Zwiększanie efektywności dzięki lepszemu projektowaniu HMI i UI/UX

Zakłady przemysłowe mają dostęp do większej ilości danych operacyjnych niż kiedykolwiek wcześniej.

Trudniejsze jest określenie, jakich informacji ludzie rzeczywiście potrzebują, i przedstawienie ich na tyle jasno, aby wspierały szybkie decyzje.

Operator reagujący na nieprawidłowy stan procesu nie może poświęcić kilku minut na przeszukiwanie ekranów i setek wartości.

Inżynier analizujący wydajność urządzeń potrzebuje kontekstu historycznego, a nie odosobnionych odczytów.

Kierownik produkcji może potrzebować zupełnie innego widoku, pokazującego dostępność, wielkość produkcji, jakość i inne kluczowe wskaźniki wydajności.

Sprawia to, że projektowanie interfejsu człowiek–maszyna jest czymś więcej niż ćwiczeniem graficznym.

Projektowanie HMI znajduje się na styku danych z automatyki i podejmowania decyzji przez człowieka.

Skuteczna strategia interfejsu użytkownika i doświadczenia użytkownika pomaga przekształcać wartości ze sterowników, alarmy i zapisy historyczne w informacje, z których ludzie mogą rzeczywiście korzystać.

Celem nie jest uczynienie ekranów przemysłowych atrakcyjnymi wizualnie.

Chodzi o zmniejszenie wysiłku potrzebnego do zrozumienia, co dzieje się w procesie, gdzie potrzebna jest uwaga i jakie działanie powinno nastąpić w następnej kolejności.

Dane przemysłowe są użyteczne tylko wtedy, gdy ludzie potrafią je interpretować

Nowoczesne systemy sterowania mogą gromadzić ogromne ilości informacji ze sterowników PLC, napędów, przyrządów pomiarowych, czujników i inteligentnych urządzeń obiektowych.

Jednak dodatkowe dane nie prowadzą automatycznie do lepszego działania.

Nieprawidłowo zorganizowany interfejs HMI może prezentować setki zmiennych, a mimo to utrudniać zdiagnozowanie prostego problemu.

Operatorzy mogą potrzebować przechodzić między wieloma ekranami, aby zrozumieć jedno zdarzenie.

Ważne wartości mogą być wyróżnione wizualnie tak samo jak informacje rutynowe.

Komunikaty alarmowe mogą wyjaśniać, że wystąpiła awaria, nie pokazując jednak warunków procesu, które do niej doprowadziły.

Dobre projektowanie UI/UX rozwiązuje te problemy, definiując informacje wokół decyzji, którą użytkownik musi podjąć.

Dotyczy to zarówno personelu zakładu, jak i użytkowników biznesowych.

Operatorzy potrzebują natychmiastowej wiedzy o stanie maszyny i procesu.

Zespoły inżynieryjne potrzebują szczegółowych danych diagnostycznych i trendów historycznych.

Kierownictwo może potrzebować wskaźników produkcji i wydajności zamiast wartości poszczególnych urządzeń.

Ten sam system automatyki może służyć wszystkim trzem grupom, ale nie powinny one otrzymywać identycznych ekranów.

Operatorzy potrzebują interfejsów, które mogą natychmiast zrozumieć

Wiele decyzji operatorzy podejmują w ciągu kilku sekund.

Gdy proces zaczyna wychodzić poza oczekiwany zakres, interfejs powinien ułatwiać rozpoznanie nieprawidłowego stanu.

Logiczne rozmieszczenie jest jednym z fundamentów użytecznego projektowania interfejsów HMI.

Powiązane elementy sterujące powinny pozostać razem.

Nawigacja powinna odzwierciedlać fizyczną lub funkcjonalną strukturę maszyny.

Najważniejsze wskaźniki procesu powinny zajmować przewidywalne miejsca, zamiast przemieszczać się między ekranami.

Spójność ogranicza zakres interpretacji wymaganej od operatora.

Jeśli każdy ekran urządzenia ma inny układ, system kolorów lub konwencję alarmów, personel musi wielokrotnie uczyć się od nowa, jak odczytywać interfejs.

Spójny szablon pozwala skupić uwagę na procesie, a nie na oprogramowaniu.

Staje się to szczególnie ważne w dużych zakładach, w których operatorzy nadzorują wiele obszarów produkcyjnych lub różne rodziny urządzeń.

Kontekst zmienia liczbę w użyteczną informację

Wyświetlenie wartości liczbowej jest łatwe.

Wyjaśnienie, co ta wartość oznacza w aktualnych warunkach pracy, jest trudniejsze.

Rozważmy temperaturę procesu wynoszącą 78°C.

Sama liczba nie mówi operatorowi, czy stan jest normalny, szybko się pogarsza ani czy zbliża się do limitu roboczego.

Niewielki wykres historycznego trendu może od razu dostarczyć tego kontekstu.

Operator może sprawdzić, czy temperatura pozostawała stabilna, czy też stale rosła.

Ta sama zasada dotyczy ciśnienia, prądu, przepływu, drgań i wydajności produkcji.

Dane historyczne pomagają również odróżnić przejściowe zakłócenia od rozwijających się problemów.

Krótkotrwałe odchylenie, po którym następuje powrót do normy, może wymagać innej reakcji niż zmienna, która stale zmieniała się przez kilka godzin.

Kontekst staje się jeszcze cenniejszy, gdy powiązane zmienne są prezentowane razem.

Spadek natężenia przepływu może być bardziej zrozumiały, gdy obserwuje się go obok prądu pompy, położenia zaworu i ciśnienia przed urządzeniem.

HMI staje się wtedy narzędziem diagnostycznym, a nie tylko cyfrowym panelem operatorskim.

Projektowanie wydajnych interfejsów HMI nadaje priorytet stanom nieprawidłowym

Ekrany przemysłowe były kiedyś często wypełnione jaskrawymi kolorami, gradientami i bardzo szczegółową grafiką urządzeń.

Bogate wizualnie ekrany mogą wyglądać atrakcyjnie, a jednocześnie utrudniać identyfikację sytuacji nieprawidłowych.

Zasady projektowania wydajnych interfejsów HMI przyjmują inne podejście.

Warunki normalne są na ogół przedstawiane z powściągliwym akcentem wizualnym.

Intensywne kolory i wyeksponowane wskaźniki są zarezerwowane dla warunków wymagających uwagi.

Dzięki temu stan nieprawidłowy natychmiast się wyróżnia.

Przydatne techniki wizualne mogą obejmować wskaźniki analogowe, wykresy sparkline, wykresy trendów oraz wyraźnie rozróżnione stany alarmowe.

Redundancja kodowania może również ułatwić interpretację.

Alarm nie powinien zależeć wyłącznie od jednego koloru.

Tekst, symbole, położenie lub kształt mogą stanowić dodatkowe wskazanie stanu.

Jest to cenne w trudnych warunkach obserwacji oraz dla użytkowników, którzy mogą odmiennie rozróżniać kolory.

Rysunek 1. Wydajne HMI łączy stan urządzeń, alarmy i trendy procesowe, aby można było szybko identyfikować nieprawidłowe warunki.

Różni użytkownicy potrzebują różnych informacji

Operator nie jest jedyną osobą korzystającą z danych przemysłowych.

Inżynierowie utrzymania ruchu, inżynierowie procesu, osoby nadzorujące i zespoły zarządzające mogą korzystać z informacji generowanych przez tę samą platformę automatyki.

Ich cele są różne.

Operator może potrzebować informacji o prądzie silnika, ponieważ pomaga ona określić, czy urządzenie działa prawidłowo.

Inżynier utrzymania ruchu może potrzebować bieżącej historii, czasu pracy i rejestrów usterek.

Kierownik może zwracać większą uwagę na dostępność urządzeń i straty produkcyjne związane z powtarzającymi się awariami.

Architektura HMI zorientowana na użytkownika uwzględnia te różnice.

Zamiast tworzyć jeden przeładowany pulpit dla wszystkich, system może udostępniać widoki dostosowane do ról.

Podstawowe informacje pozostają połączone, ale każdy użytkownik widzi poziom szczegółowości wymagany do podjęcia konkretnej decyzji.

Projektowanie takich widoków wymaga zrozumienia, jak ludzie faktycznie pracują.

Inżynierowie muszą określić, z których wskaźników KPI korzysta każda grupa, jak często ich potrzebuje oraz jakie decyzje wynikają z tych wskaźników.

Rezultat jest często prostszy niż udostępnianie wszystkich dostępnych tagów.

Dostęp mobilny zmienia miejsce podejmowania decyzji

Działania przemysłowe nie są już ograniczone do stałych terminali zamontowanych obok maszyny.

Inżynierowie i osoby nadzorujące coraz częściej uzyskują dostęp do informacji o produkcji z laptopów, tabletów i urządzeń mobilnych.

Technologia HMI oparta na sieci Web wspiera tę zmianę, umożliwiając działanie aplikacji wizualizacyjnych na różnych platformach sprzętowych.

Interfejs oparty na przeglądarce może zmniejszyć zależność od konkretnego systemu operacyjnego lub konfiguracji stacji roboczej.

Nie oznacza to, że każda funkcja sterowania powinna automatycznie stać się dostępna ze smartfona.

Zdalna wizualizacja i zdalne sterowanie wiążą się z różnymi poziomami ryzyka operacyjnego.

Uprawnienia dostępu, uwierzytelnianie, cyberbezpieczeństwo i wymagania dotyczące bezpieczeństwa muszą określać, co każdy użytkownik zdalny może robić.

W wielu zastosowaniach sama zdalna obserwacja zapewnia znaczące korzyści.

Inżynier, który otrzyma alarm, może sprawdzić warunki pracy przed udaniem się do urządzenia.

Personel utrzymania ruchu może analizować trendy i diagnostykę, stojąc obok maszyny.

Osoby nadzorujące mogą sprawdzać stan produkcji bez powrotu do centralnej sterowni.

W przypadku obiektów wykorzystujących nowoczesne systemy HMI i przemysłowe systemy komputerowe ta elastyczność staje się coraz ważniejszym aspektem projektowym.

Rysunek 2. Wizualizacja internetowa umożliwia dostęp do autoryzowanych informacji przemysłowych za pośrednictwem różnych typów urządzeń.

Urządzenia mobilne mogą oferować więcej niż tylko kolejny ekran

Interfejs mobilny może również korzystać z funkcji niedostępnych w tradycyjnym, stacjonarnym HMI.

Kamery mogą zapewniać wizualne potwierdzenie stanu urządzeń.

Kody QR mogą łączyć zasoby fizyczne z rejestrami konserwacji, dokumentacją lub informacjami o urządzeniu.

Interfejsy bezprzewodowe mogą zbierać dane ze zgodnych urządzeń polowych.

Informacje o lokalizacji mogą również wspierać identyfikację zasobów lub procedury konserwacji w terenie, jeśli jest to właściwe.

Rozważmy zgłoszony alarm braku przepływu.

Dane procesowe wskazują zerowy przepływ, ale inżynier nadal musi ustalić, czy proces rzeczywiście się zatrzymał.

Umieszczona w pobliżu kamera lub inna niezależna obserwacja może dostarczyć dodatkowych dowodów, zanim ktoś fizycznie dotrze do urządzenia.

Nie zastępuje to oprzyrządowania pomiarowego.

Dostarcza ono dodatkowego źródła kontekstu podczas diagnozowania nieprawidłowego stanu.

Pulpity powinny wspierać podejmowanie decyzji, a nie wyświetlać wszystko

Częstym błędem w HMI jest tworzenie pulpitów na podstawie danych, które akurat są dostępne.

Skuteczniejsze podejście zaczyna się od decyzji, którą użytkownik musi podjąć.

Pulpit konserwacyjny może wyróżniać aktywne usterki, wskaźniki stanu urządzeń i zbliżające się wymagania serwisowe.

Pulpit produkcyjny może koncentrować się na przepustowości, przestojach, jakości i realizacji harmonogramu.

Ekran inżynierski może udostępniać bardziej szczegółowe trendy procesu i diagnostykę sterownika.

Dynamiczne pulpity nawigacyjne mogą zmieniać się zależnie od sytuacji operacyjnej.

Podczas normalnej produkcji interfejs może wyświetlać zwięzły przegląd.

Po wystąpieniu usterki informacje diagnostyczne stają się bardziej widoczne.

Po rozpoczęciu konserwacji interfejs może udostępniać inne rejestry lub procedury.

Oprogramowanie dostosowuje zatem hierarchię informacji do bieżącego zadania.

Takie podejście może znacznie ograniczyć nawigację po niepowiązanych ekranach.

Projektowanie alarmów jest częścią doświadczenia użytkownika

Zarządzanie alarmami jest ściśle związane z użytecznością interfejsu HMI.

Jeśli interfejs przedstawia setki alarmów o niskiej wartości i jednakowym priorytecie, operatorom może być trudno zidentyfikować stan wymagający natychmiastowej uwagi.

Natłok alarmów może być szczególnie trudny do opanowania podczas wyłączeń urządzeń.

Jedno zdarzenie inicjujące może w ciągu kilku sekund wygenerować wiele alarmów wtórnych.

Użytkownik potrzebuje wystarczającego kontekstu, aby ustalić, które zdarzenie wystąpiło jako pierwsze i które alarmy są jego konsekwencjami.

Dokładność znaczników czasu, priorytety, grupowanie i kolejność historyczna są zatem równie ważne jak wizualny baner alarmowy.

Dobrze zaprojektowane systemy automatyki integrują te funkcje w warstwach PLC, HMI i nadzoru.

Zakłady analizujące szersze architektury mogą również potrzebować rozważyć, w jaki sposób systemy PLC i PAC udostępniają dane diagnostyczne warstwie wizualizacji.

Lepszy projekt HMI może skrócić czas rozwiązywania problemów

Wartość operacyjna UI/UX staje się najbardziej widoczna, gdy coś idzie nie tak.

Rozważmy pompę, która niespodziewanie przestaje tłoczyć ciecz.

Źle zaprojektowany interfejs może zgłaszać jedynie ogólny alarm pompy.

Operator zaczyna wtedy przeszukiwać osobne ekrany w poszukiwaniu informacji o stanie silnika, natężeniu prądu, położeniu zaworu i ciśnieniu procesowym.

Dobrze uporządkowany interfejs HMI może połączyć te zależności.

Operator może od razu zobaczyć, że silnik pracuje, zawór wylotowy jest otwarty, a ciśnienie zmieniło się nieoczekiwanie.

Te informacje nie pozwalają automatycznie zdiagnozować usterki.

Zawęża zakres poszukiwań.

Każda minuta zaoszczędzona podczas tego procesu może ograniczyć przestój urządzeń, których produkcja zależy od szybkiego przywrócenia działania.

Interfejs UI/UX Należy Projektować W Oparciu o Rzeczywiste Zachowanie Zakładu

Najlepszego projektu HMI nie można stworzyć wyłącznie zza biurka.

Inżynierowie muszą rozumieć, jak operatorzy wchodzą w interakcję z procesem podczas normalnej produkcji, rozruchu, wyłączenia i stanów nietypowych.

Ekran, który podczas tworzenia wygląda logicznie, może stać się frustrujący podczas rzeczywistego zakłócenia produkcji.

Dlatego testy powinny angażować osoby, które będą korzystać z interfejsu.

Można ocenić nawigację.

Można przeanalizować działanie alarmów.

Często używane informacje można przenieść bliżej głównego ekranu operatorskiego.

Niepotrzebne elementy można usunąć.

Ten iteracyjny proces ma kluczowe znaczenie dla prawdziwie zorientowanego na użytkownika projektowania.

Najlepszy interfejs przemysłowy to często ten, którego użytkownicy prawie nie zauważają

Skuteczny interfejs HMI nie powinien zmuszać operatorów do myślenia o samym interfejsie.

Ich uwaga powinna pozostać skupiona na maszynie, procesie i celu produkcyjnym.

Dlatego dobry interfejs użytkownika i UX w przemyśle zależą od przejrzystości, a nie od dekoracji.

Hierarchia informacji ma znaczenie.

Kontekst ma znaczenie.

Spójność ma znaczenie.

Dostęp oparty na rolach ma znaczenie.

Urządzenia mobilne i technologie internetowe mogą rozszerzyć system, ale powinny wspierać ten sam podstawowy cel.

Ludzie potrzebują właściwych informacji w chwili, gdy trzeba podjąć decyzję.

W miarę jak systemy przemysłowe będą nadal gromadzić coraz większe ilości danych, wymaganie to stanie się ważniejsze, a nie mniej istotne.

Przewaga konkurencyjna nie będzie wynikać po prostu z wyświetlania większej liczby tagów, alarmów czy pulpitów nawigacyjnych.

Będzie wynikać z projektowania interfejsów, które pomagają operatorom, inżynierom i menedżerom zrozumieć, co właściwie oznaczają te sygnały.