Table of Contents

Human-Machine Interface (HMI) ontwerp speelt een cruciale rol in industriële automatisering, die fungeert als brug tussen machineoperators en industriële systemen, waardoor ze processen, controleapparatuur en problemen efficiënt kunnen monitoren. Effectief HMI ontwerp vertegenwoordigt het cruciale verschil tussen efficiënte, veilige installatie operaties en dure fouten die leiden tot productieverlies, veiligheidsincidenten en frustratie van de bestuurder. Menselijke interface ontwerp kwaliteit direct impact op de veiligheid van de installatie, operationele efficiëntie en winstgevendheid in alle industriële sectoren.

Een intuïtieve en goed ontworpen HMI verbetert de productiviteit, vermindert menselijke fouten en verbetert de veiligheid op de werkplek. Goed ontworpen HMI-systemen verminderen de cognitieve belasting van de operators door informatie te presenteren in logische hiërarchieën die overeenkomen met mentale modellen van processtroom en apparatuurrelaties, met onderzoek waaruit blijkt dat operators die goed ontworpen interfaces gebruiken, beslissingen 40-60% sneller nemen in abnormale situaties.

Wat is Human-Machine Interface Design?

Het ontwerp van de interface mens-machine (HMI) creëert systemen en schermen voor gebruikers om te communiceren met machines, ontwikkeling software of apparaten, waar een persoon een visuele of digitale interface gebruikt om een opdracht te geven of feedback te ontvangen van een machine. Een Human-Machine Interface (HMI) is een digitale of fysieke interface die operators in staat stelt om te communiceren met machines, controleprocessen en visualiseren van gegevens.

Elke mens-machine interface is uiteindelijk ontworpen om mensen te helpen zien wat er gebeurt, actie te ondernemen wanneer dat nodig is, en in controle te blijven. De waarde van een Human-Machine Interface (HMI) is afgeleid van hoe goed het de exploitant van de vloer helpt om toezicht te houden op het productieproces, hoe geautomatiseerd een productieproces ook mag zijn, er is nog steeds een behoefte aan een operator om het te controleren, te controleren en soms in te grijpen om problemen op te lossen.

De evolutie van HMI-technologie

De vroege dagen van de controle interfaces bestond uit banken van fysieke schakelaars, analoge meters, en papierkaart recorders, gevolgd door de eerste HMI die waren kathode-ray tube (CRT) schermen die eenvoudige grafische tonen, vervolgens vloeibare kristallen displays (LCD's) die kleuren introduceerde op de interface. De introductie van touch-sensitive displays markeerde een grote doorbraak in de technologie, het faciliteren van de ontwikkeling van gebruikersvriendelijke interfaces die real-time gegevens gepresenteerd en een middel van controle die intuïtief en visueel aantrekkelijk was.

Naarmate de HMI's zich ontwikkeld hebben, hebben hun mogelijkheden zich aanzienlijk uitgebreid en bieden ze nu een reeks functies om de functionaliteit te verbeteren, zoals data logging, alarm management, toegang op afstand en diagnostiek. Met de komst van cloud computing en het Internet of Things (IoT) zijn HMI's nog krachtiger geworden, waardoor real-time monitoring en controle overal ter wereld mogelijk is geworden.

Twintig jaar geleden gebruikten industriële werknemers eenvoudige HMI's met één stuk software totdat het product afliep, maar vandaag stellen smartphones nieuwe normen voor gebruikerservaring, en de digitale native werknemers verwachten geavanceerde interfaces die de functionaliteit van smartphone spiegelen als een absolute minimum.

Het ISA-101-standaardkader

ISA-101 (Human Machine Interfaces for Process Automation Systems) is een internationale standaard gepubliceerd door de International Society of Automation (ISA) die beste praktijken voor HMI-ontwerp in industriële automatisering definieert, die weergavehiërarchie, kleurgebruik, alarmintegratie, gebruikersinteractie en levenscyclusbeheer omvat. De ISA-101-serie normen en technische rapporten bieden een betrouwbare routekaart voor het ontwerpen, implementeren, bedienen en onderhouden van Human Machine Interfaces (HMI's) in moderne procesautomatiseringssystemen, gericht op het verbeteren van veiligheid, kwaliteit, productiviteit en betrouwbaarheid.

Deze principes zijn afkomstig van menselijk onderzoek en tientallen jaren ervaring in industriële automatisering in diverse proces- en productieomgevingen. Alle aanbevelingen volgen ISA-101 normen en bewezen beste praktijken in de industrie.

De HMI-levenscyclusbenadering

Het creëren en onderhouden van een effectieve HMI-strategie is een proces dat decennia kan duren van de eerste concepten tot ontmanteling, waarbij ISA-101 een levenscyclusbenadering volgt voor effectief HMI-beheer en streeft naar het identificeren, definiëren en aanpakken van verschillende behoeften gedurende deze periode. Als een echte op levenscyclus gebaseerde standaard definieert ISA-101 hoe technologieën het beste kunnen worden gebruikt door alle fasen van de HMI-levenscyclus, van ontwerp tot implementatie, exploitatie en onderhoud, vergelijkbaar met de ISA 18.2/IEC 62682 norm voor alarmbeheer en de ISA 84/IEC 61508 en 61511 normen voor procesveiligheid.

De belangrijkste fasen van de HMI-levenscyclus zijn Design, Implementation en Operate, met HMI-filosofie, Style Guide en Toolkits die een reeks consistente documentatie voor HMI-beheer op de site of bedrijfbrede, terwijl continue werkprocessen, waaronder MOC, Audit en outillage kunnen plaatsvinden gedurende de hele levenscyclus.

HMI Filosofiedocument

Het HMI-Philosophy Document legt de principes en doelstellingen van HMI-management op de site of het grotere bedrijf uit, en is onafhankelijk van het automatiseringsplatform, waarin wordt uitgelegd hoe de ISA-101 levenscyclus zal worden geïmplementeerd, en de rollen en verantwoordelijkheden voor de betrokken personen. De HMI-filosofie biedt onafhankelijke of platformspecifieke richtlijnen voor HMI-ontwerp in uw fabriek.

HMI-stijlgids

De HMI Style Guide legt specifieke aspecten uit van de implementatie van de HMI Filosofie binnen een specifieke automatiseringssysteem platform omgeving, met het begrijpen van de mechanica van het automatiseringssysteem platform wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat de implementatie gemakkelijk te handhaven, en ervoor te zorgen dat de standaard ingebouwde mogelijkheden van het platform worden gebruikt zoveel mogelijk. Bij de implementatie van deze principes op een echt project, prioriteren standaardiseren scherm templates voor het bouwen van individuele schermen, definiëren van header lay-out, kleur palet, lettergroottes, knop stijlen, en alarm banner plaatsing eenmaal.

Kernbeginselen van effectief HMI-ontwerp

Kern HMI-ontwerpprincipes leggen de basis voor het creëren van effectieve interfaces voor de operator, ongeacht de specifieke industrie, platform of toepassing. Belangrijkste aandachtsgebieden zijn onder meer mensgericht ontwerp, effectieve weergavestructuren, intuïtieve interactie tussen gebruikers en het belang van training van de operator.

Visuele Hiërarchie en Informatiearchitectuur

Visuele hiërarchie leidt de aandacht van de exploitant op de belangrijkste informatie, terwijl het behoud van bewustzijn van de algemene systeemstatus, met een juiste hiërarchie implementatie met behulp van grootte, kleur, contrast, positie, en animatie om een duidelijk onderscheid te creëren tussen kritische alarmen, belangrijke procesvariabelen, en achtergrondinformatie die exploitanten nodig hebben voor context, maar niet onmiddellijk actie.

Informatie architectuur organiseert HMI-inhoud in logische structuren die overeenkomen met operator mentale modellen van procesapparatuur en controle strategieën, met effectieve organisatie na processtroom, apparatuur groepering, of functionele gebieden in plaats van willekeurige regelingen.

Vereenvoudiging zonder informatieverlies

Vereenvoudiging betekent niet dat belangrijke informatie wordt verwijderd.Het betekent dat informatie efficiënt wordt georganiseerd en gepresenteerd zonder rommel of verwarring, met goed ontworpen HMI-schermen die complexe procesrelaties duidelijk overbrengen door middel van een doordachte lay-out, passende abstractie en logische groepering in plaats van elk mogelijk datapunt tegelijkertijd.

Een goed ontworpen HMI met de juiste interfacecomponenten mag alleen essentiële informatie in een schone, gestructureerde lay-out weergeven, waardoor de efficiëntie en bruikbaarheid worden verbeterd door alleen essentiële gegevens te tonen om rommel te voorkomen.

Onambigueuze aanduiding en duidelijke etikettering

Onambigueuze indicatie zorgt ervoor dat de operators de status van de apparatuur kunnen bepalen, alarmomstandigheden kunnen bepalen en variabelen in één oogopslag kunnen verwerken zonder dubbelzinnige symbolen of gedetailleerde tekst te interpreteren, met duidelijke visuele differentiatie tussen lopende en gestopte apparatuur, normale en abnormale omstandigheden, en automatische versus handmatige controlemodi die verkeerde interpretatie voorkomen.

Betekenisvolle etikettering gebruikt beschrijvende namen die exploitanten begrijpen in plaats van cryptische afkortingen, PLC-tag namen, of technische terminologie. Labels moeten overeenkomen met de gebruikers begrip van de machine of operaties (hun mentale model), aangezien gebruikers niet verwijzen naar de tank door zijn technische label, hoewel dat de technische aanduiding, in plaats daarvan verwijzen naar het door een meer bekende naam.

Weergave van de hiërarchie en navigatiestructuur

ISA-101 biedt een kader en richtsnoeren voor het ontwerpen en implementeren van HMI's in procesindustrieën, waarbij het accent wordt gelegd op het creëren van interfaces die de veiligheid, efficiëntie en betrouwbaarheid van operationele reacties verbeteren. Een van de belangrijkste aspecten van ISA-101 is de hiërarchische benadering van de organisatie.

De Vier-niveau-display-hiërarchie

De HMI-displayontwerpen moeten gebaseerd zijn op taakanalyse en ergonomie, niet op P&ID's, met displays die moeten zorgen voor de uitvoering van gedetailleerde taken, alsmede een overzicht van het controlegebied van de exploitant, en een navigatiehiërarchie voor display die is ontwikkeld om de exploitant in staat te stellen tot meer detail te boren, waarbij ISA-101 niet meer dan vier niveaus van hiërarchie aanraadt.

Level 1 - Overzicht Weergave: Het overzichtsscherm toont het gehele proces op een hoog niveau met belangrijke prestatie-indicatoren en status voor elk belangrijk deel, die dienen als het startscherm en het scherm dat na elke periode van inactiviteit moet verschijnen. Niveau 1 of niveau 2 displays moeten gebaseerd zijn op het bestuurlijk domein en KPI's (kernprestatie-indicatoren), niet gebaseerd op P&ID's, en moeten een beknopte maar informatieve status van het proces bieden.

Level 2 - Area Screens: De schermruimte toont één scherm per belangrijk procesgedeelte met details van de apparatuur, bedrijfsparameters en lokale controles.

Level 3 - Task Detail Displays: Exploitanten kunnen individuele componenten zoals pompen, kleppen of ketels vanaf dit niveau bedienen, uitgerust met de nodige realtime gegevens, controles en gedetailleerde operationele statussen, ontworpen voor actieve betrokkenheid bij het proces, waar de meeste routine-operaties worden uitgevoerd.

Niveau 4 - Configuratie en diagnose: Niveau 4 schermen worden gebruikt voor instellingen, onderhoudsactiviteiten, systeemdiagnostiek en configuratietaken en wordt vaak geassocieerd met faceplate controles voor apparaten, sequenties, eenheid parameters, enz., met deze interfaces minder vaak toegankelijk en meestal beperkt tot gespecialiseerd personeel, met inbegrip van gedetailleerde instellingen die de parameters van het proces of apparatuur kunnen aanpassen, en het verstrekken van uitgebreide diagnostische gegevens nuttig voor probleemoplossing en onderhoud.

Exploitanten moeten elk scherm binnen twee aanrakingen of klikken kunnen bereiken vanaf elk ander scherm. Vermijd diepe navigatiebomen. Elk niveau is ontworpen om informatie te verstrekken die contextueel relevant is voor specifieke operationele behoeften en gebruikersrollen, zodat exploitanten niet worden overweldigd door onnodige gegevens, maar ook in staat zijn om snel en nauwkeurig operationele situaties te beoordelen en geïnformeerde beslissingen te nemen.

Kleurtheorie en Visuele Design Standaarden

Een van de meest onbegrepen aspecten van ISA-101 is de aanpak van kleurgebruik. Velen geloven dat ISA-101 alleen maar pleit voor het gebruik van saaie, grijswaarden graphics op Human Machine Interfaces (HMI's), die sommige operators visueel onaantrekkelijk en niet inspirerend vinden, echter, deze perceptie mist de bredere en veel crucialere intentie van de standaard: het verbeteren van de bruikbaarheid en het bevorderen van effectieve besluitvorming door middel van goed georganiseerde HMI-ontwerpen.

Het doel van grijze achtergronden

Effectieve HMI volgt de ISA-101 high-performance principes: grijze achtergronden in plaats van kleurrijke graphics, informatiehiërarchie van overzicht tot detail, beperkt gebruik van kleur. De grijze achtergrondbenadering dient een specifiek doel: het laat toe kleur te reserveren voor het aangeven van abnormale omstandigheden en kritische informatie, waardoor deze elementen onmiddellijk zichtbaar zijn voor de operators.

Gebruik kleur, positie, isolatie en grootte om belangrijke informatie te benadrukken. Wanneer kleur wordt gebruikt spaarzaam tegen een neutrale achtergrond, wordt het een krachtig hulpmiddel om aandacht te vestigen op wat het meest belangrijk is.

Ontwerpen voor kleurvermindering

Modern HMI-ontwerp moet rekening houden met operators met verschillende soorten kleurzicht gebreken. Beste praktijken omvatten het gebruik van redundante coderingsmethoden die niet alleen afhankelijk zijn van kleur om kritische informatie over te brengen. Dit kan onder meer het combineren van kleur met vorm, positie, helderheid, of tekstlabels om ervoor te zorgen dat alle operators kunnen nauwkeurig interpreteren status van het systeem, ongeacht hun kleur waarneming vaardigheden.

Alarmbeheer- en meldingssystemen

De exploitanten hebben duidelijke, goed georganiseerde alarmsystemen nodig om snel te kunnen reageren op mogelijke problemen. Doeltreffende alarmbeheer is een van de meest kritieke aspecten van het HMI-ontwerp, die direct van invloed zijn op de reactietijden van de operator en de veiligheidsresultaten.

Alarmprioritering en presentatie

Alarmsystemen moeten duidelijk onderscheid maken tussen verschillende prioriteitsniveaus, zodat kritische alarmen onmiddellijk de aandacht van de bestuurder vangen, terwijl meldingen met lagere prioriteit geen onnodige afleiding veroorzaken. Intuïtief alarm en meldingen maken, waardoor de cognitieve belasting wordt verminderd.

De HMI moet beschikken over alarmsystemen en -onderdrukkingsmogelijkheden, maar met passende beveiligingsniveaus en automatische ontgrendelingstimers, zonder dat er permanent alarm wordt geslagen zonder herziening van het beheer van de verandering.

Preventie van alarmoverstroming

Een van de meest gevaarlijke situaties in industriële automatisering treedt op wanneer operators geconfronteerd met een overstroming van het alarm . dozijnen of honderden alarmen gelijktijdig activeren tijdens een abnormale situatie . Effectief HMI-ontwerp voorkomt dat het alarm overstroomt door intelligente alarm rationalisatie , het groeperen van gerelateerde alarmen , en de uitvoering van een juiste alarm onderdrukking logica die voorkomt dat cascading alarmen van overweldigende operators wanneer ze helderheid het meest nodig hebben .

Data Visualisatie en Analoge Displays

De belangrijkste doelstellingen om de HMI te optimaliseren zijn om data om te zetten in nuttige informatie en de aandacht te vestigen op de informatie die voor de exploitant het belangrijkst is om te zien.

Voordelen van analoge weergaven

Analoge displays zijn effectiever dan digitale displays bij het plaatsen van gegevens in een praktische context, vergelijkbaar met hoe een analoog horloge beter is dan een digitaal horloge bij het tonen hoeveel tijd je hebt tot je volgende vergadering wanneer je haast hebt, omdat het digitale horloge gewoon nummers heeft die je laten zien hoe laat het is terwijl een analoog horloge de huidige tijd toont en maakt het gemakkelijk om te zien hoeveel tijd er nog is.

Vanuit dat kleine voorbeeld kun je je voorstellen hoeveel eenvoudiger analoge displays het maken om tientallen proceswaarden op een scherm te beoordelen, waarbij de operator direct kan zien waar de huidige omstandigheden staan in vergelijking met de gewenste omstandigheden.

Gebruik ingebedde trends die laten zien waar gegevens naartoe gaan. Laat trends en historische gegevens gemakkelijk hergebruikt en geïntegreerd worden. Trend displays helpen operators niet alleen de huidige omstandigheden te begrijpen, maar ook de richting en snelheid van verandering, waardoor proactieve interventie mogelijk is voordat de omstandigheden kritieke drempels bereiken.

Situatiebewustzijn en efficiëntie van de exploitant

Een goed ontworpen HMI vergemakkelijkt effectief menselijk toezicht, vergroot het situationele bewustzijn en vermindert risico's in verband met systeemstoringen of onverwachte scenario's. De gelaagde aanpak die door ISA-101 wordt geschetst is van cruciaal belang voor het behoud van situationeel bewustzijn.

Ondersteuning van besluitvorming onder druk

Door belangrijke informatie effectief over te brengen, kan een hoog presterende HMI exploitanten helpen snel te beoordelen wat er moet gebeuren. HMI's, met hun vermogen om enorme hoeveelheden informatie op een gemakkelijk verteerbare manier te presenteren, hebben bijgedragen tot aanzienlijke efficiëntiewinst, met realtime gegevens over procesvariabelen, apparatuurstatus en productie-metrics die exploitanten in staat stellen om geïnformeerde beslissingen snel te nemen.

Een goed ontworpen HMI is het verschil tussen een operator die een zich ontwikkelend probleem in seconden vangt en iemand die staart naar een scherm vol met knipperende kleuren terwijl de productie grindt tot stilstand, met slecht ontworpen schermen leiden tot tragere responstijden, hogere foutenpercentages, en gefrustreerde operators die hun toevlucht nemen tot werkrondes die het systeem ondermijnen.

Cognitieve belasting verminderen

Cognitieve belasting verwijst naar de mentale inspanning die nodig is om informatie te verwerken en beslissingen te nemen. Effectief HMI-ontwerp minimaliseert onnodige cognitieve belasting door informatie in intuïtieve formaten te presenteren, door consistente conventies te gebruiken en visuele rommel te elimineren. Hierdoor kunnen operatoren hun mentale middelen concentreren op het begrijpen van procesomstandigheden en het nemen van passende controlebeslissingen in plaats van het proberen om de interface zelf te interpreteren.

Typografie en tekstpresentatie

Tekst op HMI-schermen moet duidelijk en gemakkelijk te lezen zijn, omdat het belangrijk is voor het begrip van navigatie door gebruikers, met behulp van Sans Serif lettertype om de leesbaarheid te verbeteren en een consistente lettergrootte voor gegevens, bijschriften, titel en headers (typisch 10pt lettertype).

Primaire gegevens moeten groter zijn en een vet lettertype gebruiken, met behulp van een grotere lettergrootte dan de bijbehorende labels en eenheden om gegevens op te vallen. Lettertypegroottes zijn afhankelijk van de grootte van het scherm en hoe de gebruikers de monitor bekijken, met een grote monitor hoog gemonteerd op een muur of plafond dat bedoeld is om gegevens op afstand van gebruikers mogelijk een groter lettertype dan een monitor van dichtbij te tonen.

Numeriek gegevens die gerelateerd zijn en bedoeld zijn om te worden vergeleken, moeten worden vergeleken met de decimale punten die op elkaar zijn afgestemd. Deze uitlijning maakt het voor de operators gemakkelijker om snel waarden te scannen en te vergelijken.

Responsiviteit en real-time prestaties

Een HMI die achterloopt op het proces is slechter dan helemaal geen HMI, met schermverversingssnelheden die snel genoeg moeten zijn om de weergave real-time te kunnen waarnemen door exploitanten, met een updatesnelheid van één seconde die geschikt is voor de meeste procestoepassingen, hoewel voor geavanceerde discrete toepassingen zoals geautomatiseerde assemblagesystemen sub-seconde updates nodig kunnen zijn voor kritieke indicatoren.

Test uw HMI-prestaties onder realistische omstandigheden: volledige alarmbelasting, meerdere schermen open, historicus logging actief, en het netwerk met normaal verkeer, aangezien prestatieproblemen die alleen onder belasting verschijnen, het meest schadelijk zijn omdat ze precies optreden wanneer de operator het systeem het meest nodig heeft.

Gebruikersgeïnteresseerd ontwerp en aanpassing

Niet alle machineoperators hebben dezelfde technische expertise, met het aanpassen van HMI's voor verschillende gebruikersniveaus die de bruikbaarheid en efficiëntie verbeteren. Moderne HMI-systemen moeten rolgebaseerde toegang en aanpassing ondersteunen, zodat verschillende gebruikersgroepen toegang hebben tot de informatie en controles die relevant zijn voor hun verantwoordelijkheden.

Eindgebruikers betrekken bij ontwerp

Het implementeren van een goed HMI-ontwerp houdt samenwerking in tussen ingenieurs, ontwerpers en eindgebruikers. Automatiseringsleveranciers en systeemintegratoren die gebruikers adviseren bij het ontwikkelen van dit document kunnen gebruikmaken van ervaringen met het werken via HMI-implementaties in vele industrieën. Het uitvoeren van gebruikerstesten helpt bij het identificeren van gebruiksvriendelijkheidsproblemen voordat ze worden ingezet, en het verzamelen van feedback van exploitanten tijdens de werking maakt continue verbetering mogelijk.

HMI-systemen moeten evolueren op basis van feedback van de real-world-operator om de bruikbaarheid te maximaliseren. Een HMI mag nooit als statisch worden beschouwd, met systemen die nodig zijn voor periodieke monitoring, voor het verzamelen en evalueren van feedback van gebruikers, en voor het maken van herzieningen om HMI-schermen te optimaliseren in de tijd, met de procedure inclusief gedetailleerde logs voor wijzigingen.

Moderne HMI-technologieën en -platforms

De industriële automatiseringsmarkt biedt talrijke HMI-platforms, elk met specifieke sterktes en mogelijkheden. Het begrijpen van platformspecifieke functies helpt ontwerpers om ingebouwde functionaliteit te benutten in plaats van het creëren van aangepaste oplossingen.

Populaire HMI-platforms

De ontsteking (Perspectief) maakt gebruik van ingebouwd responsief ontwerp voor mobiele HMI's en maakt gebruik van de componentbibliotheek voor consistente look en feel. FactoryTalk View maakt gebruik van globale objecten voor herbruikbare componenten en implementeert navigatie via display macro's. AVEVA InTouch maakt gebruik van ArchestrA graphics voor schaalbare, herbruikbare displayelementen.

Mobiel en Responsive Design

Moderne industriële omgevingen vragen om HMI-ontwerpen die zowel ervaren operators als nieuw personeel ondersteunen, betrouwbaar functioneren in verschillende schermgroottes en -resoluties, naadloos integreren met mobiele apparaten en het situationele bewustzijn bieden dat nodig is voor een effectieve procesbesturing in steeds complexere automatiseringssystemen.

Scrollable dashboards en responsieve, adaptieve lay-outs worden standaard, met sommige systemen zelfs automatiseren plaatsing van elementen, zodat gebruikers niet te maken hebben met ontwerp beslissingen, ervoor te zorgen dashboards blijven leesbaar en functioneel op elk apparaat.

Schaalbaarheid en houdbaarheid op lange termijn

Uw HMI-architectuur moet betrouwbaar blijven naarmate de technologie evolueert en de gebruiker veranderingen eist, met kortetermijnefficiëntie, maar echt succes betekent het ontwerpen van een aanpassingsvermogen op lange termijn.

Component-based Architectuur

Ontwikkelaars en ontwerpers kunnen beter samenwerken om de HMI-prestaties te optimaliseren, zowel op korte als lange termijn, door uw architectuur te componenteren en geen monolithische oplossing te creëren. Bouw modulaire, herbruikbare componenten om dashboardcreatie eenvoudig en consistent te maken, content te organiseren met secties voor helderheid en focus, en flexibele maar geleide datavisualisatie mogelijk te maken, inclusief aangepaste widgets.

Of het nu gaat om een bedieningspaneel voor zware machines of om een handset die de beveiliging van een energiecentrale bewaakt, HMI-ontwerpers moeten zich richten op een consistente en schaalbare architectuur, met een consistente architectuur die afkomstig is van het gebruik van gevestigde technologie voor al uw HMI-componenten en -modules en het afstemmen van uw HMI-softwareontwerp, architectuur, documentatie en broncode.

Voordelen van normalisatie

Consistentie en schaalbaarheid zijn cruciaal voor het waarborgen van de betrouwbaarheid van software op lange termijn en geavanceerde functionaliteit, omdat ze u in staat stellen zich aan te passen aan de nieuwste trends, van het inbouwen van nieuwe AI-modellen tot het aanpassen aan nieuwe hardware, het werken met meerdere partners met behulp van gevestigde technologie, het verlagen van onderhoudskosten door alle belangrijke onderdelen van de softwareproductie op één lijn te brengen, en nieuwe ontwikkelaars en klanten te helpen eerdere softwarecomponenten en modules te hergebruiken.

Beveiliging en toegangscontrole

Beveiliging is van cruciaal belang in de industriële automatisering, waardoor ongeoorloofde wijzigingen in machineinstellingen worden voorkomen. Moderne HMI-systemen moeten robuuste beveiligingsmaatregelen implementeren, waaronder gebruikersauthenticatie, rol-based toegangscontrole, audit logging en bescherming tegen cyberdreigingen.

Een goed ontworpen HMI dient als een cruciale waarborg tegen cyberdreigingen, het voorkomen van onbevoegde toegang en het waarborgen van de integriteit van voertuigactiviteiten in steeds meer verbonden omgevingen. Hoewel deze verwijzing betrekking heeft op toepassingen in de automotive, geldt het principe ook voor industriële automatisering waar aangesloten systemen geconfronteerd worden met soortgelijke beveiligingsuitdagingen.

Communicatieprotocollen en integratie

HMI's moeten verschillende communicatieprotocollen ondersteunen om naadloze integratie te garanderen met een breed scala aan industriële apparatuur, met enkele van de meest voorkomende protocollen, waaronder Ethernet/IP, PROFINET en MODBUS TCP/IP voor ethernetgebaseerde communicatie, en PROFIBUS.

De keuze van het protocol beïnvloedt de communicatiemogelijkheden van de HMI met PLC's, sensoren en andere apparaten in het automatiseringssysteem. HMI's moeten vaak met systemen voor toezicht en gegevensverwerving (SCADA) communiceren voor een hogere controle en controle.

Testen, valideren en inbedrijfstelling

Als onderdeel van het ISA-101-levenscyclusmodel moeten nieuwe en herziene HMI-schermen worden getest voordat ze in bedrijf worden genomen, met een simulatiesysteem dat de test- en trainingsactiviteiten aanzienlijk kan verbeteren.

Uitgebreide tests moeten functionele tests omvatten om alle controles en beeldschermen te verifiëren zoals bedoeld, prestatietests onder realistische belastingsomstandigheden, gebruiksvriendelijkheidstests met de werkelijke exploitanten en de validering dat de HMI voldoet aan alle gespecificeerde eisen en normen.

Opleiding en Operator Competency

Zelfs de best ontworpen HMI vereist een goede training van de operator om zijn volledige potentieel te bereiken. Trainingsprogramma's moeten niet alleen betrekking hebben op hoe de interface te gebruiken, maar ook de onderliggende proceslogica, alarmreactieprocedures en het oplossen van problemen.

ISA-101 implementatiefase inspanningen omvatten eisen voor testen, documentatie en training. Effectieve training zorgt ervoor dat de exploitanten begrijpen de mogelijkheden van de HMI en kan effectief gebruiken tijdens zowel normale operaties als abnormale situaties.

Beheer van processen voor verandering (MOC)

Help eindgebruikers een proces te ontwikkelen voor het beheer van veranderingen in strategie, displays, graphics, locaties, enz., met de procedure, inclusief test- en trainingseisen. In de operationele fase omvat ISA-101 het beheer van veranderingen en eisen voor HMI-operaties, onderhoud en ontmanteling.

Een robuust MOC-proces zorgt ervoor dat HMI-wijzigingen correct worden geëvalueerd, getest, gedocumenteerd en gecommuniceerd voordat ze worden geïmplementeerd. Dit voorkomt onbedoelde gevolgen en houdt de systeemintegriteit in de loop van de tijd in stand.

Specifieke overwegingen

Terwijl ISA-101 algemene principes biedt die van toepassing zijn op alle sectoren, kunnen specifieke sectoren unieke eisen hebben. Procesindustrieën zoals chemische productie, olie en gas en geneesmiddelen vereisen vaak uitgebreide alarmbeheer en batchcontrole mogelijkheden. Discrete productie kan prioriteit geven aan high-speed data updates en machine status visualisatie. Water en afvalwaterbehandeling faciliteiten hebben geografisch overzicht displays die gedistribueerde activa.

Deze uitgebreide HMI ontwerphandleiding is ontwikkeld door industriële automatiseringstechnici met meer dan 20 jaar ervaring in het ontwerpen van bedieningsinterfaces voor chemische verwerking, productie, waterzuivering en elektriciteitsproductie.

Vaak voorkomende HMI-ontwerpfouten te vermijden

Wanneer een HMI niet in een optimale staat verkeert, kan het meer een obstakel worden dan een oplossing, met een van de meest voorkomende HMI-problemen omdat de schermen zo vol van kleur en detail zijn dat het moeilijk is voor de operator om snel de situatie te beoordelen.

Andere veel voorkomende fouten zijn:

  • Gebruik van PLC-tagnamen in plaats van operatorvriendelijke labels
  • Het organiseren van displays op basis van de locatie van de apparatuur in plaats van operationele taken
  • Inconsistente navigatiepatronen op verschillende schermen implementeren
  • Overdrijvende animatie en dynamische elementen die eerder afleiden dan informeren
  • Niet in staat om de HMI-prestaties te testen onder realistische belastingsomstandigheden
  • Verwaarlozing om feedback van de operator te verzamelen en te verwerken
  • Het creëren van diepe navigatiehiërarchieën die buitensporige klikken vereisen om kritieke informatie te bereiken

Meting van de HMI-doeltreffendheid

Organisaties moeten metriek vaststellen om de effectiviteit van HMI te evalueren en verbeteringsmogelijkheden te identificeren. Belangrijkste prestatie-indicatoren kunnen zijn de responstijd van de exploitant op alarmen, de frequentie van de fouten van de exploitant, de tijd die nodig is om gemeenschappelijke taken te voltooien, de tevredenheidsscores van de exploitant en de incidentenpercentages in verband met HMI-gebruiksproblemen.

Door deze normen aan te nemen, kunnen teams fouten bij de operator verminderen en het situationele bewustzijn verbeteren. Het kwantificeren van deze verbeteringen helpt investeringen in HMI-upgrades te rechtvaardigen en toont de bedrijfswaarde van het volgen van ontwerpnormen.

Het gebied van HMI-ontwerp blijft evolueren met opkomende technologieën en veranderende verwachtingen van de operator. Kunstmatige intelligentie en machine learning beginnen voorspellende analyses en intelligente alarmfiltering mogelijk te maken. Augmented reality biedt nieuwe mogelijkheden voor het overslaan van digitale informatie over fysieke apparatuur. Voice control en gebarengebaseerde interfaces kunnen traditionele inputmethoden aanvullen in geschikte toepassingen.

Door het verkennen van usability challenges, technologische vooruitgang en de integratie van snel evoluerende technologieën zoals AI (Artificial Intelligence), AR (Augmented Reality) en gebarengebaseerde besturingen, laat deze studie zien hoe effectief HMI's cognitieve belasting minimaliseren en de functionaliteit behouden.

SPS 2025 versterkt dat geweldig dashboard ontwerp is zowel universeel als genuanceerd, met dashboards nu een basis verwachting, maar de echte uitdaging is om ze intuïtief, samenhangend en echt behulpzaam.

Praktische implementatiestrategieën

De ISA-101 norm biedt een formeel kader voor HMI-ontwerp, maar u hoeft geen volledig HMI-filosofiedocument te implementeren om zinvolle verbeteringen te kunnen aanbrengen, met praktische richtlijnen uit tientallen jaren van het bouwen en in bedrijf stellen van automatiseringsapparatuur in alle industrieën.

Beginnen met bestaande systemen

Organisaties met bestaande HMI-systemen kunnen verbeteringen in hoge mate implementeren in plaats van volledige herontwerpen nodig te hebben. Focus eerst op de meest kritische displays en verbeteringen met de hoogste impact. Standaardiseren van kleurgebruik, verbeteren van de presentatie van alarmen, en verbeteren navigatie voordat uitgebreide herontwerpen worden aangepakt.

Nieuwe systemen bouwen

Voor nieuwe HMI-projecten, investeer tijd vooraf in het ontwikkelen van uitgebreide filosofie en stijlgids documenten. Maak herbruikbare sjablonen en onderdelenbibliotheken. Betrek operators vroeg in het ontwerpproces en voer iteratieve testen gedurende de ontwikkeling.

Dit kan u helpen bij de implementatie van ISA 101.01 in uw toepassing door herbruikbare richtlijnen te verstrekken die normen volgen als uitgangspunt voor uw eigen HMI Style Guide, die verder vereenvoudigd kunnen worden door herbruikbare bibliotheken als uw HMI toolkit voor implementatie te gebruiken.

Kostenoverwegingen en ROI

De investering in een goed HMI-ontwerp is bescheiden in vergelijking met de kosten van het automatiseringssysteem dat het bestuurt, maar de impact op de dagelijkse activiteiten is onevenredig groot, waarbij een exploitant die de interface vertrouwt en snel informatie kan vinden, een exploitant is die de productie draaiende houdt.

Zelfs vandaag de dag met de nieuwe tools en benaderingen die worden aangeboden voor HMI, zullen veel eindgebruikers tot $ 10.000 of meer uitgeven om elke pagina van HMI-graphics te ontwikkelen voor hun procesactiviteiten. Echter, deze investering betaalt dividenden door een verminderde stilstand, snellere probleemoplossing, minder fouten bij de exploitant en verbeterde veiligheidsresultaten.

Middelen voor verder leren

Professionals die hun HMI-design-expertise willen verdiepen, beschikken over talrijke middelen. De ISA-101-norm zelf biedt uitgebreide begeleiding, terwijl technische rapporten zich uitbreiden over specifieke onderwerpen. Industrieconferenties bieden mogelijkheden om implementaties in de praktijk te zien en te leren van ervaren beoefenaars.

Boeken zoals "The High-Performance HMI Handbook" bieden praktische begeleiding op basis van veldervaring. Online gemeenschappen en professionele organisaties faciliteren kennisdeling tussen HMI-ontwerpers en automatiseringsprofessionals. Veel automatiseringsleveranciers bieden trainingsprogramma's die specifiek zijn voor hun platforms.

Voor meer informatie over industriële automatiseringsnormen en best practices, bezoekt u de website International Society of Automation. Aanvullende bronnen over menselijke factoren engineering zijn te vinden via de Human Factors and Ergonomics Society.

Conclusie

Doeltreffende HMI-ontwerpen zijn veel meer dan het creëren van aantrekkelijke graphics of het implementeren van de nieuwste technologie. Het vereist een systematische aanpak gebaseerd op menselijke factoren engineering, industrienormen en praktische operationele ervaring. ISA-101 is meer dan een richtlijn voor het gebruik van grijswaarden graphics. Het is een alomvattende aanpak van HMI-ontwerp dat de effectiviteit en veiligheid van de exploitant verbetert, met begrip en implementatie van de niveaugebaseerde organisatie van HMI's zoals voorgeschreven door ISA-101, waardoor procesindustrieën hun operationele helderheid en response-efficiëntie aanzienlijk kunnen verbeteren.

HMI-ontwerp speelt een cruciale rol bij het bepalen van het vermogen van een exploitant om de systemen van een industriële faciliteit effectief te beheren, met name bij het opsporen en oplossen van een abnormale situatie, met het aannemen van ontwerpnormen, zoals die ontwikkeld door groepen zoals ANSI en ISA, waardoor organisaties waardevolle context kunnen toevoegen aan gegevens op een manier die consistent, duidelijk en schaalbaar is.

Door de gevestigde principes te volgen, waarbij eindgebruikers gedurende het hele ontwerpproces betrokken zijn, een goed levenscyclusbeheer te implementeren en zich te verbinden tot continue verbetering, kunnen organisaties HMI-systemen creëren die de operatoren echt in staat stellen complexe automatiseringssystemen veilig en efficiënt te bewaken en te controleren. De investering in een goed HMI-ontwerp levert meetbare opbrengsten op door verbeterde veiligheid, minder fouten, snellere responstijden en verhoogde operationele productiviteit.

Naarmate automatiseringssystemen blijven groeien in complexiteit en capaciteit, zal het belang van effectieve mens-machine interfaces alleen maar toenemen. Organisaties die prioriteit geven aan HMI-ontwerp topkwaliteit positie zichzelf voor operationeel succes in een steeds concurrerender en veeleisender industrieel landschap.