Zvyšování efektivity díky lepšímu návrhu HMI a UI/UX

Průmyslové provozy mají přístup k většímu množství provozních dat než kdykoli předtím.

Obtížnější je rozhodnout, jaké informace lidé skutečně potřebují, a zobrazit je dostatečně přehledně, aby podpořily rychlé rozhodování.

Obsluha reagující na abnormální stav procesu nemůže několik minut prohledávat obrazovky a stovky hodnot.

Technik zkoumající výkonnost zařízení potřebuje historický kontext, nikoli izolované údaje.

Vedoucí výroby může potřebovat zcela odlišné zobrazení s informacemi o době provozu, výstupu, kvalitě a dalších klíčových ukazatelích výkonnosti.

Díky tomu je návrh rozhraní člověk–stroj něčím víc než jen grafickým cvičením.

Návrh HMI stojí mezi automatizačními daty a lidským rozhodováním.

Promyšlená strategie uživatelského rozhraní a uživatelské zkušenosti pomáhá převádět hodnoty řídicích systémů, alarmy a historické záznamy na informace, které mohou lidé skutečně využít.

Cílem není, aby průmyslové obrazovky působily vizuálně impozantně.

Jde o snížení úsilí potřebného k pochopení toho, co proces provádí, kde je třeba věnovat pozornost a jaký krok by měl následovat.

Průmyslová data jsou užitečná pouze tehdy, když je lidé dokážou interpretovat

Moderní řídicí systémy dokážou shromažďovat obrovské množství informací z PLC, pohonů, přístrojů, senzorů a inteligentních zařízení v provozu.

Další data však automaticky neznamenají lepší provoz.

Špatně strukturované HMI může zobrazovat stovky proměnných, a přesto ztěžovat diagnostiku jednoduchého problému.

Obsluha může potřebovat přecházet mezi několika obrazovkami, aby porozuměla jedné události.

Důležité hodnoty mohou být vizuálně zdůrazněny stejně jako běžné informace.

Alarmová hlášení mohou vysvětlovat, že došlo k poruše, aniž by zobrazila podmínky procesu, které k této události vedly.

Dobrý návrh UI/UX řeší tyto problémy tím, že definuje informace podle rozhodnutí, které musí uživatel učinit.

To platí pro pracovníky provozu i firemní uživatele.

Obsluha potřebuje okamžitý přehled o stavu stroje a procesu.

Technické týmy potřebují diagnostické podrobnosti a historické trendy.

Vedení může potřebovat ukazatele výroby a výkonnosti namísto hodnot jednotlivých zařízení.

Stejný automatizační systém může sloužit všem třem skupinám, ale neměly by nutně dostávat totožné obrazovky.

Obsluha potřebuje rozhraní, kterému okamžitě porozumí

Mnoho rozhodnutí obsluha činí během několika sekund.

Když se proces začne odchylovat od očekávaného rozsahu, rozhraní by mělo umožnit snadno rozpoznat abnormální stav.

Logické uspořádání je jedním ze základů použitelného návrhu HMI.

Související ovládací prvky by měly zůstat pohromadě.

Navigace by měla odpovídat fyzické nebo funkční struktuře stroje.

Důležité procesní indikátory by měly zaujímat předvídatelná místa namísto přesouvání mezi obrazovkami.

Konzistence snižuje množství interpretace, které se od operátora vyžaduje.

Pokud každá obrazovka zařízení používá jiné rozvržení, barevný systém nebo konvenci alarmů, musí se pracovníci opakovaně učit, jak rozhraní číst.

Konzistentní šablona umožňuje soustředit pozornost na proces, nikoli na software.

To je obzvlášť důležité ve velkých závodech, kde operátoři dohlížejí na více výrobních oblastí nebo různé skupiny zařízení.

Kontext mění číslo v užitečnou informaci

Zobrazení číselné hodnoty je snadné.

Vysvětlit, co tato hodnota znamená v aktuálních provozních podmínkách, je obtížnější.

Uvažujme teplotu procesu 78 °C.

Samotné číslo operátorovi neřekne, zda je stav normální, rychle se zhoršuje nebo se blíží provoznímu limitu.

Malý historický trend může tento kontext poskytnout okamžitě.

Operátor vidí, zda teplota zůstala stabilní, nebo zda nepřetržitě stoupala.

Stejný princip platí pro tlak, proud, průtok, vibrace a rychlost výroby.

Historická data také pomáhají odlišit dočasná narušení od rozvíjejících se problémů.

Krátkodobá odchylka, která se vrátí k normálu, může vyžadovat jinou reakci než proměnná, která se několik hodin plynule odchylovala.

Kontext je ještě cennější, když jsou související proměnné zobrazeny společně.

Klesající průtok může dávat větší smysl při zobrazení vedle proudu čerpadla, polohy ventilu a tlaku na vstupu.

HMI se pak stává nástrojem pro řešení problémů namísto pouhého digitálního ovládacího panelu.

Návrh výkonného HMI upřednostňuje abnormální podmínky

Průmyslové obrazovky byly dříve běžně zaplněny jasnými barvami, přechody a velmi detailními grafikami zařízení.

Vizuálně bohaté obrazovky mohou působit atraktivně, ale zároveň ztěžovat identifikaci abnormálních situací.

Principy výkonného HMI používají odlišný přístup.

Normální podmínky se obvykle zobrazují s umírněným vizuálním zvýrazněním.

Výrazné barvy a prominentní indikátory jsou vyhrazeny podmínkám vyžadujícím pozornost.

Díky tomu může abnormální stav okamžitě vystoupit do popředí.

Užitečné vizuální techniky mohou zahrnovat analogové indikátory, jiskrové grafy, trendové grafy a jasně rozlišené stavy alarmů.

Redundantní kódování může také zlepšit interpretaci.

Alarm by neměl zcela záviset na jedné barvě.

Text, symboly, poloha nebo tvar mohou poskytnout další indikaci stavu.

To je cenné v náročných podmínkách zobrazení a pro uživatele, kteří mohou barvy rozlišovat odlišně.

Obrázek 1. Výkonné HMI kombinuje stav zařízení, alarmy a trendy procesu, takže lze rychle identifikovat abnormální podmínky.

Různí uživatelé potřebují různé informace

Operátor není jediným člověkem, který využívá průmyslová data.

Inženýři údržby, procesní inženýři, vedoucí pracovníci i manažerské týmy mohou pracovat s informacemi generovanými stejnou automatizační platformou.

Jejich cíle se liší.

Operátor může potřebovat proud motoru, protože mu pomáhá určit, zda zařízení správně pracuje.

Inženýr údržby může potřebovat aktuální historii, provozní hodiny a záznamy o poruchách.

Manažera může více zajímat dostupnost zařízení a výrobní ztráty související s opakovanými poruchami.

Architektura HMI zaměřená na uživatele tyto rozdíly zohledňuje.

Namísto vytváření jednoho přeplněného dashboardu pro všechny může systém poskytovat zobrazení specifická pro jednotlivé role.

Podkladové informace zůstávají propojené, ale každý uživatel vidí úroveň podrobností potřebnou pro konkrétní rozhodnutí.

Návrh těchto zobrazení vyžaduje pochopení toho, jak lidé skutečně pracují.

Inženýři musí určit, které KPI jednotlivé skupiny používají, jak často je potřebují a jaká rozhodnutí z těchto ukazatelů vyplývají.

Výsledek je často jednodušší než zpřístupnit každý dostupný tag.

Mobilní přístup mění místo, kde se přijímají rozhodnutí

Průmyslový provoz již není omezen na pevné terminály instalované u stroje.

Inženýři a vedoucí pracovníci stále častěji přistupují k výrobním informacím z notebooků, tabletů a mobilních zařízení.

Webová technologie HMI tuto změnu podporuje tím, že umožňuje provoz vizualizačních aplikací na různých hardwarových platformách.

Rozhraní založené na prohlížeči může snížit závislost na konkrétním operačním systému nebo konfiguraci pracovní stanice.

To neznamená, že by každá řídicí funkce měla být automaticky dostupná ze smartphonu.

Vzdálená vizualizace a vzdálené ovládání představují různé úrovně provozního rizika.

Přístupová oprávnění, autentizace, kybernetická bezpečnost a bezpečnostní požadavky musí určovat, co smí každý vzdálený uživatel provádět.

U mnoha aplikací poskytuje samotný vzdálený dohled značnou hodnotu.

Inženýr, který obdrží alarm, může zkontrolovat provozní podmínky ještě před cestou k zařízení.

Pracovníci údržby mohou kontrolovat trendy a diagnostiku přímo u stroje.

Vedoucí pracovníci mohou kontrolovat stav výroby, aniž by se museli vracet do centrální velínu.

Pro zařízení využívající moderní systémy HMI a průmyslové výpočetní techniky se tato flexibilita stává stále důležitějším hlediskem návrhu.

Obrázek 2. Webová vizualizace umožňuje autorizovaným uživatelům přistupovat k průmyslovým informacím na různých typech zařízení.

Mobilní zařízení mohou nabídnout víc než jen další obrazovku

Mobilní rozhraní může také využívat funkce, které nejsou na tradičním pevném HMI dostupné.

Kamery mohou poskytovat vizuální potvrzení stavu zařízení.

QR kódy mohou propojovat fyzická zařízení se záznamy o údržbě, dokumentací nebo informacemi o zařízení.

Bezdrátová rozhraní mohou shromažďovat data z kompatibilních zařízení v terénu.

Informace o poloze může podle potřeby podpořit také identifikaci zařízení nebo pracovní postupy údržby v terénu.

Uvažujme hlášený alarm bez průtoku.

Procesní data ukazují nulový průtok, ale technik stále musí zjistit, zda se proces skutečně zastavil.

Blízká kamera nebo jiné nezávislé pozorování může poskytnout další důkazy, než někdo fyzicky dorazí k zařízení.

Nenahrazuje to měřicí přístroje.

Poskytuje další zdroj kontextu při řešení neobvyklého stavu.

Dashboardy by měly podporovat rozhodování, ne zobrazovat všechno

Častou chybou při tvorbě HMI je vytváření dashboardů podle dat, která jsou právě k dispozici.

Lepší přístup začíná rozhodnutím, které musí uživatel učinit.

Údržbový dashboard může zvýrazňovat aktivní poruchy, ukazatele stavu zařízení a nadcházející požadavky na servis.

Výrobní dashboard se může zaměřovat na průchodnost, prostoje, kvalitu a plnění harmonogramu.

Inženýrská obrazovka může zobrazovat podrobnější trendy procesu a diagnostiku regulátorů.

Dynamické dashboardy se mohou měnit podle provozní situace.

Během běžné výroby může rozhraní zobrazovat stručný přehled.

Při výskytu poruchy se diagnostické informace stanou výraznějšími.

Po zahájení údržby může rozhraní zobrazit jiné záznamy nebo postupy.

Software proto přizpůsobuje hierarchii informací aktuální úloze.

Tento přístup může výrazně omezit procházení nesouvisejících obrazovek.

Návrh alarmů je součástí uživatelského prostředí

Správa alarmů úzce souvisí s použitelností HMI.

Pokud rozhraní zobrazí stovky málo významných alarmů se stejnou prioritou, operátoři mohou mít potíže určit stav vyžadující okamžitou pozornost.

Přívaly alarmů mohou být obzvlášť obtížné během odstavení zařízení.

Jedna iniciační událost může během několika sekund vyvolat řadu sekundárních alarmů.

Uživatel potřebuje dostatek kontextu, aby určil, která událost nastala jako první a které alarmy jsou jejími důsledky.

Přesnost časových údajů, priorita, seskupení a historická posloupnost jsou proto stejně důležité jako vizuální banner alarmu.

Dobře navržené automatizační systémy integrují tyto funkce napříč vrstvami PLC, HMI a nadřazeného systému.

Provozy, které zvažují širší architektury, možná budou muset zvážit také to, jak systémy PLC a PAC zpřístupňují diagnostická data vizualizační vrstvě.

Lepší návrh HMI může zkrátit odstraňování problémů

Provozní hodnota UI/UX se nejvíce projeví, když se něco pokazí.

Představme si čerpadlo, které neočekávaně přestane dodávat průtok.

Špatně navržené rozhraní může hlásit pouze obecný alarm čerpadla.

Operátor pak začne procházet samostatné obrazovky se stavem motoru, proudem, polohou ventilu a procesním tlakem.

Dobře strukturované HMI může tyto souvislosti propojit.

Operátor může okamžitě vidět, že motor běží, výtlačný ventil je otevřený a tlak se neočekávaně změnil.

Tyto informace samy o sobě poruchu automaticky nediagnostikují.

Zúží rozsah hledání.

Každá ušetřená minuta během tohoto procesu může zkrátit odstávku zařízení, u něhož výroba závisí na rychlém obnovení provozu.

UI/UX musí vycházet ze skutečného chování provozu

Nejlepší návrh HMI nelze vytvořit výhradně od stolu.

Inženýři musí rozumět tomu, jak operátoři s procesem pracují během běžné výroby, spouštění, odstávky a abnormálních podmínek.

Obrazovka, která během vývoje vypadá logicky, může být při skutečném narušení výroby frustrující.

Testování by proto mělo zahrnovat lidi, kteří budou rozhraní používat.

Navigaci lze vyhodnotit.

Chování alarmů lze přezkoumat.

Často používané informace lze přesunout blíže k hlavní provozní obrazovce.

Zbytečné prvky lze odstranit.

Tento iterativní proces je základem skutečného designu zaměřeného na uživatele.

Nejlepší průmyslové rozhraní je často to, kterého si uživatelé téměř nevšimnou

Úspěšné HMI by nemělo operátory nutit přemýšlet o samotném rozhraní.

Jejich pozornost by měla zůstat zaměřena na stroj, proces a výrobní cíl.

Dobrý průmyslový UI/UX proto závisí spíše na přehlednosti než na dekoracích.

Hierarchie informací je důležitá.

Kontext je důležitý.

Konzistence je důležitá.

Přístup založený na rolích je důležitý.

Mobilní funkce a webové technologie mohou systém rozšířit, ale měly by podporovat stejný základní cíl.

Lidé potřebují správné informace v okamžiku, kdy je nutné učinit rozhodnutí.

S tím, jak průmyslové systémy nadále shromažďují větší objemy dat, bude tento požadavek stále důležitější, nikoli méně důležitý.

Konkurenční výhoda nevznikne jednoduše zobrazováním většího počtu tagů, alarmů nebo dashboardů.

Vznikne návrhem rozhraní, která operátorům, inženýrům a manažerům pomohou pochopit, co tyto signály skutečně znamenají.