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Il design Human-Machine Interface (HMI) svolge un ruolo cruciale nell'automazione industriale, fungendo da ponte tra operatori di macchine e sistemi industriali, consentendo loro di monitorare i processi, le apparecchiature di controllo e risolvere i problemi in modo efficiente. Il design HMI rappresenta la differenza critica tra operazioni di impianti efficienti e sicuri e errori costosi che portano a perdite di produzione, incidenti di sicurezza e frustrazione dell'operatore.

I sistemi HMI ben progettati riducono il carico cognitivo sugli operatori presentando informazioni in gerarchie logiche che corrispondono a modelli mentali di flusso di processo e di rapporti di apparecchiatura, con la ricerca che dimostra che gli operatori che utilizzano interfacce adeguatamente progettate prendono decisioni 40-60% più veloci durante situazioni anormali.

Cos'è il design dell'interfaccia della macchina umana?

Il design dell'interfaccia uomo-macchina (HMI) crea sistemi e schermi per gli utenti di interagire con macchine, software di sviluppo o dispositivi, dove una persona utilizza un'interfaccia visiva o digitale per dare un comando o ricevere feedback da una macchina.

Ogni interfaccia uomo-macchina è in definitiva progettata per aiutare le persone a vedere cosa sta succedendo, agire quando necessario e rimanere in controllo. Il valore di un'interfaccia uomo-macchina (HMI) deriva da quanto bene aiuta l'operatore di pianta a supervisionare il processo di produzione, indipendentemente da quanto automatizzato un processo di produzione può essere, c'è ancora una necessità per un operatore di monitorarlo, controllarlo, e, a volte, intervenire per risolvere i problemi.

L'evoluzione della tecnologia HMI

I primi giorni di interfacce di controllo consistevano in banche di interruttori fisici, contatori analogici e registratori di carte, seguiti dai primi schermi HMI che erano schermi cathode-ray (CRT) che mostravano grafica semplice, poi display a cristalli liquidi (LCD) che hanno introdotto il colore all'interfaccia. L'introduzione di display touch-sensitive ha segnato una svolta importante nella tecnologia, facilitando lo sviluppo di interfacce user-friendly che hanno presentato dati in tempo reale e dati visivi.

Con l'avvento del cloud computing e dell'Internet of Things (IoT), gli HMI sono diventati ancora più potenti, consentendo il monitoraggio e il controllo in tempo reale da qualsiasi parte del mondo.

Vent'anni fa, i lavoratori industriali hanno usato semplici HMI con un pezzo di software fino alla scadenza del prodotto, ma oggi gli smartphone stanno fissando nuovi standard per l'esperienza degli utenti, e i lavoratori digitalmente nativi si aspettano interfacce sofisticate che rispecchiano la funzionalità dello smartphone come minimo nudo, anche in ambienti di fabbrica.

Il quadro standard ISA-101

ISA-101 (Human Machine Interfaces for Process Automation Systems) è uno standard internazionale pubblicato dalla International Society of Automation (ISA) che definisce le migliori pratiche per il design HMI nell'automazione industriale, coprendo la gerarchia del display, l'utilizzo del colore, l'integrazione dell'allarme, l'interazione degli utenti e la gestione del ciclo di vita.

Questi principi derivano dalla ricerca di fattori umani e da decenni di esperienza nell'automazione industriale in diversi ambienti di processo e di produzione, tutte le raccomandazioni seguono gli standard ISA-101 e le pratiche più efficaci del settore.

Approccio del ciclo di vita HMI

Creare e mantenere una strategia HMI efficace è un processo multi-step che può abbracciare decenni dai concetti iniziali alla decommissione, con ISA-101 che adotta un approccio al ciclo di vita per una gestione HMI efficace e cercando di identificare, definire e affrontare diverse esigenze in questo periodo.

Le principali fasi del ciclo di vita HMI sono Design, Implement e Operate, con HMI Philosophy, Style Guide e Toolkit che forniscono una serie di documentazione coerente per la gestione HMI sul sito o su tutto il territorio aziendale, mentre i processi di lavoro continui, tra cui MOC, Audit e Validazione, possono verificarsi durante tutto il ciclo di vita.

Documento di filosofia HMI

Il documento HMI Philosophy spiega i principi e gli obiettivi della gestione HMI sul sito o su una società più ampia, ed è indipendente dalla piattaforma di automazione, spiegando come sarà implementato il ciclo di vita ISA-101 e i ruoli e le responsabilità per gli individui coinvolti. La filosofia HMI fornisce principi guida indipendenti o specifici per la piattaforma per il design HMI presso il vostro impianto.

Guida stile HMI

La Guida HMI Style spiega aspetti specifici dell'implementazione della filosofia HMI all'interno di un ambiente di piattaforma di automazione specifica, con la comprensione della meccanica della piattaforma di sistema di automazione utilizzata per garantire l'implementazione è facilmente manutenbile, e garantire le funzionalità standard integrate della piattaforma sono utilizzate il più possibile.

Principi fondamentali di progettazione HMI efficace

I principi fondamentali del design HMI stabiliscono la base per la creazione di interfacce operatore efficaci indipendentemente da specifiche industrie, piattaforme o applicazioni. Le aree chiave di messa a fuoco includono il design incentrato sull'uomo, strutture di visualizzazione efficaci, interazione utente intuitiva e l'importanza della formazione dell'operatore.

Gerarchia visiva e architettura dell'informazione

La gerarchia visiva guida l'attenzione dell'operatore alle informazioni più importanti, pur mantenendo la consapevolezza dello stato generale del sistema, con una corretta implementazione della gerarchia utilizzando dimensioni, colore, contrasto, posizione e animazione per creare una chiara distinzione tra allarmi critici, importanti variabili di processo e informazioni di sfondo che gli operatori hanno bisogno di contesto ma non azione immediata.

L'architettura dell'informazione organizza il contenuto HMI in strutture logiche che corrispondono ai modelli mentali dell'operatore delle attrezzature di processo e delle strategie di controllo, con un'organizzazione efficace dopo il flusso di processo, il raggruppamento di attrezzature o aree funzionali piuttosto che arrangiamenti arbitrari.

Semplificazione senza perdita di informazioni

La semplificazione non significa rimuovere informazioni importanti: significa organizzare e presentare informazioni in modo efficiente senza errori o confusione, con schermi HMI ben progettati che trasmettono relazioni di processo complesse chiaramente attraverso layout riflessivo, astrazione appropriata e raggruppamento logico piuttosto che mostrare ogni possibile punto di dati simultaneamente.

Un HMI ben progettato con i componenti dell'interfaccia giusta dovrebbe visualizzare solo informazioni essenziali in un layout pulito e strutturato, migliorando l'efficienza e l'usabilità mostrando solo i dati essenziali per evitare lo schermo.

Indicazione e Etichettatura Cancella

L'indicazione inequivocabile assicura agli operatori la possibilità di determinare lo stato delle apparecchiature, le condizioni di allarme e le variabili di processo a colpo d'occhio senza interpretare simboli ambigui o leggere testi dettagliati, con una chiara differenziazione visiva tra l'attrezzatura in esecuzione e le apparecchiature interrotte, condizioni normali e anormali, e modalità di controllo automatico rispetto a quelle manuali che impediscono l'interpretazione errata.

L'etichettatura significativa utilizza nomi descrittivi che gli operatori comprendono piuttosto che abbreviazioni criptiche, nomi dei tag PLC o terminologia ingegneristica. Le etichette devono corrispondere alla comprensione della macchina o delle operazioni degli utenti (il loro modello mentale), in quanto gli utenti non possono fare riferimento al serbatoio dalla sua etichetta tecnica, anche se questa è la designazione tecnica, invece facendo riferimento ad esso da un nome più familiare.

Visualizzazione della struttura di gerarchia e navigazione

ISA-101 fornisce un quadro e linee guida per la progettazione e l'implementazione di HMI nelle industrie di processo, sottolineando la creazione di interfacce che migliorano la sicurezza, l'efficienza e l'affidabilità delle risposte operative.

La Gerarchia di visualizzazione a quattro livelli

I disegni di display HMI dovrebbero essere basati su analisi di attività ed ergonomia, non su P&ID, con display che necessitano di fornire l'esecuzione di compiti dettagliati, nonché una panoramica del regno di controllo dell'operatore, e una gerarchia di navigazione di visualizzazione sviluppata permettendo all'operatore di perforare fino a livelli più elevati di dettaglio, con ISA-101 che raccomanda non più di quattro livelli di gerarchia.

Level 1 - Panoramica Display: La schermata di visione mostra l'intero processo ad un livello elevato con indicatori di performance e stato chiave per ogni sezione principale, servendo come schermo di casa e lo schermo che dovrebbe apparire dopo qualsiasi periodo di inattività.

Level 2 - Schermi di area:[] Gli schermi di area mostrano uno schermo per sezione di processo principale che mostra dettagli di attrezzature, parametri operativi e controlli locali.

Level 3 - Dettaglio attività Displays:[] Gli operatori possono controllare singoli componenti come pompe, valvole o caldaie da questo livello, dotati dei dati in tempo reale necessari, controlli e stati operativi dettagliati, progettati per l'impegno attivo con il processo, dove vengono eseguite la maggior parte delle operazioni di routine.

Level 4 - Configurazione e Diagnostica:[ Le schermate di livello 4 sono utilizzate per le impostazioni, le attività di manutenzione, la diagnostica del sistema e le attività di configurazione ed è spesso associato ai controlli di faccia per dispositivi, sequenze, parametri di unità, ecc., con queste interfacce meno frequentemente accessibili e tipicamente limitate al personale specializzato, comprese le impostazioni dettagliate che possono regolare i parametri del processo o dell'apparecchiatura, e fornire la manutenzione completa dei dati utili.

Gli operatori dovrebbero essere in grado di raggiungere qualsiasi schermo da qualsiasi altra schermata all'interno di due tocchi o click.Evitare gli alberi di navigazione profondi. Ogni livello è progettato per fornire informazioni che sono contestualmente rilevanti per specifiche esigenze operative e ruoli utente, assicurando che gli operatori non siano sopraffatti da dati non necessari, ma anche consentendo loro di valutare rapidamente e con precisione le situazioni operative e prendere decisioni informate.

Teoria di colore e standard di progettazione visiva

Molti ritengono che ISA-101 sostenga semplicemente l'uso di grafica noiosa e grigia sulle interfacce della macchina umana (HMI), che alcuni operatori trovano visivamente inasprimento e non ispirante, tuttavia, questa percezione manca l'intento più ampio e molto più cruciale dello standard: migliorare l'usabilità e promuovere il processo decisionale efficace attraverso progetti ben organizzati.

Lo scopo dei campi di fondo grigi

HMI efficace segue i principi ad alte prestazioni ISA-101: sfondi grigi invece di grafica colorata, gerarchia delle informazioni dalla panoramica al dettaglio, uso limitato del colore. L'approccio di sfondo grigio serve uno scopo specifico: consente di riservare il colore per indicare condizioni anormali e informazioni critiche, rendendo questi elementi immediatamente visibili agli operatori.

Usare colore, posizione, isolamento e dimensione per sottolineare informazioni importanti. Quando il colore viene utilizzato con parsimonia su uno sfondo neutro, diventa uno strumento potente per attirare l'attenzione su ciò che conta di più.

Progettazione per l'impatto del colore

Il design moderno HMI deve essere considerato per gli operatori con vari tipi di carenze di visione del colore. Le migliori pratiche includono l'utilizzo di metodi di codifica ridondanti che non si basano esclusivamente sul colore per trasmettere informazioni critiche. Ciò potrebbe includere la combinazione di colore con forma, posizione, luminosità o etichette di testo per garantire a tutti gli operatori di poter interpretare con precisione lo stato del sistema indipendentemente dalle loro capacità di percezione del colore.

Gestione degli allarmi e sistemi di notifica

Gli operatori hanno bisogno di sistemi di allarme chiari e ben organizzati per rispondere rapidamente a potenziali problemi. La gestione efficace dell'allarme è uno degli aspetti più critici del design HMI, che influiscono direttamente sui tempi di risposta dell'operatore e sui risultati della sicurezza.

Prioritizzazione allarme e presentazione

I sistemi di allarme dovrebbero chiaramente distinguere tra diversi livelli di priorità, assicurando che gli allarmi critici catturino immediatamente l'attenzione dell'operatore mentre le notifiche di priorità inferiore non creano distrazioni inutili.

Le capacità di taglio e soppressione dell'allarme dovrebbero essere integrate nell'HMI, ma con i livelli di sicurezza appropriati e i timer automatico non incalliti, senza che l'allarme venga definitivamente messo a tacere senza una revisione di gestione del cambiamento.

Prevenzione di inondazione di allarme

Una delle situazioni più pericolose dell'automazione industriale si verifica quando gli operatori affrontano alluvioni di allarme, decine o centinaia di allarmi che si attivano simultaneamente durante una situazione anormale. Il design HMI efficace impedisce all'allarmamento inondante attraverso razionalizzazione intelligente dell'allarme, raggruppando gli allarmi correlati, e implementando una corretta logica di soppressione dell'allarme che impedisce alla fuga gli allarmi da operatori travolgenti quando hanno bisogno di chiarezza.

Visualizzazione dati e display analogici

Gli obiettivi più importanti da concentrarsi sull'ottimizzazione dell'HMI sono quello di trasformare i dati in informazioni utili e di attirare l'attenzione sulle informazioni che è più importante per l'operatore di vedere.

Vantaggi di display analogici

I display analogici sono più efficaci di quelli digitali nel mettere i dati in un contesto pratico, simile a come un orologio analogico è migliore di un orologio digitale per mostrare quanto tempo hai fino al tuo prossimo incontro quando sei in fretta, come l'orologio digitale ha semplicemente numeri che mostrano che tempo è mentre un orologio analogico visualizza il tempo corrente e rende facile vedere quanto tempo è rimasto.

Da quel piccolo esempio, si può immaginare quanto più facile display analogici lo rendono per valutare decine di valori di processo su uno schermo, con l'operatore immediatamente in grado di vedere dove le condizioni attuali si trovano in confronto alle condizioni desiderate.

Tendenze e Dati Storici

Utilizzare tendenze integrate che mostrano dove i dati sono intestati. Permettere tendenze e dati storici da riutilizzare e integrare facilmente. I display Trend aiutano gli operatori a comprendere non solo le condizioni attuali ma la direzione e la velocità di cambiamento, consentendo l'intervento proattivo prima che le condizioni raggiungano soglie critiche.

Consapevolezza e efficacia dell'operatore

Un HMI ben progettato facilita la supervisione umana efficace, migliora la consapevolezza della situazione e mitiga i rischi associati a guasti di sistema o scenari inaspettati. L'approccio a strati delineato dall'ISA-101 è fondamentale per mantenere la consapevolezza della situazione.

Sostenere la decisione-mancante sotto pressione

Grazie alla comunicazione di informazioni importanti, un HMI ad alte prestazioni può aiutare gli operatori a valutare rapidamente le necessità di fare. HMIs, con la loro capacità di presentare vaste quantità di informazioni in modo facilmente digeribile, ha contribuito a significativi guadagni in efficienza, con dati in tempo reale sulle variabili di processo, sullo stato delle apparecchiature e sulle metriche di produzione che consentono agli operatori di prendere decisioni informate rapidamente.

Un HMI ben progettato è la differenza tra un operatore che cattura un problema di sviluppo in pochi secondi e uno che fissa uno schermo pieno di colori lampeggianti mentre la produzione si ferma, con schermi scarsamente progettati che portano a tempi di risposta più lenti, tassi di errore più elevati e operatori frustrati che si rivolgono a soluzioni che minano il sistema.

Riduzione del carico cognitivo

Il carico cognitivo si riferisce allo sforzo mentale necessario per elaborare informazioni e prendere decisioni. Il design HMI efficace minimizza il carico cognitivo non necessario presentando informazioni in formati intuitivi, utilizzando convenzioni coerenti e eliminando il disordine visivo. Questo consente agli operatori di mettere a fuoco le loro risorse mentali sulla comprensione delle condizioni di processo e prendere decisioni di controllo appropriate piuttosto che lottare per interpretare l'interfaccia stessa.

Tipografia e presentazione del testo

Il testo sui display HMI dovrebbe essere chiaro e facile da leggere in quanto è importante per la comprensione della navigazione degli utenti, utilizzando il font Sans Serif per migliorare la leggibilità e una dimensione coerente del carattere per i dati, le didascalie, il titolo e le intestazioni (tipicamente il carattere 10pt).

I dati primari dovrebbero essere più grandi e utilizzare una finestra di tipo audace, utilizzando una dimensione più grande del carattere rispetto alle etichette e alle unità corrispondenti per far emergere i dati. Le dimensioni dei caratteri dipendono dalla dimensione dello schermo e dal modo in cui gli utenti visualizzano il monitor, con un grande monitor montato ad alta parete o soffitto che è destinato a mostrare i dati a una distanza dagli utenti potenzialmente bisogno di un carattere più grande di un monitor visualizzato vicino.

I dati numerici relativi e destinati a essere confrontati devono essere rettificati con l'allineamento dei punti decimali, facilitando così la scansione e il confronto dei valori.

Responsabilità e prestazioni in tempo reale

Un HMI che si allontana dal processo è peggiore di nessun HMI, con tassi di aggiornamento dello schermo che devono essere abbastanza veloci da consentire agli operatori di percepire il display come in tempo reale, con una velocità di aggiornamento di un secondo adeguata per la maggior parte delle applicazioni di processo, anche se applicazioni discrete ad alta velocità come sistemi di assemblaggio automatizzati possono richiedere aggiornamenti sub-secondi su indicatori critici.

Testare le prestazioni HMI in condizioni realistiche: carichi di allarme completi, schermi multipli aperti, registrazione storica attiva e la rete che trasporta il traffico normale, come problemi di prestazioni che appaiono solo sotto carico sono i più dannosi perché si verificano esattamente quando l'operatore ha bisogno del sistema più.

Progettazione e personalizzazione

Non tutti gli operatori di macchine hanno lo stesso livello di competenza tecnica, con la personalizzazione di HMI per diversi livelli di utilizzo e l'efficienza. I moderni sistemi HMI dovrebbero supportare l'accesso e la personalizzazione basati sul ruolo, consentendo ai diversi gruppi di utenti di accedere alle informazioni e ai controlli rilevanti per le loro responsabilità.

Coinvolgere gli utenti finali nel design

L'implementazione di un buon design HMI comporta la collaborazione tra ingegneri, progettisti e utenti finali. I fornitori di automazione e integratori di sistema che consigliano gli utenti, mentre lo sviluppo di questo documento può trarre esperienze di lavoro attraverso le implementazioni HMI in molti settori. La conduzione dei test utente aiuta a identificare i problemi di usabilità prima dell'implementazione e la raccolta di feedback dell'operatore durante l'operazione consente un miglioramento continuo.

I sistemi HMI dovrebbero evolversi in base al feedback dell'operatore nel mondo reale per massimizzare l'usabilità. Un HMI non dovrebbe mai essere considerato statico, con i sistemi necessari per il monitoraggio periodico, per la raccolta e la valutazione del feedback degli utenti, e per fare revisioni per ottimizzare i display HMI nel tempo, con la procedura che include i registri di cambiamento dettagliati.

Tecnologie e piattaforme HMI moderne

Il mercato dell'automazione industriale offre numerose piattaforme HMI, ognuna con specifiche forze e funzionalità. La comprensione delle funzionalità specifiche della piattaforma aiuta i progettisti a sfruttare le funzionalità integrate piuttosto che creare soluzioni personalizzate.

Piattaforme HMI più popolari

FactoryTalk View utilizza oggetti globali per componenti riutilizzabili e implementa la navigazione tramite macro display. AVEVA InTouch utilizza la grafica ArchestrA per elementi di visualizzazione scalabili e riutilizzabili.

Progettazione mobile e reattiva

Gli ambienti industriali moderni richiedono progetti HMI che supportano sia gli operatori esperti che i nuovi collaboratori, funzionano in modo affidabile in diverse dimensioni e risoluzioni dello schermo, si integrano perfettamente con i dispositivi mobili e forniscono la consapevolezza della situazione necessaria per un controllo efficace dei processi nei sistemi di automazione sempre più complessi.

I cruscotti scorrevoli e i layout reattivi e adattativi stanno diventando standard, con alcuni sistemi anche automatizzando il posizionamento di elementi in modo che gli utenti non devono preoccuparsi di decisioni di progettazione, assicurando dashboard rimangono leggibili e funzionali su qualsiasi dispositivo.

Massimità e manutenzione a lungo termine

L'architettura HMI deve rimanere affidabile in quanto la tecnologia evolve e le esigenze degli utenti cambiano, con un'efficienza a breve termine, ma un vero e proprio significato di successo che significa progettare per l'adattabilità a lungo termine.

Architettura basata su componenti

Sviluppatori e progettisti possono lavorare meglio insieme per ottimizzare le prestazioni HMI, sia a breve termine che a lungo termine, combinando la vostra architettura e non creando una soluzione monolitica.

Sia che si tratti di un pannello di controllo per l'utilizzo di macchinari pesanti o di un ricevitore che monitori la sicurezza di un impianto di alimentazione, i progettisti HMI dovrebbero puntare ad un'architettura coerente e scalabile, con un'architettura coerente che deriva dall'utilizzo di una tecnologia consolidata per tutti i componenti e moduli HMI e dall'allineamento alla progettazione, architettura, documentazione e codice sorgente del software HMI.

Vantaggi della standardizzazione

La coerenza e la scalabilità sono fondamentali per garantire affidabilità e funzionalità avanzate del software a lungo termine, in quanto consentono di adattarsi alle ultime tendenze dell'integrazione di nuovi modelli AI per adattarsi a nuovi hardware, lavorare con più partner utilizzando tecnologie consolidate, ridurre i costi di manutenzione allineando tutte le parti chiave della produzione software, e aiutare nuovi sviluppatori e clienti a riutilizzare componenti e moduli software precedenti.

Controllo di sicurezza e accesso

La sicurezza è fondamentale nell'automazione industriale, prevenendo modifiche non autorizzate alle impostazioni della macchina. I moderni sistemi HMI devono implementare misure di sicurezza robuste, tra cui l'autenticazione degli utenti, il controllo di accesso basato sul ruolo, il log di audit e la protezione contro le minacce informatiche.

Un HMI ben progettato funge da garanzia cruciale contro le minacce informatiche, impedendo l'accesso non autorizzato e garantendo l'integrità delle operazioni veicolari in ambienti sempre più connessi, mentre questo riferimento riguarda le applicazioni automobilistiche, il principio si applica ugualmente all'automazione industriale in cui i sistemi connessi affrontano sfide di sicurezza simili.

Protocolli di comunicazione e integrazione

HMIs deve supportare vari protocolli di comunicazione per garantire un'integrazione senza soluzione di continuità con una vasta gamma di apparecchiature industriali, con alcuni dei protocolli più comuni tra cui Ethernet/IP, PROFINET e MODBUS TCP/IP per la comunicazione basata su Ethernet e PROFIBUS.

La scelta del protocollo influisce sulla capacità di comunicazione dell'HMI con PLC, sensori e altri dispositivi nel sistema di automazione.

Test, convalida e Commissioning

Nell'ambito del modello di ciclo di vita ISA-101, i nuovi e revisionati display HMI dovrebbero essere testati prima di essere messi in funzione, con un sistema di simulazione in grado di migliorare notevolmente le attività di test e formazione.

I test completi dovrebbero includere test funzionali per verificare tutti i controlli e i display funzionanti come previsto, test delle prestazioni in condizioni di carico realistiche, test di usabilità con gli operatori reali e validazione che l'HMI soddisfa tutti i requisiti e gli standard specificati.

Competenza di formazione e di operatori

Anche l'HMI meglio progettato richiede una corretta formazione dell'operatore per raggiungere il suo pieno potenziale. I programmi di formazione dovrebbero coprire non solo come utilizzare l'interfaccia, ma anche la logica di processo sottostante, le procedure di risposta all'allarme e le tecniche di risoluzione dei problemi.

Gli sforzi di fase di attuazione ISA-101 comprendono requisiti per la prova, la documentazione e la formazione. La formazione efficace assicura agli operatori di comprendere le capacità dell'HMI e può utilizzarlo efficacemente sia durante le normali operazioni che in situazioni anormali.

Gestione dei processi di cambiamento (MOC)

Gli utenti finali di aiuto stabiliscono un processo per la gestione delle modifiche alla strategia, ai display, alla grafica, alle posizioni, ecc., con la procedura che include i requisiti di prova e formazione.

Un robusto processo MOC garantisce che le modifiche HMI siano adeguatamente valutate, testate, documentate e comunicate prima dell'implementazione, evitando conseguenze indesiderate e mantenendo l'integrità del sistema nel tempo.

Considerazioni settoriali e specifiche

Mentre ISA-101 fornisce principi generali applicabili in tutte le industrie, settori specifici possono avere requisiti unici. industrie di processo come la produzione chimica, il petrolio e il gas, e i farmaci spesso richiedono una gestione estesa dell'allarme e capacità di controllo batch. La produzione discreta può dare priorità agli aggiornamenti di dati ad alta velocità e alla visualizzazione dello stato della macchina.

Questa guida completa di progettazione HMI è stata sviluppata da ingegneri di automazione industriale con 20 anni di esperienza nella progettazione di interfacce operatore per la lavorazione chimica, la produzione, il trattamento delle acque e impianti di produzione di energia.

Errori di progettazione HMI comuni da evitare

Quando un HMI non è in uno stato ottimale può diventare più di un ostacolo che una soluzione, con uno dei problemi HMI più comuni essendo che gli schermi ottenere così ingombrato con colore e dettaglio che è difficile per l'operatore valutare rapidamente la situazione.

Altri errori comuni includono:

  • Utilizzo dei nomi dei tag PLC invece delle etichette per operatori
  • Organizzare display in base alla posizione delle attrezzature piuttosto che alle attività operative
  • Attuazione di modelli di navigazione inconsistenti su diversi schermi
  • Overusing di animazione e elementi dinamici che distraggono piuttosto che informare
  • Non testare le prestazioni HMI in condizioni di carico realistiche
  • Trascurare di raccogliere e incorporare feedback dell'operatore
  • Creazione di gerarchie di navigazione profonde che richiedono clic eccessivi per raggiungere informazioni critiche

Misurare l'efficacia HMI

Le organizzazioni dovrebbero stabilire metriche per valutare l'efficacia HMI e individuare le opportunità di miglioramento.Gli indicatori chiave delle prestazioni potrebbero includere il tempo di risposta dell'operatore agli allarmi, la frequenza degli errori dell'operatore, il tempo necessario per completare le attività comuni, i punteggi di soddisfazione dell'operatore e i tassi di incidente relativi a problemi di usabilità HMI.

Grazie all'adozione di questi standard, i team possono ridurre l'errore dell'operatore e migliorare la consapevolezza della situazione.

Tendenze future nel design HMI

L'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico stanno iniziando a consentire analisi predittive e filtraggio intelligente dell'allarme. La realtà aumentata offre nuove possibilità per sovrapporre le informazioni digitali sulle apparecchiature fisiche. Il controllo vocale e le interfacce basate sui gesti possono integrare i metodi di input tradizionali in applicazioni appropriate.

Esplorando le sfide di usabilità, i progressi tecnologici e l'integrazione di tecnologie in rapida evoluzione come l'intelligenza artificiale (intelligenza artificiale), AR (realtà aumentata), e i controlli basati su gesti, questo studio evidenzia come HMI efficaci minimizzare il carico cognitivo mantenendo la funzionalità.

SPS 2025 ha rafforzato che il grande design del cruscotto è sia universale che sfumato, con le dashboard ora una baseline aspettativa, ma la vera sfida che li rende intuitivi, coesivi e genuinimente utili.

Strategie pratiche di attuazione

Lo standard ISA-101 fornisce un quadro formale per il design HMI, ma non è necessario implementare un documento completo di filosofia HMI per migliorare significativamente, con linee guida pratiche tratte da decenni di costruzione e messa in servizio di automazione attrezzature in settori.

A partire da Sistemi esistenti

Le organizzazioni con sistemi HMI legacy possono implementare miglioramenti incrementali piuttosto che richiedere riprogetti completi. Focus prima sui display più critici e miglioramenti più elevati. Standardizzare l'utilizzo del colore, migliorare la presentazione dell'allarme e migliorare la navigazione prima di affrontare riprogetti completi.

Nuovi sistemi

Per i nuovi progetti HMI, investire tempo in anticipo nello sviluppo di documenti di filosofia e guida allo stile completi. Crea modelli riutilizzabili e librerie di componenti. Coinvolgi gli operatori all'inizio del processo di progettazione e conduci test iterativi durante lo sviluppo.

Questo può aiutarvi nell'implementazione di ISA 101.01 nella vostra applicazione fornendo linee guida riutilizzabili che seguono gli standard come punto di partenza per la vostra HMI Style Guide, che può essere ulteriormente semplificato sfruttando le librerie riutilizzabili come il vostro toolkit HMI per l'implementazione.

Considerazioni sui costi e ROI

L'investimento nel design HMI corretto è modesto rispetto al costo del sistema di automazione che controlla, ma l'impatto sulle operazioni quotidiane è sproporzionato, con un operatore che si fida dell'interfaccia e può trovare informazioni rapidamente essere un operatore che mantiene la produzione in esecuzione.

Anche oggi con i nuovi strumenti e approcci offerti per HMI, molti utenti finali spenderanno fino a $10.000 o più per sviluppare ogni pagina della grafica HMI per le loro operazioni di processo. Tuttavia, questo investimento paga dividendi attraverso tempi di fermo ridotti, risoluzione più veloce dei problemi, meno errori dell'operatore e risultati di sicurezza migliorati.

Risorse per ulteriori apprendimento

I professionisti che cercano di approfondire la loro esperienza nel design HMI hanno numerose risorse disponibili. Lo standard ISA-101 fornisce una guida completa, mentre i rapporti tecnici si espandono su argomenti specifici. Le conferenze di settore offrono opportunità per vedere le implementazioni del mondo reale e imparare dai professionisti esperti.

Libri come "HMI Handbook di alta personalizzazione" forniscono una guida pratica basata sull'esperienza sul campo. Le comunità online e le organizzazioni professionali facilitano la condivisione delle conoscenze tra i designer e i professionisti dell'automazione HMI. Molti fornitori di automazione offrono programmi di formazione specifici per le loro piattaforme.

Per ulteriori informazioni sugli standard di automazione industriale e sulle migliori pratiche, visitare il sito web [ International Society of Automation[. Ulteriori risorse sull'ingegneria dei fattori umani possono essere trovate attraverso il Human Factors and Ergonomics Society.

Conclusioni

Il design HMI efficace rappresenta molto di più che la creazione di grafica attraente o l'implementazione di tecnologie più recenti. Richiede un approccio sistematico fondato in ingegneria dei fattori umani, standard industriali e esperienza operativa pratica. ISA-101 è più che una linea guida per l'utilizzo della grafica su scala grigia: è un approccio completo al design HMI che migliora l'efficacia e la sicurezza dell'operatore, con la comprensione e l'attuazione dell'organizzazione a livello di HMI come prescritto da ISA-101 che consente alle industrie di processo di migliorare significativamente la loro efficienza operativa.

Il design HMI svolge un ruolo fondamentale nella determinazione della capacità di un operatore di gestire efficacemente i sistemi di un impianto industriale, in particolare quando rileva e risolve una situazione anormale, con l'adozione di standard di progettazione, come quelli sviluppati da gruppi come ANSI e ISA, consentendo alle organizzazioni di aggiungere un contesto prezioso ai dati in modo coerente, chiaro e scalabile.

Seguendo principi consolidati, coinvolgendo gli utenti finali in tutto il processo di progettazione, implementando una corretta gestione del ciclo di vita e impegnandosi a un miglioramento continuo, le organizzazioni possono creare sistemi HMI che consentono agli operatori di monitorare e controllare i sistemi di automazione complessi in modo sicuro ed efficiente.

Mentre i sistemi di automazione continuano a crescere in complessità e capacità, l'importanza di interfacce umane-macchina efficaci aumenterà solo. Le organizzazioni che privilegiano l'eccellenza del design HMI si posizionano per il successo operativo in un paesaggio industriale sempre più competitivo e impegnativo.