kokonaiskustannukset elinkaaren aikana (TCO - Total Cost of Ownership)?
• Onko järjestelmä tulevaisuudenkestävä vai vanhentuuko se nopeasti?
• Onko järjestelmään piilotettuja jatkokustannuksia, esimerkiksi lisensseistä, päivityksistä ja koulutuksesta?
• Sovellusalueesta riippuen on otettava huomioon alakohtaiset vaatimukset:
• Elintarviketeollisuudessa esimerkiksi hygieeninen suunnittelu.
• Räjähdysvaarallisilla alueilla: ATEX-sertifiointi.
• Lääkintätekniikassa: turvallisuustodistukset ja -hyväksynnät.

HMI:tä / ihmisen ja koneen välisiä käyttöliittymiä hankittaessa on kiinnitettävä huomiota yhteensopivuuteen olemassa olevien järjestelmien kanssa, käyttäjäystävällisyyteen, turvallisuuteen, laajennettavuuteen ja pitkäaikaiseen käytettävyyteen. Luotettava tuki, joustava ohjelmistoympäristö ja hyvä kustannus-hyötysuhde ovat myös ratkaisevia.

HMI/ihmisen ja koneen välisiä käyttöliittymiä voi ostaa useilta eri toimittajilta. Kattavat tiedot HMI / ihmisen ja koneen rajapintojen valmistajista ja toimittajista kaikkialta maailmasta löytyvät Exportpages ista.