Nâng cao hiệu quả vận hành nhờ thiết kế HMI và UI/UX tốt hơn

Các nhà máy công nghiệp có quyền truy cập vào nhiều dữ liệu vận hành hơn bao giờ hết.

Vấn đề khó hơn là xác định thông tin mà mọi người thực sự cần và trình bày thông tin đó đủ rõ ràng để hỗ trợ các quyết định nhanh chóng.

Một người vận hành ứng phó với tình trạng bất thường của quy trình không thể dành vài phút để tìm kiếm trong các màn hình và hàng trăm giá trị.

Một kỹ sư đang điều tra hiệu suất thiết bị cần bối cảnh lịch sử thay vì các chỉ số riêng lẻ.

Một quản lý sản xuất có thể cần một chế độ xem hoàn toàn khác, hiển thị thời gian hoạt động, sản lượng, chất lượng và các chỉ số hiệu suất chính khác.

Điều này khiến thiết kế Giao diện người-máy không chỉ đơn thuần là một bài tập về đồ họa.

Thiết kế HMI nằm giữa dữ liệu tự động hóa và quá trình ra quyết định của con người.

Một chiến lược Giao diện người dùng và Trải nghiệm người dùng mạnh mẽ giúp chuyển đổi các giá trị từ bộ điều khiển, cảnh báo và hồ sơ lịch sử thành thông tin mà mọi người thực sự có thể sử dụng.

Mục tiêu không phải là làm cho các màn hình công nghiệp trở nên ấn tượng về mặt hình ảnh.

Mục tiêu là giảm công sức cần thiết để hiểu quy trình đang diễn ra như thế nào, cần tập trung vào đâu và hành động tiếp theo nên là gì.

Dữ liệu công nghiệp chỉ hữu ích khi con người có thể diễn giải được

Các hệ thống điều khiển hiện đại có thể thu thập lượng thông tin khổng lồ từ PLC, bộ truyền động, thiết bị đo, cảm biến và các thiết bị hiện trường thông minh.

Tuy nhiên, nhiều dữ liệu hơn không tự động tạo ra hoạt động vận hành tốt hơn.

Một HMI có cấu trúc kém có thể hiển thị hàng trăm biến nhưng vẫn khiến một vấn đề đơn giản trở nên khó chẩn đoán.

Người vận hành có thể phải chuyển qua nhiều màn hình để hiểu một sự kiện.

Các giá trị quan trọng có thể được nhấn mạnh bằng hình ảnh giống như thông tin thường nhật.

Thông báo cảnh báo có thể giải thích rằng đã xảy ra lỗi mà không hiển thị các điều kiện của quy trình dẫn đến sự kiện đó.

Thiết kế UI/UX tốt giải quyết những vấn đề này bằng cách xác định thông tin dựa trên quyết định mà người dùng cần đưa ra.

Điều này áp dụng cho cả nhân sự trong nhà máy và người dùng doanh nghiệp.

Người vận hành cần nắm bắt ngay tình trạng của máy móc và quy trình.

Các nhóm kỹ thuật cần thông tin chẩn đoán chi tiết và xu hướng trong quá khứ.

Ban quản lý có thể cần các chỉ số sản xuất và hiệu suất thay vì giá trị của từng thiết bị.

Cùng một hệ thống tự động hóa có thể phục vụ cả ba nhóm, nhưng không nhất thiết phải hiển thị các màn hình giống hệt nhau cho họ.

Người vận hành cần những giao diện có thể hiểu ngay lập tức

Nhiều quyết định của người vận hành được đưa ra trong vài giây.

Khi một quy trình bắt đầu vượt ra ngoài phạm vi dự kiến, giao diện nên giúp người dùng dễ dàng nhận biết tình trạng bất thường.

Bố trí hợp lý là một trong những nền tảng của thiết kế HMI dễ sử dụng.

Các điều khiển liên quan nên được đặt cùng nhau.

Điều hướng nên tuân theo cấu trúc vật lý hoặc chức năng của máy.

Các chỉ báo quy trình quan trọng nên nằm ở những vị trí dễ dự đoán thay vì thay đổi giữa các màn hình.

Tính nhất quán làm giảm lượng diễn giải mà người vận hành cần thực hiện.

Nếu mỗi màn hình thiết bị sử dụng bố cục, hệ thống màu hoặc quy ước cảnh báo khác nhau, nhân viên phải liên tục học lại cách đọc giao diện.

Một mẫu nhất quán giúp duy trì sự tập trung vào quy trình thay vì phần mềm.

Điều này đặc biệt quan trọng trong các nhà máy lớn, nơi người vận hành giám sát nhiều khu vực sản xuất hoặc các nhóm thiết bị khác nhau.

Bối cảnh biến một con số thành thông tin hữu ích

Hiển thị một giá trị số là việc dễ dàng.

Giải thích giá trị đó có ý nghĩa gì trong điều kiện vận hành hiện tại khó hơn.

Hãy xem xét nhiệt độ quy trình là 78°C.

Chỉ riêng con số không cho người vận hành biết tình trạng là bình thường, đang tăng nhanh hay sắp đạt đến giới hạn vận hành.

Một xu hướng lịch sử ngắn có thể cung cấp ngay bối cảnh đó.

Người vận hành có thể thấy nhiệt độ đã ổn định hay đang liên tục tăng.

Nguyên tắc tương tự áp dụng cho áp suất, dòng điện, lưu lượng, độ rung và tốc độ sản xuất.

Dữ liệu lịch sử cũng giúp phân biệt các nhiễu loạn tạm thời với những vấn đề đang phát triển.

Một biến động ngắn rồi trở về bình thường có thể cần phản ứng khác với một biến đã liên tục lệch dần trong vài giờ.

Bối cảnh càng có giá trị khi các biến liên quan được hiển thị cùng nhau.

Tốc độ dòng giảm có thể dễ hiểu hơn khi được xem cùng với dòng điện của bơm, vị trí van và áp suất phía đầu vào.

Khi đó, HMI trở thành công cụ xử lý sự cố thay vì chỉ là bảng điều khiển kỹ thuật số.

Thiết kế HMI hiệu suất cao ưu tiên các tình trạng bất thường

Màn hình công nghiệp trước đây thường được lấp đầy bởi màu sắc rực rỡ, hiệu ứng chuyển màu và hình ảnh thiết bị có mức độ chi tiết cao.

Các màn hình giàu yếu tố trực quan có thể trông hấp dẫn nhưng lại khiến những tình huống bất thường khó nhận biết hơn.

Các nguyên tắc thiết kế HMI hiệu suất cao áp dụng một cách tiếp cận khác.

Các tình trạng bình thường thường được trình bày với mức nhấn mạnh trực quan tiết chế.

Màu sắc mạnh và các chỉ báo nổi bật được dành cho những tình trạng cần chú ý.

Điều này giúp trạng thái bất thường nổi bật ngay lập tức.

Các kỹ thuật trực quan hữu ích có thể bao gồm chỉ báo analog, biểu đồ tia, biểu đồ xu hướng và các trạng thái cảnh báo được phân biệt rõ ràng.

Mã hóa dư thừa cũng có thể cải thiện khả năng diễn giải.

Cảnh báo không nên hoàn toàn phụ thuộc vào một màu duy nhất.

Văn bản, ký hiệu, vị trí hoặc hình dạng có thể cung cấp một dấu hiệu khác về trạng thái.

Điều này rất hữu ích trong điều kiện quan sát khó khăn và đối với những người có thể phân biệt màu sắc khác nhau.

Hình 1. HMI hiệu suất cao kết hợp trạng thái thiết bị, cảnh báo và xu hướng quy trình để có thể nhanh chóng xác định các điều kiện bất thường.

Những người dùng khác nhau cần những thông tin khác nhau

Người vận hành không phải là người duy nhất sử dụng dữ liệu công nghiệp.

Kỹ sư bảo trì, kỹ sư quy trình, giám sát viên và các nhóm quản lý đều có thể tương tác với thông tin do cùng một nền tảng tự động hóa tạo ra.

Mục tiêu của họ khác nhau.

Một người vận hành có thể cần dòng điện động cơ vì thông tin này giúp xác định thiết bị có đang chạy đúng cách hay không.

Kỹ sư bảo trì có thể cần lịch sử hiện tại, số giờ vận hành và hồ sơ lỗi.

Một quản lý có thể quan tâm nhiều hơn đến khả năng sẵn sàng của thiết bị và tổn thất sản xuất do các sự cố lặp lại gây ra.

Kiến trúc HMI lấy người dùng làm trung tâm nhận ra những khác biệt đó.

Thay vì tạo một bảng điều khiển quá tải cho tất cả mọi người, hệ thống có thể cung cấp các chế độ xem dành riêng cho từng vai trò.

Thông tin nền tảng vẫn được kết nối, nhưng mỗi người dùng chỉ thấy mức độ chi tiết cần thiết cho một quyết định cụ thể.

Việc thiết kế các chế độ xem này đòi hỏi phải hiểu cách mọi người thực sự làm việc.

Các kỹ sư cần xác định mỗi nhóm sử dụng những KPI nào, tần suất cần xem chúng và những quyết định nào được đưa ra dựa trên các chỉ số đó.

Kết quả thường đơn giản hơn so với việc hiển thị mọi thẻ khả dụng.

Truy cập di động thay đổi nơi đưa ra quyết định

Hoạt động công nghiệp không còn bị giới hạn trong các thiết bị đầu cuối cố định được lắp bên cạnh máy.

Các kỹ sư và giám sát viên ngày càng truy cập thông tin sản xuất từ máy tính xách tay, máy tính bảng và thiết bị di động.

Công nghệ HMI dựa trên web hỗ trợ thay đổi này bằng cách cho phép các ứng dụng hiển thị hoạt động trên nhiều nền tảng phần cứng khác nhau.

Giao diện dựa trên trình duyệt có thể giảm sự phụ thuộc vào một hệ điều hành hoặc cấu hình máy trạm cụ thể.

Điều này không có nghĩa là mọi chức năng điều khiển đều phải tự động được cung cấp trên điện thoại thông minh.

Hiển thị từ xa và điều khiển từ xa tạo ra các mức độ rủi ro vận hành khác nhau.

Quyền truy cập, xác thực, an ninh mạng và các yêu cầu an toàn phải xác định những gì mỗi người dùng từ xa được phép thực hiện.

Đối với nhiều ứng dụng, chỉ riêng khả năng quan sát từ xa đã mang lại giá trị đáng kể.

Khi nhận được cảnh báo, kỹ sư có thể xem xét các điều kiện vận hành trước khi đến thiết bị.

Nhân viên bảo trì có thể kiểm tra các xu hướng và thông tin chẩn đoán ngay bên cạnh máy.

Giám sát viên có thể xem trạng thái sản xuất mà không cần quay lại phòng điều khiển trung tâm.

Đối với các cơ sở sử dụng hệ thống HMI và máy tính công nghiệp hiện đại, tính linh hoạt này ngày càng trở thành một yếu tố thiết kế quan trọng.

Hình 2. Tính năng trực quan hóa trên nền web cho phép truy cập thông tin công nghiệp được cấp quyền trên nhiều loại thiết bị khác nhau.

Thiết bị di động có thể làm được nhiều hơn là chỉ thêm một màn hình

Giao diện di động cũng có thể sử dụng những khả năng không có trên HMI cố định truyền thống.

Camera có thể cung cấp xác nhận trực quan về tình trạng thiết bị.

Mã QR có thể liên kết tài sản vật lý với hồ sơ bảo trì, tài liệu hoặc thông tin thiết bị.

Các giao diện không dây có thể thu thập dữ liệu từ những thiết bị hiện trường tương thích.

Thông tin vị trí cũng có thể hỗ trợ nhận dạng tài sản hoặc quy trình bảo trì tại hiện trường khi phù hợp.

Hãy xem xét một cảnh báo không có lưu lượng được báo cáo.

Dữ liệu quy trình cho biết lưu lượng bằng không, nhưng kỹ sư vẫn cần xác định liệu quy trình có thực sự dừng hay không.

Một camera gần đó hoặc phương thức quan sát độc lập khác có thể cung cấp thêm bằng chứng trước khi ai đó trực tiếp đến thiết bị.

Điều này không thay thế thiết bị đo lường.

Nó cung cấp thêm một nguồn ngữ cảnh khi khắc phục sự cố bất thường.

Bảng điều khiển nên hỗ trợ quyết định, không phải hiển thị mọi thứ

Một sai lầm phổ biến khi thiết kế HMI là tạo bảng điều khiển dựa trên dữ liệu tình cờ có sẵn.

Một cách tiếp cận hiệu quả hơn bắt đầu từ quyết định mà người dùng cần đưa ra.

Bảng điều khiển bảo trì có thể làm nổi bật các lỗi đang hoạt động, chỉ báo tình trạng thiết bị và các yêu cầu bảo dưỡng sắp tới.

Bảng điều khiển sản xuất có thể tập trung vào sản lượng, thời gian dừng, chất lượng và hiệu suất theo lịch.

Màn hình kỹ thuật có thể hiển thị các xu hướng quy trình chuyên sâu hơn và thông tin chẩn đoán bộ điều khiển.

Bảng điều khiển động có thể thay đổi tùy theo tình huống vận hành.

Trong quá trình sản xuất bình thường, giao diện có thể hiển thị tổng quan cô đọng.

Khi xảy ra lỗi, thông tin chẩn đoán sẽ được làm nổi bật hơn.

Khi bắt đầu bảo trì, giao diện có thể hiển thị các bản ghi hoặc quy trình khác.

Do đó, phần mềm đang điều chỉnh hệ thống phân cấp thông tin theo tác vụ hiện tại.

Cách tiếp cận này có thể giảm đáng kể việc chuyển qua lại giữa các màn hình không liên quan.

Thiết kế cảnh báo là một phần của trải nghiệm người dùng

Quản lý cảnh báo có mối liên hệ chặt chẽ với khả năng sử dụng của HMI.

Nếu giao diện hiển thị hàng trăm cảnh báo ít giá trị với cùng mức độ ưu tiên, người vận hành có thể khó xác định tình trạng cần được chú ý ngay lập tức.

Tình trạng tràn ngập cảnh báo có thể đặc biệt khó xử lý khi thiết bị dừng khẩn cấp.

Một sự kiện khởi phát có thể tạo ra nhiều cảnh báo thứ cấp chỉ trong vài giây.

Người dùng cần đủ ngữ cảnh để xác định sự kiện nào xảy ra trước và cảnh báo nào là hệ quả.

Do đó, độ chính xác của dấu thời gian, mức độ ưu tiên, việc nhóm và trình tự lịch sử cũng quan trọng không kém biểu ngữ cảnh báo trực quan.

Các hệ thống tự động hóa được thiết kế tốt sẽ tích hợp những chức năng này xuyên suốt các lớp PLC, HMI và giám sát.

Các nhà máy đang đánh giá những kiến trúc mở rộng hơn cũng có thể cần xem xét cách các hệ thống PLC và PAC cung cấp dữ liệu chẩn đoán cho lớp trực quan hóa.

Thiết Kế HMI Tốt Hơn Có Thể Rút Ngắn Thời Gian Khắc Phục Sự Cố

Giá trị vận hành của UI/UX trở nên rõ ràng nhất khi có sự cố.

Hãy xem xét một máy bơm bất ngờ ngừng cung cấp dòng chảy.

Một giao diện được thiết kế kém có thể chỉ báo một cảnh báo máy bơm chung chung.

Sau đó, người vận hành bắt đầu tìm kiếm trên các màn hình riêng biệt để xem trạng thái động cơ, dòng điện, vị trí van và áp suất quy trình.

Một HMI được cấu trúc tốt có thể liên kết những mối quan hệ đó.

Người vận hành có thể ngay lập tức thấy rằng động cơ đang chạy, van xả đang mở và áp suất đã thay đổi bất thường.

Thông tin đó không tự động chẩn đoán được sự cố.

Điều đó thu hẹp phạm vi điều tra.

Mỗi phút tiết kiệm được trong quá trình đó có thể giúp giảm thời gian ngừng hoạt động của thiết bị, nơi sản xuất phụ thuộc vào khả năng khôi phục nhanh chóng.

UI/UX Phải Được Thiết Kế Xung Quanh Hành Vi Thực Tế Của Nhà Máy

Không thể hoàn thiện thiết kế HMI tốt chỉ từ bàn làm việc.

Kỹ sư cần hiểu cách người vận hành tương tác với quy trình trong quá trình sản xuất bình thường, khởi động, dừng máy và các điều kiện bất thường.

Một màn hình trông hợp lý trong quá trình phát triển có thể trở nên gây khó chịu khi được sử dụng trong một sự cố sản xuất thực tế.

Vì vậy, quá trình kiểm thử nên có sự tham gia của những người sẽ sử dụng giao diện.

Có thể đánh giá việc điều hướng.

Có thể xem xét lại cách thức hoạt động của cảnh báo.

Thông tin được truy cập thường xuyên có thể được đưa đến gần màn hình vận hành chính hơn.

Có thể loại bỏ những thành phần không cần thiết.

Quy trình lặp lại này là yếu tố cốt lõi của thiết kế lấy người dùng làm trung tâm thực sự.

Giao diện công nghiệp tốt nhất thường là giao diện mà người dùng hầu như không nhận thấy

Một HMI hiệu quả không nên buộc người vận hành phải suy nghĩ về chính giao diện.

Sự chú ý của họ nên tập trung vào máy móc, quy trình và mục tiêu sản xuất.

Vì vậy, UI/UX công nghiệp tốt phụ thuộc vào sự rõ ràng thay vì trang trí.

Phân cấp thông tin rất quan trọng.

Bối cảnh rất quan trọng.

Tính nhất quán rất quan trọng.

Quyền truy cập dựa trên vai trò rất quan trọng.

Khả năng di động và các công nghệ web có thể mở rộng hệ thống, nhưng chúng nên phục vụ cùng một mục tiêu cốt lõi.

Mọi người cần đúng thông tin vào thời điểm phải đưa ra quyết định.

Khi các hệ thống công nghiệp tiếp tục thu thập khối lượng dữ liệu ngày càng lớn, yêu cầu đó sẽ trở nên quan trọng hơn chứ không giảm đi.

Lợi thế cạnh tranh sẽ không đơn giản đến từ việc hiển thị nhiều thẻ, cảnh báo hay bảng điều khiển hơn.

Lợi thế đó sẽ đến từ việc thiết kế các giao diện giúp người vận hành, kỹ sư và quản lý hiểu được ý nghĩa thực sự của những tín hiệu đó.