Johdatus HMI-päivityksiin

Kehittyneiden ihmis-konekäyttöliittymäteknologioiden (HMI) parantaminen voi vaikuttaa merkittävästi teollisuuden toimintaan. Yritykset kohtaavat usein haasteen, joka on uusien järjestelmien kustannusten tasapainottaminen niiden tuomien mahdollisten hyötyjen kanssa. Tässä artikkelissa tarkastellaan, miten tällaisten parannusten kustannus-hyötysuhdetta voidaan analysoida tehokkaasti, ja luodaan jäsennelty kehys teollisuuden, prosessien valvonnan ja automaatioteollisuuden päätöksentekijöille.

Nykyaikaisessa teollisuusympäristössä vaaditaan enemmän tehokkuutta, enemmän joustavuutta ja parempaa turvallisuutta. Usein HMI-järjestelmät perustuvat omaan laitteistoon, yksivärinäyttöihin ja rajoitettuihin yhteyksiin.Avoimelle standardille rakennetut kehittyneet HMI-laitteet tarjoavat kosketusnäyttöjä, reaaliaikaista data-analytiikkaa, etäyhteyttä ja integroitumista teollisen internetin esineiden (IIoT) alustoihin. Etukäteen tehdyt investoinnit voivat kuitenkin olla merkittäviä. Perusteellinen kustannus-hyötyanalyysi (CBA) auttaa organisaatioita määrittämään, tuottaako päivitys positiivisen tuoton investoinneille (ROI) hyväksyttävässä aikataulussa.

Kehittyneiden HMI-teknologioiden ymmärtäminen

Ihmis-Machine Interface-järjestelmät toimivat sillana käyttäjien ja koneiden välillä, jolloin seuranta, valvonta ja tiedonkeruu. Perinteiset HMI-laitteet usein perustuvat painonappulat, ilmaisinvalot ja yksinkertaiset tekstinäytöt. Edistyneet HMI-laitteet sisältävät nykyaikaisia ohjelmisto- ja laitteistoominaisuuksia:

  • Touchscreen liitännät[, joissa on monikosketuseleitä, korkean resoluution grafiikkaa ja muokattavissa kojelauta.
  • Reaaliaikainen data-analyysi[, joka käsittelee anturitietoja paikallisesti tai pilvessä, mahdollistaa ennakoivan huollon ja prosessin optimoinnin.
  • Etäkäyttö[] web-selainten tai mobiilisovellusten kautta, jolloin esimiehet ja insinöörit voivat vianhakuun liittyviä ongelmia mistä tahansa.
  • Integrointi IIoT-alustoihin[, kuten MQTT:iin, OPC UA:han ja REST-välit saumattomaan tiedonsiirtoon.
  • Syberturvallisuusominaisuudet [ kuten salattu viestintä, roolipohjainen kulunvalvonta ja turvallinen käynnistys.

Nämä teknologiat siirtävät HMI:n yksinkertaisesta syöte-/tuotoslaitteesta keskustiedustelukeskukseen. Esimerkiksi kehittyneitä HMI:itä käyttävä elintarvikejalostuslaitos voi seurata lämpötilaprofiilit reaaliajassa, hälyttää operaattorit poikkeamaan ja kirjata automaattisesti tiedot vaatimustenmukaisuuden tarkastuksia varten.

Päivityksen kustannukset

HMI-päivityksen kokonaiskustannukset sisältävät useita kategorioita, jotka on arvioitava huolellisesti. Kaikkien komponenttien aliarviointi voi suistaa liiketoimintatilanteen.

Laitteiden kulut

  • Ostaa uusia HMI paneelit tai teollisuus tabletteja kosketusnäyttöjä, prosessorit, ja muisti sopii ympäristöön.
  • Olemassa olevien koteloiden, kaapelointilaitteiden ja asennuslaitteiden korvaaminen tai jälkiasennus.
  • Päivitetty verkkoinfrastruktuuri (kytkimet, reitittimet, langattomat liityntäpisteet) lisääntyneen dataliikenteen tukemiseksi.

Ohjelmistojen lisensoinnista ja kehittämisestä aiheutuvat kustannukset

  • HMI-ohjelmistoalustan ajoaikalisenssit (esim. Siemens WinCC, Rockwell FactoryTalk, Induktiivisen Automationin sytytin).
  • Kehitetään uusia näytön asetteluja, datatageja, hälytyksiä ja trendikkäitä näyttöjä.
  • Integrointi nykyisiin PLC-, SCADA-, MES- tai ERP-järjestelmiin. Usein tarvitaan räätälöityjä ajureita tai väliohjelmia.

Koulutushenkilöstö

  • Opettajan koulutus uusista kosketusnäytön työnkulku- ja hälytysten käsittelymenetelmistä.
  • Huoltoteknikko koulutus vianmääritys laitteisto- ja ohjelmisto-ongelmia.
  • Insinöörikoulutus tulevia muutoksia ja järjestelmän laajentamista varten.

Asennuksen aikana

Siirtyminen vanhasta uuteen HMI-järjestelmään vaatii lähes aina tuotannon seisokkia. Monimutkaisuudesta riippuen tämä voi vaihdella muutamasta tunnista yksinkertaiseen swapiin useiksi päiväksi laitoksen koko käyttöönotossa. Kadonnut tuotanto on otettava huomioon kustannus-hyöty-yhtälössä. Jotkut yritykset vähentävät tätä asentamalla uuden järjestelmän rinnakkain ajoitettujen sulkemisten aikana tai käyttämällä simulointiympäristöjä konfiguroinnin esivalidointiin.

Huolto- ja tukimaksut

  • Vuosittaiset ohjelmistojen ylläpitosopimukset (usein 15 .20% lisenssikustannuksista) päivitysten ja teknisen tuen osalta.
  • Varaosat laitteistolle (kosketusnäytöt, kaapelit, virtalähteet).
  • Mahdolliset pilviliittymämaksut etäkäyttö- tai analytiikkaalustoille.

Kehittyneiden HMI-teknologioiden edut

Vaikka kustannukset ovatkin konkreettisia, hyödyt ulottuvat toiminnallisille, strategisille ja turvallisuusaloille.

Toimintatehokkuuden parantaminen

Intuitiivinen kosketusnäyttö HMI:t vähentävät käyttäjän reaktioaikaa. Esimerkiksi autokokoonpanolinjan operaattori, joka käyttää graafisen valikon, voi navigoida tietylle asemalle kahdessa hanassa sen sijaan, että seuloisi läpi kymmenen sivua tekstiä. Reaaliaikaiset kojelaudat tuovat esiin pullonkauloja, joiden ansiosta valvojat voivat kohdentaa resurssejaan nopeasti. Tutkimukset osoittavat, että hyvin suunnitellut HMI:t voivat parantaa operaattorin tehokkuutta 15.30%.

Parannettu tietojen tarkkuus ja reaaliaikainen seuranta

Kehittyneet HMI:n lokitiedot jatkuvasti, poistamalla manuaaliset tiedonsyöttövirheet. Aikaleimattujen suuntausten ja hälytysten avulla insinöörit voivat tehdä juuri-analyysin paljon nopeammin. Lääketeollisuudessa tämä tietojen tarkkuus on kriittinen erätietojen ja sääntöjen noudattamisen kannalta (21 CFR osa 11).

Parempi turvallisuus parempien valvontaliittymien avulla

Vanhoista HMI-laitteista puuttuu usein kontekstihälytin ja turvalukot. Nykyaikaiset järjestelmät voivat peittää turvavyöhykkeitä, vaatia kriittisten toimien vahvistamista ja antaa selkeitä visuaalisia osoittimia vaarallisista olosuhteista. Esimerkiksi kemiallinen sekoituslaitos voi ohjelmoida varoitusnäytön, joka näkyy, jos lämpötila ylittää ennalta asetetun kynnyksen, jolloin karanneet reaktiot vältetään.

Etäkäyttö mahdollistaen nopean vianmääritys

Kun kone sammuu odottamatta, teknikko voi etäyhteyden kautta VPN tarkastella HMI-näyttöä, tarkistaa lokit ja jopa palauttaa hälytykset. Tämä on erityisen arvokasta tiloja etäsivustoja tai kolmannen osapuolen huoltosopimuksia.

Pitkän aikavälin kustannussäästöt optimoitujen prosessien avulla

Kehittyneessä analyysissa voidaan tunnistaa malleja, jotka johtavat energiansäästöön, jätteiden vähenemiseen ja laitteiden käyttöiän pidentymiseen. Esimerkiksi jätevedenpuhdistamo pienensi ilmastusenergian kustannuksia 18 prosentilla, kun se oli toteuttanut reaaliaikaiseen liuenneeseen happiin perustuvaa HMI-ohjautuvan ohjausstrategian.

Kustannus-hyötysuhteen analysointi

Arvioidakseen, onko parannus kannattava, yritysten olisi tehtävä perusteellinen kustannus-hyötyanalyysi. Tämä edellyttää kokonaiskustannusten arviointia ja niiden vertaamista odotettuihin hyötyihin tietyn ajanjakson aikana.Tyypillisesti kolme-viisi vuotta.

Tuottavuuden ennustettu kasvu

Mittaa lähtötason läpimeno ja laatumittareita. Arvioi sitten parannuksia nopeammasta operaattorin vasteesta, lyhenemästä navigointiaikaa ja vähemmän virheitä. Yhteisellä menetelmällä on moninkertaistaa odotettu aikasäästö operaattoria kohti tuntityömäärällä ja vuoroaikatauluilla.

Lasku- ja ylläpitokustannusten alentaminen

Analysoi historiallisia seisokkilokkeja nähdäksesi, kuinka monta tapahtumaa johtui käyttäjän sekavuudesta tai hitaasta diagnostiikasta. Edistyneet HMI:t voivat lyhentää keskimääräistä korjausaikaa (MTTR) tarjoamalla keskitettyä hälytysten hallintaa ja ohjattua vianmääritystä. Huoltokustannukset laskevat myös siksi, että monet viat jäävät varhaisessa vaiheessa kiinni ennakoivien hälytysten kautta.

Uusien tulovirtojen mahdollisuudet

Kehittyneiden teollisuuslaitosten keräämät tiedot voidaan myydä lisäarvopalveluna tai optimoida tuotannon aikataulujen avulla. Esimerkiksi pullotuslaitos voi havaita, että tiettyä makujen vaihtoa voidaan vähentää 10 minuutilla, jolloin voidaan tehdä ylimääräinen tuotantokerta viikossa.

Aineettomat hyödyt

  • Parempi turvallisuus ja työntekijöiden tyytyväisyys:[ Vähennetään onnettomuusriskiä ja käyttäjän väsymystä. Alennetaan uusien vuokratyöntekijöiden vaihtuvuutta ja koulutuskustannuksia.
  • Säännöllinen noudattaminen:[ Automatisoitujen kirjautumis- ja kirjausketjujen avulla yksinkertaistetaan raportointia ja vähennetään sakkoja.
  • Kilpailuetu:[ Nopeampi reagointi markkinoiden muutoksiin ja tuotteiden laadun parantamiseen.

ROI:n määrällinen määrittäminen: käytännön esimerkki

Harkitse keskikokoista pakkausta, jossa on 10 tuotantolinjaa ja jossa käytetään vanhentunutta HMI:tä. Vertailu:

  • Kokonaispäivityskustannukset:[ 180,000 dollaria (laitteisto 80k dollaria, ohjelmisto 40k dollaria, koulutus $ 20k, seisokki 30k dollaria, huolto ensimmäinen vuosi 10k).
  • Vuosittaiset edut:[ Tuottavuus voitto $ 60,000 (10 operaattorit säästävät 15 minuuttia vuoroa kohti), $ 25,000 vähennetty seisokki, $ 15,000 energiansäästö, $ 10,000 vähennetty romu.
  • Kokonainen vuosi hyöty:[ $ 110,000. Yksinkertainen takaisinmaksuaika: 1,6 vuotta. Yli viisi vuotta, netto hyöty (mukaan lukien jatkuva ylläpito $ 10k / vuosi) = $ 110k*5 - $ 180k - $ 40k = $ 330k netto positiivinen.

Tämä yksinkertaistettu malli osoittaa, miksi monet investoinnit edistyneisiin korkea-asteen koulutusyrityksiin ovat perusteltuja kahden vuoden kuluessa.

Päätös investointien parantamista koskeva kehys

Kaikki perinteiset järjestelmät eivät tarvitse korvata.

  1. Onko seisokki korkealla? Valittavatko operaattorit? Onko tietoja vaikea saada? Ovatko turvallisuusongelmat yleisiä?
  2. Evaluate technology lifetime.[ Jos nykyinen myyjä on lopettanut tuen tai varaosia on vaikea löytää, päivitys on kiireellisempää.
  3. Kohta TCO ja edut.[ Käytä edellä mainittuja kategorioita. Ole varovainen etuarvioiden kanssa.
  4. Kaikkien skaalautuvuus.[[] Tukeeko uusi HMI-alusta tulevaa laajentumista (enemmän linjoja, IIoT, pilvi)?
  5. Suorita pilotti.[ Jos epävarma, päivittää yhden linjan ja mitata tuloksia 3.06 kuukautta ennen skaalaus.

Ulkoiset resurssit ja jatkolukeminen

Jos HMI-suunnitteluperiaatteisiin ja kustannusperusteluihin sukeltaa syvemmälle, ks. Automation.com-artikkeli modernin HMI[-liiketoiminta-alueen osalta. Teollisuuden standardien osalta ks. [ISA-101 Human-Machine-rajapinnat[. Etäkäyttöliittymän HMI-käyttöoikeutta koskevat tapaustutkimukset, käy -induktiivisen Automation-ohje -käyttöoppaassa. Kustannus-hyötyanalyysimallien osalta ks. [NIST. valmistusteknologia CBA-oppaassa.

Päätelmät

Vaikka alkuinvestointi kehittyneisiin HMI-teknologioihin voi olla merkittävä, pitkän aikavälin hyödyt usein oikeuttavat kustannukset. Huolellinen datalähtöinen analyysi auttaa organisaatioita tekemään tietoon perustuvia päätöksiä, varmistaa ne maksimoivat tuoton ja pysyä kilpailukykyisenä teollisuudessaan. Määrittämällä sekä konkreettisia hyötyjä.Tuottavuus, ajankäyttö, energiansäästö. ja aineettomat edut.Turvallisuus, vaatimusten noudattaminen, ketteryys. Yritykset voivat rakentaa pakottavan liiketoimintatapauksen. Avain on aloittaa selkeällä ymmärryksellä nykyisistä toiminnoista, saada mukaan monialaisia sidosryhmiä ja käyttää jäsenneltyjä CBA-puitteita. Nykyaikaisten HMI-alustojen entistä edullisemman ja helpommin yhdentyvän, kysymys on vähemmän .Pitäisikö meidän päivittää?