Повышение эффективности благодаря улучшению HMI и дизайна UI/UX

Промышленные предприятия имеют доступ к большему объёму эксплуатационных данных, чем когда-либо прежде.

Более сложная задача — определить, какая информация действительно нужна людям, и представить её достаточно ясно для поддержки быстрых решений.

Оператор, реагирующий на нештатное состояние процесса, не может тратить несколько минут на поиск нужной информации среди экранов и сотен значений.

Инженеру, изучающему эффективность оборудования, нужен исторический контекст, а не отдельные показания.

Руководителю производства может потребоваться совершенно иной вид с отображением коэффициента готовности, объёма выпуска, качества и других ключевых показателей эффективности.

Это делает проектирование человеко-машинного интерфейса чем-то большим, чем просто графическая задача.

Проектирование HMI находится на стыке данных автоматизации и принятия решений человеком.

Продуманная стратегия пользовательского интерфейса и пользовательского опыта помогает преобразовать значения контроллеров, аварийные сигналы и исторические записи в информацию, которой люди действительно могут пользоваться.

Цель не в том, чтобы сделать промышленные экраны визуально впечатляющими.

Цель — сократить усилия, необходимые для понимания того, что происходит в процессе, где требуется внимание и какое действие следует выполнить следующим.

Промышленные данные полезны только тогда, когда люди могут их интерпретировать

Современные системы управления могут собирать огромные объёмы информации от ПЛК, приводов, приборов, датчиков и интеллектуальных полевых устройств.

Однако дополнительные данные не обеспечивают автоматически более эффективную эксплуатацию.

Плохо структурированная HMI может отображать сотни переменных, но при этом затруднять диагностику даже простой проблемы.

Операторам может потребоваться переходить между несколькими экранами, чтобы понять одно событие.

Важные значения могут иметь такой же визуальный акцент, как и обычная информация.

Сообщения о неисправностях могут объяснять, что произошёл сбой, но не показывать условия процесса, приведшие к этому событию.

Качественный дизайн UI/UX решает эти проблемы, выстраивая информацию вокруг решения, которое должен принять пользователь.

Это относится как к персоналу предприятия, так и к бизнес-пользователям.

Операторам необходимо мгновенно понимать состояние машины и процесса.

Инженерным командам нужны подробные диагностические данные и исторические тренды.

Руководству могут быть нужны показатели производства и эффективности, а не значения параметров отдельных устройств.

Одна и та же система автоматизации может обслуживать все три группы, но им не обязательно предоставлять одинаковые экраны.

Операторам нужны интерфейсы, которые они могут понять сразу

Многие решения оператор принимает за считанные секунды.

Когда процесс начинает выходить за пределы ожидаемого диапазона, интерфейс должен облегчать распознавание нештатного состояния.

Логичное расположение — одна из основ удобного проектирования HMI.

Связанные элементы управления должны оставаться вместе.

Навигация должна соответствовать физической или функциональной структуре машины.

Важные показатели процесса должны занимать предсказуемые места, а не перемещаться между экранами.

Согласованность снижает объем интерпретации, необходимой оператору.

Если на каждом экране оборудования используются разные компоновка, цветовая система или правила отображения аварийных сигналов, персоналу приходится снова и снова осваивать чтение интерфейса.

Единый шаблон позволяет сосредоточить внимание на процессе, а не на программном обеспечении.

Это особенно важно на крупных предприятиях, где операторы контролируют несколько производственных зон или разные семейства оборудования.

Контекст превращает число в полезную информацию

Отобразить числовое значение легко.

Сложнее объяснить, что означает это значение в текущих условиях эксплуатации.

Рассмотрим технологическую температуру 78°C.

Одно число не говорит оператору, является ли состояние нормальным, быстро ли оно меняется или приближается ли к эксплуатационному пределу.

Небольшой исторический тренд может сразу дать этот контекст.

Оператор может видеть, оставалась ли температура стабильной или непрерывно повышалась.

Тот же принцип применяется к давлению, току, расходу, вибрации и производительности.

Исторические данные также помогают отличить временные нарушения от развивающихся проблем.

Кратковременное отклонение с последующим возвратом к норме может требовать иной реакции, чем переменная, которая постепенно отклонялась от нормы в течение нескольких часов.

Контекст становится еще более ценным, когда связанные переменные отображаются вместе.

Снижение расхода может быть понятнее, если рассматривать его вместе с током насоса, положением клапана и давлением на входе.

В таком случае HMI становится инструментом поиска и устранения неисправностей, а не просто цифровой панелью приборов.

Проектирование высокопроизводительного HMI отдает приоритет нештатным ситуациям

Промышленные экраны раньше часто заполняли яркими цветами, градиентами и очень подробными изображениями оборудования.

Визуально насыщенные экраны могут выглядеть привлекательно, но при этом затруднять выявление нештатных ситуаций.

Принципы высокопроизводительного HMI предполагают иной подход.

Нормальные условия обычно отображаются сдержанными визуальными акцентами.

Насыщенные цвета и заметные индикаторы используются только для условий, требующих внимания.

Это позволяет сразу заметить отклонение от нормы.

Полезные визуальные методы могут включать аналоговые индикаторы, спарклайны, графики трендов и четко различающиеся состояния аварийных сигналов.

Избыточное кодирование также может улучшить интерпретацию.

Аварийный сигнал не должен полностью зависеть от одного цвета.

Текст, символы, положение или форма могут служить дополнительным признаком состояния.

Это важно в условиях плохой видимости и для пользователей, которые могут по-разному различать цвета.

Рисунок 1. Высокопроизводительная HMI объединяет сведения о состоянии оборудования, аварийные сигналы и тренды технологического процесса, чтобы аномальные условия можно было быстро выявлять.

Разным пользователям нужна разная информация

Оператор — не единственный, кто использует промышленные данные.

Инженеры по техническому обслуживанию, инженеры-технологи, руководители и управленческие команды могут взаимодействовать с информацией, поступающей с одной и той же платформы автоматизации.

Их цели различаются.

Оператору может потребоваться информация о токе двигателя, поскольку она помогает определить, правильно ли работает оборудование.

Инженеру по техническому обслуживанию могут понадобиться текущая история, наработка и записи о неисправностях.

Руководителя может больше интересовать доступность оборудования и производственные потери, связанные с повторяющимися отказами.

Архитектура HMI, ориентированная на пользователя, учитывает эти различия.

Вместо создания одной перегруженной панели для всех система может предоставлять представления, соответствующие ролям пользователей.

Базовая информация остаётся связанной, но каждый пользователь видит уровень детализации, необходимый для конкретного решения.

Проектирование таких представлений требует понимания того, как люди работают на самом деле.

Инженерам необходимо определить, какие KPI использует каждая группа, как часто они нужны и какие решения принимаются на основе этих показателей.

В результате часто оказывается проще предоставить не все доступные теги, а только необходимые.

Мобильный доступ меняет место принятия решений

Промышленные операции больше не ограничены стационарными терминалами, установленными рядом со станком.

Инженеры и руководители всё чаще получают доступ к производственной информации с ноутбуков, планшетов и мобильных устройств.

Веб-технологии HMI поддерживают это изменение, позволяя приложениям визуализации работать на разных аппаратных платформах.

Интерфейс на основе браузера может уменьшить зависимость от конкретной операционной системы или конфигурации рабочей станции.

Это не означает, что каждая функция управления должна автоматически становиться доступной со смартфона.

Удалённая визуализация и удалённое управление создают разные уровни операционного риска.

Права доступа, аутентификация, кибербезопасность и требования безопасности должны определять, что разрешено делать каждому удалённому пользователю.

Для многих применений одного удалённого доступа к данным уже достаточно, чтобы обеспечить значительную ценность.

Инженер, получивший сигнал тревоги, может проверить рабочие условия, прежде чем отправиться к оборудованию.

Технический персонал может проверять тренды и диагностические данные, находясь рядом со станком.

Руководители могут просматривать состояние производства, не возвращаясь в центральную диспетчерскую.

Для предприятий, использующих современные системы HMI и промышленного вычислительного оборудования, эта гибкость становится всё более важным фактором при проектировании.

Рисунок 2. Веб-визуализация позволяет получать доступ к авторизованной промышленной информации с устройств разных типов.

Мобильные устройства могут дать больше, чем просто ещё один экран

Мобильный интерфейс также может использовать возможности, недоступные на традиционной стационарной HMI.

Камеры могут обеспечивать визуальное подтверждение состояния оборудования.

QR-коды могут связывать физические активы с записями о техническом обслуживании, документацией или информацией об устройстве.

Беспроводные интерфейсы могут собирать данные с совместимых полевых устройств.

Информация о местоположении также может поддерживать идентификацию активов или рабочие процессы полевого обслуживания, если это уместно.

Рассмотрим сообщение об аварийном сигнале отсутствия потока.

Данные процесса указывают на нулевой расход, но инженеру всё ещё нужно определить, действительно ли процесс остановился.

Камера поблизости или другое независимое наблюдение могут предоставить дополнительные доказательства до того, как кто-либо физически доберётся до оборудования.

Это не заменяет контрольно-измерительные приборы.

Это даёт дополнительный контекст при поиске причины нештатного состояния.

Панели мониторинга должны поддерживать принятие решений, а не отображать всё подряд

Распространённая ошибка при создании HMI — разрабатывать панели мониторинга на основе случайно доступных данных.

Более эффективный подход начинается с решения, которое должен принять пользователь.

Панель мониторинга технического обслуживания может выделять активные неисправности, индикаторы состояния оборудования и предстоящие требования к обслуживанию.

Производственная панель мониторинга может быть сосредоточена на производительности, простоях, качестве и соблюдении графика.

Инженерный экран может отображать более подробные тренды процесса и диагностические данные контроллера.

Динамические панели мониторинга могут изменяться в зависимости от рабочей ситуации.

Во время нормального производства интерфейс может отображать краткий обзор.

При возникновении неисправности диагностическая информация становится более заметной.

Когда начинается техническое обслуживание, интерфейс может отображать другие записи или процедуры.

Таким образом, программное обеспечение адаптирует иерархию информации к текущей задаче.

Такой подход может значительно сократить переходы между несвязанными экранами.

Проектирование аварийных сигналов — часть пользовательского опыта

Управление аварийными сигналами тесно связано с удобством использования HMI.

Если интерфейс отображает сотни малоценных аварийных сигналов с одинаковым приоритетом, операторам может быть трудно определить состояние, требующее немедленного внимания.

Потоки аварийных сигналов могут быть особенно сложными при аварийных отключениях оборудования.

Одно инициирующее событие может за считанные секунды вызвать множество вторичных аварийных сигналов.

Пользователю нужен достаточный контекст, чтобы определить, какое событие произошло первым и какие аварийные сигналы являются последствиями.

Таким образом, точность временных меток, приоритет, группировка и историческая последовательность важны не меньше, чем визуальный баннер аварийного сигнала.

Хорошо спроектированные системы автоматизации интегрируют эти функции на уровнях PLC, HMI и супервизорного управления.

Предприятиям, оценивающим более масштабные архитектуры, также может потребоваться рассмотреть, как системы PLC и PAC передают диагностические данные на уровень визуализации.

Улучшенный дизайн HMI может сократить время поиска неисправностей

Практическая ценность UI/UX становится наиболее заметной, когда что-то идёт не так.

Рассмотрим насос, который неожиданно прекращает подавать поток.

Плохо спроектированный интерфейс может сообщать лишь об общей аварии насоса.

Затем оператор начинает искать на отдельных экранах состояние двигателя, ток, положение клапана и давление в процессе.

Хорошо структурированная HMI может объединить эти взаимосвязи.

Оператор может сразу увидеть, что двигатель работает, выпускной клапан открыт, а давление неожиданно изменилось.

Эта информация не позволяет автоматически диагностировать неисправность.

Это сужает область поиска.

Каждая сэкономленная минута в ходе этого процесса может сократить простой оборудования, если производство зависит от быстрого восстановления работы.

UI/UX необходимо проектировать с учётом реального поведения на предприятии

Лучший дизайн HMI невозможно создать, работая исключительно за столом.

Инженерам необходимо понимать, как операторы взаимодействуют с процессом во время штатного производства, запуска, остановки и нештатных ситуаций.

Экран, который кажется логичным во время разработки, может стать неудобным при использовании во время реального сбоя на производстве.

Поэтому тестирование должно проводиться с участием людей, которые будут пользоваться интерфейсом.

Навигацию можно оценить.

Поведение аварийных сигналов можно пересмотреть.

Часто используемую информацию можно переместить ближе к основному рабочему экрану.

Ненужные элементы можно удалить.

Этот итеративный процесс имеет ключевое значение для настоящего проектирования, ориентированного на пользователя.

Лучший промышленный интерфейс часто тот, который пользователи почти не замечают

Успешная HMI не должна заставлять операторов думать о самом интерфейсе.

Их внимание должно оставаться сосредоточенным на машине, процессе и производственной цели.

Поэтому хороший промышленный UI/UX зависит от ясности, а не от декоративности.

Важна иерархия информации.

Важен контекст.

Важна согласованность.

Важен доступ на основе ролей.

Мобильные возможности и веб-технологии могут расширить систему, но они должны поддерживать ту же основную цель.

Людям нужна правильная информация в тот момент, когда необходимо принять решение.

По мере того как промышленные системы продолжают собирать всё большие объёмы данных, это требование будет становиться ещё более важным.

Конкурентное преимущество будет заключаться не просто в отображении большего количества тегов, аварийных сигналов или информационных панелей.

Это будет достигаться за счёт проектирования интерфейсов, которые помогают операторам, инженерам и руководителям понимать, что именно означают эти сигналы.