Aumentare l’efficienza attraverso una progettazione migliore di HMI e UI/UX

Gli stabilimenti industriali hanno accesso a una quantità di dati operativi mai vista prima.

La difficoltà maggiore consiste nel decidere di quali informazioni le persone abbiano realmente bisogno e nel presentarle con sufficiente chiarezza da supportare decisioni rapide.

Un operatore che reagisce a una condizione anomala del processo non può trascorrere diversi minuti a cercare tra le schermate e centinaia di valori.

Un ingegnere che analizza le prestazioni delle apparecchiature ha bisogno di un contesto storico, non di letture isolate.

Un responsabile della produzione potrebbe aver bisogno di una visualizzazione completamente diversa, con tempi di attività, output, qualità e altri indicatori chiave delle prestazioni.

Questo rende la progettazione dell’interfaccia uomo-macchina qualcosa di più di un semplice esercizio grafico.

La progettazione HMI si colloca tra i dati dell’automazione e il processo decisionale umano.

Una solida strategia di interfaccia utente ed esperienza utente aiuta a trasformare i valori dei controllori, gli allarmi e i dati storici in informazioni realmente utilizzabili.

L’obiettivo non è rendere le schermate industriali visivamente impressionanti.

L’obiettivo è ridurre lo sforzo necessario per comprendere cosa sta facendo il processo, dove è necessaria attenzione e quale azione debba essere intrapresa successivamente.

I dati industriali sono utili solo quando le persone possono interpretarli

I moderni sistemi di controllo possono raccogliere enormi quantità di informazioni da PLC, azionamenti, strumenti, sensori e dispositivi di campo intelligenti.

Tuttavia, l’aggiunta di dati non porta automaticamente a operazioni migliori.

Un’HMI strutturata male può esporre centinaia di variabili, rendendo comunque difficile diagnosticare un problema semplice.

Gli operatori potrebbero dover passare da più schermate per comprendere un singolo evento.

Ai valori importanti può essere dato lo stesso risalto visivo delle informazioni di routine.

I messaggi di allarme possono spiegare che si è verificato un guasto senza mostrare le condizioni di processo che hanno portato all’evento.

Una buona progettazione UI/UX affronta questi problemi definendo le informazioni in funzione della decisione che l’utente deve prendere.

Questo vale sia per il personale dello stabilimento sia per gli utenti aziendali.

Gli operatori hanno bisogno di una consapevolezza immediata dello stato della macchina e del processo.

I team di ingegneria hanno bisogno di dettagli diagnostici e tendenze storiche.

La dirigenza potrebbe aver bisogno di indicatori di produzione e prestazioni anziché dei valori dei singoli dispositivi.

Lo stesso sistema di automazione può servire tutti e tre i gruppi, ma non è necessariamente opportuno che ricevano schermate identiche.

Gli operatori hanno bisogno di interfacce che possano comprendere immediatamente

Molte decisioni degli operatori vengono prese in pochi secondi.

Quando un processo inizia a uscire dall’intervallo previsto, l’interfaccia dovrebbe rendere la condizione anomala facilmente riconoscibile.

Il posizionamento logico è uno dei fondamenti di una progettazione HMI intuitiva.

I comandi correlati dovrebbero rimanere raggruppati.

La navigazione dovrebbe seguire la struttura fisica o funzionale della macchina.

Gli indicatori di processo importanti dovrebbero occupare posizioni prevedibili, invece di spostarsi da una schermata all'altra.

La coerenza riduce la quantità di interpretazione richiesta all'operatore.

Se ogni schermata delle apparecchiature utilizza un layout, un sistema di colori o una convenzione per gli allarmi diversi, il personale deve reimparare ripetutamente a leggere l'interfaccia.

Un modello coerente consente di mantenere l'attenzione sul processo anziché sul software.

Ciò diventa particolarmente importante nei grandi impianti, dove gli operatori supervisionano più aree di produzione o diverse famiglie di apparecchiature.

Il contesto trasforma un numero in informazioni utili

Visualizzare un valore numerico è facile.

Spiegare cosa significhi il valore nelle condizioni operative attuali è più difficile.

Si consideri una temperatura di processo di 78°C.

Il solo numero non dice all'operatore se la condizione è normale, se sta aumentando rapidamente o se si sta avvicinando a un limite operativo.

Una piccola tendenza storica può fornire immediatamente questo contesto.

L'operatore può vedere se la temperatura è rimasta stabile o se è aumentata continuamente.

Lo stesso principio si applica a pressione, corrente, portata, vibrazioni e tasso di produzione.

Anche i dati storici aiutano a distinguere i disturbi temporanei dai problemi in via di sviluppo.

Un'escursione breve che ritorna alla normalità può richiedere una risposta diversa rispetto a una variabile che ha subito una deriva costante per diverse ore.

Il contesto diventa ancora più prezioso quando le variabili correlate vengono visualizzate insieme.

Una portata in diminuzione può essere più comprensibile se visualizzata accanto alla corrente della pompa, alla posizione della valvola e alla pressione a monte.

L'HMI diventa quindi uno strumento per la risoluzione dei problemi, anziché un semplice pannello di controllo digitale.

La progettazione di HMI ad alte prestazioni dà priorità alle condizioni anomale

Un tempo le schermate industriali erano comunemente piene di colori vivaci, sfumature e grafiche delle apparecchiature molto dettagliate.

Le schermate visivamente ricche possono apparire attraenti, ma rendere più difficile identificare le situazioni anomale.

I principi dell'HMI ad alte prestazioni adottano un approccio diverso.

Le condizioni normali sono generalmente presentate con un'enfasi visiva contenuta.

I colori intensi e gli indicatori ben visibili sono riservati alle condizioni che richiedono attenzione.

Ciò consente di evidenziare immediatamente uno stato anomalo.

Le tecniche visive utili possono includere indicatori analogici, sparkline, grafici delle tendenze e stati di allarme chiaramente differenziati.

La codifica ridondante può inoltre migliorare l'interpretazione.

Un allarme non dovrebbe dipendere interamente da un unico colore.

Il testo, i simboli, la posizione o la forma possono fornire un'ulteriore indicazione dello stato.

Questo è utile in condizioni di visualizzazione difficili e per gli utenti che potrebbero distinguere i colori in modo diverso.

Figura 1. Un HMI ad alte prestazioni combina lo stato delle apparecchiature, gli allarmi e i trend di processo, così da consentire l'identificazione rapida delle condizioni anomale.

Utenti diversi hanno bisogno di informazioni diverse

L'operatore non è l'unica persona a utilizzare i dati industriali.

Tecnici della manutenzione, tecnici di processo, supervisori e team dirigenziali possono interagire tutti con le informazioni generate dalla stessa piattaforma di automazione.

I loro obiettivi sono diversi.

Un operatore può aver bisogno della corrente del motore perché lo aiuta a determinare se l'apparecchiatura funziona correttamente.

Un tecnico della manutenzione può aver bisogno dello storico aggiornato, delle ore di funzionamento e dei registri dei guasti.

Un responsabile può attribuire maggiore importanza alla disponibilità delle apparecchiature e alle perdite di produzione associate ai guasti ripetuti.

Un'architettura HMI incentrata sull'utente riconosce tali differenze.

Anziché creare un'unica dashboard sovraccarica per tutti, il sistema può fornire visualizzazioni specifiche per ruolo.

Le informazioni sottostanti rimangono collegate, ma ogni utente visualizza il livello di dettaglio richiesto per una determinata decisione.

La progettazione di queste visualizzazioni richiede la comprensione di come le persone lavorano realmente.

I tecnici devono identificare quali KPI utilizza ciascun gruppo, con quale frequenza ne ha bisogno e quali decisioni derivano da tali indicatori.

Il risultato è spesso più semplice che esporre ogni tag disponibile.

L'accesso mobile cambia il luogo in cui vengono prese le decisioni

Le attività industriali non sono più confinate a terminali fissi montati accanto alla macchina.

Tecnici e supervisori accedono sempre più spesso alle informazioni sulla produzione da laptop, tablet e dispositivi mobili.

La tecnologia HMI basata sul Web supporta questo cambiamento consentendo alle applicazioni di visualizzazione di funzionare su diverse piattaforme hardware.

Un'interfaccia basata su browser può ridurre la dipendenza da uno specifico sistema operativo o da una particolare configurazione della workstation.

Questo non significa che ogni funzione di controllo debba diventare automaticamente disponibile da uno smartphone.

La visualizzazione remota e il controllo remoto creano livelli diversi di rischio operativo.

Le autorizzazioni di accesso, l'autenticazione, la sicurezza informatica e i requisiti di sicurezza devono definire cosa ogni utente remoto è autorizzato a fare.

Per molte applicazioni, la sola visibilità da remoto offre già un valore considerevole.

Un tecnico che riceve un allarme può verificare le condizioni operative prima di recarsi presso l'apparecchiatura.

Il personale addetto alla manutenzione può esaminare trend e diagnostica stando accanto alla macchina.

I supervisori possono controllare lo stato della produzione senza tornare in una sala di controllo centrale.

Per gli impianti che utilizzano moderni sistemi HMI e di calcolo industriale, questa flessibilità sta diventando un criterio di progettazione sempre più importante.

Figura 2. La visualizzazione basata sul Web consente di accedere alle informazioni industriali autorizzate da diversi tipi di dispositivi.

I dispositivi mobili possono offrire più di un’altra schermata

Un’interfaccia mobile può inoltre utilizzare funzionalità non disponibili su una tradizionale HMI fissa.

Le telecamere possono fornire una conferma visiva delle condizioni delle apparecchiature.

I codici QR possono collegare gli asset fisici ai registri di manutenzione, alla documentazione o alle informazioni sul dispositivo.

Le interfacce wireless possono raccogliere dati da dispositivi di campo compatibili.

Le informazioni sulla posizione possono inoltre supportare, ove appropriato, l’identificazione degli asset o i flussi di lavoro per la manutenzione sul campo.

Si consideri un allarme segnalato di assenza di flusso.

I dati di processo indicano un flusso pari a zero, ma l’ingegnere deve comunque determinare se il processo si è effettivamente arrestato.

Una telecamera vicina o un’altra osservazione indipendente può fornire ulteriori elementi prima che qualcuno raggiunga fisicamente l’apparecchiatura.

Questo non sostituisce la strumentazione.

Fornisce un’ulteriore fonte di contesto durante la ricerca delle cause di una condizione anomala.

I dashboard devono supportare le decisioni, non mostrare tutto

Un errore comune nella progettazione delle HMI consiste nel creare dashboard basati sui dati casualmente disponibili.

Un approccio più efficace parte dalla decisione che l’utente deve prendere.

Un dashboard di manutenzione può evidenziare i guasti attivi, gli indicatori delle condizioni delle apparecchiature e i prossimi interventi di assistenza.

Un dashboard di produzione può concentrarsi su produttività, tempi di fermo, qualità e rispetto del programma.

Una schermata di ingegneria può mostrare tendenze di processo più dettagliate e dati diagnostici del controller.

I dashboard dinamici possono cambiare in base alla situazione operativa.

Durante la produzione normale, l’interfaccia può mostrare una panoramica concisa.

Quando si verifica un guasto, le informazioni diagnostiche diventano più evidenti.

Quando inizia la manutenzione, l’interfaccia può mostrare record o procedure diversi.

Il software adatta quindi la gerarchia delle informazioni all’attività corrente.

Questo approccio può ridurre significativamente la navigazione tra schermate non correlate.

La progettazione degli allarmi fa parte dell’esperienza utente

La gestione degli allarmi è strettamente connessa all’usabilità dell’HMI.

Se un’interfaccia presenta centinaia di allarmi di basso valore con la stessa priorità, gli operatori possono avere difficoltà a identificare la condizione che richiede attenzione immediata.

Le raffiche di allarmi possono essere particolarmente difficili durante gli arresti degli impianti.

Un singolo evento iniziale può generare numerosi allarmi secondari nel giro di pochi secondi.

L’utente ha bisogno di un contesto sufficiente per identificare quale evento si è verificato per primo e quali allarmi ne sono le conseguenze.

La precisione temporale, la priorità, il raggruppamento e la sequenza storica contano quindi quanto il banner visivo dell’allarme.

I sistemi di automazione ben progettati integrano queste funzioni nei livelli PLC, HMI e di supervisione.

Gli impianti che valutano architetture più ampie potrebbero dover considerare anche il modo in cui i sistemi PLC e PAC espongono i dati diagnostici al livello di visualizzazione.

Una migliore progettazione HMI può abbreviare la risoluzione dei problemi

Il valore operativo della UI/UX diventa più evidente quando qualcosa va storto.

Si consideri una pompa che inaspettatamente smette di erogare flusso.

Un'interfaccia progettata male potrebbe segnalare solo un allarme generico della pompa.

L'operatore inizia quindi a cercare in schermate separate lo stato del motore, la corrente, la posizione della valvola e la pressione di processo.

Una HMI ben strutturata può riunire queste relazioni.

L'operatore può vedere immediatamente che il motore è in funzione, la valvola di scarico è aperta e la pressione è cambiata in modo imprevisto.

Queste informazioni non diagnosticano automaticamente il guasto.

Restringe l'indagine.

Ogni minuto risparmiato durante questo processo può ridurre il fermo di apparecchiature la cui produzione dipende da un ripristino rapido.

La UI/UX deve essere progettata in base al comportamento reale dell'impianto

La migliore progettazione HMI non può essere creata interamente da una scrivania.

Gli ingegneri devono comprendere come gli operatori interagiscono con il processo durante la produzione normale, l'avviamento, l'arresto e le condizioni anomale.

Una schermata che durante lo sviluppo appare logica può diventare frustrante quando viene utilizzata durante un'effettiva anomalia di produzione.

I test dovrebbero quindi coinvolgere le persone che utilizzeranno l'interfaccia.

La navigazione può essere valutata.

Il comportamento degli allarmi può essere riesaminato.

Le informazioni consultate più frequentemente possono essere avvicinate alla schermata operativa principale.

Gli elementi non necessari possono essere rimossi.

Questo processo iterativo è fondamentale per una progettazione realmente incentrata sull'utente.

La migliore interfaccia industriale è spesso quella che gli utenti notano appena

Una HMI efficace non dovrebbe costringere gli operatori a pensare all'interfaccia in sé.

La loro attenzione dovrebbe rimanere concentrata sulla macchina, sul processo e sull'obiettivo produttivo.

Una buona UI/UX industriale dipende quindi dalla chiarezza, non dalla decorazione.

La gerarchia delle informazioni è importante.

Il contesto è importante.

La coerenza è importante.

L'accesso basato sui ruoli è importante.

Le funzionalità mobili e le tecnologie web possono estendere il sistema, ma dovrebbero supportare lo stesso obiettivo fondamentale.

Le persone hanno bisogno delle informazioni giuste nel momento in cui devono prendere una decisione.

Man mano che i sistemi industriali continueranno a raccogliere volumi di dati sempre maggiori, tale requisito diventerà più importante, non meno.

Il vantaggio competitivo non deriverà semplicemente dalla visualizzazione di più tag, allarmi o dashboard.

Deriverà dalla progettazione di interfacce che aiutino operatori, ingegneri e responsabili a comprendere il significato effettivo di quei segnali.