Понимание и применение Hmi Design для эффективного мониторинга автоматизации

Проектирование человеко-машинного интерфейса (HMI) играет решающую роль в промышленной автоматизации, действуя как мост между операторами машин и промышленными системами, позволяя им эффективно контролировать процессы, управлять оборудованием и устранять проблемы. Эффективный дизайн HMI представляет собой критическую разницу между эффективными, безопасными операциями на заводе и дорогостоящими ошибками, которые приводят к производственным потерям, инцидентам безопасности и разочарованию оператора. Качество проектирования интерфейса человека непосредственно влияет на безопасность завода, эксплуатационную эффективность и рентабельность во всех промышленных секторах.

Интуитивно понятный и хорошо продуманный HMI повышает производительность, снижает человеческие ошибки и повышает безопасность на рабочем месте.Хорошо спроектированные системы HMI снижают когнитивную нагрузку на операторов, представляя информацию в логических иерархиях, которые соответствуют ментальным моделям технологических потоков и отношений с оборудованием, при этом исследования показывают, что операторы, использующие правильно спроектированные интерфейсы, быстрее принимают решения в ненормальных ситуациях на 40-60%.

Что такое человеко-машинный дизайн интерфейса?

Дизайн человеко-машинного интерфейса (HMI) создает системы и экраны для взаимодействия пользователей с машинами, программным обеспечением разработки или устройствами, где человек использует визуальный или цифровой интерфейс для передачи команды или получения обратной связи от машины. Интерфейс человека и машины (HMI) - это цифровой или физический интерфейс, который позволяет операторам взаимодействовать с машинами, управлять процессами и визуализировать данные.

Каждый человеко-машинный интерфейс в конечном итоге предназначен для того, чтобы помочь людям увидеть, что происходит, принять меры, когда это необходимо, и оставаться под контролем. Ценность человеко-машинного интерфейса (HMI) определяется тем, насколько хорошо он помогает оператору на заводе контролировать производственный процесс, поскольку независимо от того, насколько автоматизирован производственный процесс, все еще существует необходимость в операторе для мониторинга, контроля и, иногда, вмешательства для решения проблем.

Эволюция технологии HMI

Первые дни интерфейсов управления состояли из банков физических переключателей, аналоговых счетчиков и бумажных картографических регистраторов, за которыми следовали первые HMI, которые были экранами катодной трубки (CRT), которые отображали простую графику, затем жидкокристаллические дисплеи (LCD), которые вводили цвет в интерфейс.Внедрение сенсорных дисплеев ознаменовало крупный прорыв в технологии, облегчив разработку удобных интерфейсов, которые представляли данные в реальном времени и обеспечивали средство управления, которое было интуитивно понятным и визуально привлекательным.

По мере развития HMI значительно расширились их возможности, теперь предлагая ряд функций для улучшения функциональности, таких как регистрация данных, управление сигнализацией, удаленный доступ и диагностика. С появлением облачных вычислений и Интернета вещей (IoT) HMI стали еще более мощными, позволяя осуществлять мониторинг и управление в режиме реального времени из любой точки мира.

Двадцать лет назад промышленные рабочие использовали простые HMI с одним программным обеспечением до истечения срока действия продукта, но сегодня смартфоны устанавливают новые стандарты для пользовательского опыта, и работники, работающие в цифровом формате, ожидают сложных интерфейсов, которые отражают функциональность смартфона как минимум - даже в производственных средах.

Стандартная рамочная программа ISA-101

ISA-101 (Human Machine Interfaces for Process Automation Systems) - международный стандарт, опубликованный Международным обществом автоматизации процессов (ISA), который определяет лучшие практики проектирования HMI в промышленной автоматизации, охватывающие иерархию отображения, использование цвета, интеграцию сигнализации, взаимодействие с пользователем и управление жизненным циклом. Серия стандартов и технических отчетов ISA-101 обеспечивает надежную дорожную карту для проектирования, внедрения, эксплуатации и обслуживания интерфейсов человека (HMI) в современных системах автоматизации процессов, уделяя особое внимание повышению безопасности, качества, производительности и надежности.

Эти принципы основаны на исследованиях в области человеческого фактора и многолетнем опыте промышленной автоматизации в различных технологических и производственных средах. Все рекомендации соответствуют стандартам ISA-101 и проверенным передовым практикам отрасли.

Подход жизненного цикла HMI

Создание и поддержание эффективной стратегии HMI - это многоэтапный процесс, который может охватывать десятилетия от первоначальных концепций до вывода из эксплуатации, при этом ISA-101 использует подход жизненного цикла для эффективного управления HMI и стремится идентифицировать, определять и удовлетворять различные потребности в течение этого периода времени. В качестве настоящего стандарта на основе жизненного цикла ISA-101 определяет, как наилучшим образом использовать технологии на всех этапах жизненного цикла HMI, от проектирования до внедрения, операций и обслуживания, аналогично стандарту ISA 18.2 / IEC 62682 для управления сигнализацией и стандартам ISA 84 / IEC 61508 и 61511 для безопасности процесса.

Основными этапами жизненного цикла HMI являются проектирование, внедрение и эксплуатация, а философия HMI, руководство по стилю и инструменты обеспечивают набор последовательной документации для управления HMI на сайте или в масштабах всей компании, в то время как непрерывные рабочие процессы, включая MOC, аудит и валидацию, могут происходить на протяжении всего жизненного цикла.

Философский документ HMI

Философский документ HMI объясняет принципы и цели управления HMI на площадке или в более крупной компании и является независимой платформой автоматизации, объясняя, как будет реализован жизненный цикл ISA-101, а также роли и обязанности вовлеченных лиц. Философия HMI обеспечивает независимые или специфичные для платформы руководящие принципы для дизайна HMI на вашем заводе.

Стиль HMI Style Guide

Руководство по стилю HMI объясняет конкретные аспекты реализации философии HMI в конкретной среде платформы системы автоматизации, с пониманием механики используемой платформы системы автоматизации, гарантируя, что реализация легко поддерживается и обеспечивает максимально возможное использование стандартных встроенных возможностей платформы.При реализации этих принципов в реальном проекте приоритеты стандартизации шаблонов экрана перед созданием отдельных экранов, определение макета заголовка, цветовой палитры, размеров шрифтов, стилей кнопок и размещения баннера тревоги один раз.

Основные принципы эффективного дизайна HMI

Основные принципы проектирования HMI закладывают основу для создания эффективных интерфейсов оператора независимо от конкретной отрасли, платформы или приложения. Ключевые области фокусировки включают ориентированный на человека дизайн, эффективные структуры отображения, интуитивное взаимодействие с пользователем и важность обучения оператора.

Визуальная иерархия и информационная архитектура

Визуальная иерархия направляет внимание оператора на наиболее важную информацию, сохраняя при этом осведомленность об общем состоянии системы, при правильной реализации иерархии с использованием размера, цвета, контраста, положения и анимации для создания четкого различия между критическими сигналами тревоги, важными переменными процесса и фоновой информацией, которая нужна операторам для контекста, но не для немедленных действий.

Информационная архитектура организует содержание HMI в логических структурах, которые соответствуют операторским мысленным моделям технологического оборудования и стратегиям управления, с эффективной организацией, следующей за технологическим потоком, группировкой оборудования или функциональными областями, а не произвольными договоренностями.

Упрощение без потери информации

Упрощение не означает удаление важной информации — это означает организацию и представление информации эффективно без беспорядка или путаницы, с хорошо продуманными экранами HMI, четко передающими сложные отношения процесса через продуманную компоновку, соответствующую абстракцию и логическую группировку, а не показывающими все возможные точки данных одновременно.

Хорошо спроектированный HMI с правильными компонентами интерфейса должен отображать только важную информацию в чистом, структурированном макете, повышая эффективность и удобство использования, показывая только необходимые данные, чтобы избежать беспорядка на экране.

Неоднозначные указания и четкая маркировка

Однозначное указание гарантирует, что операторы могут определять состояние оборудования, условия тревоги и переменные процесса с первого взгляда без интерпретации неоднозначных символов или чтения подробного текста, с четкой визуальной дифференциацией между работающим и остановленным оборудованием, нормальными и ненормальными условиями и автоматическими режимами управления, предотвращающими неправильное толкование.

Значимая маркировка использует описательные имена, которые понимают операторы, а не загадочные сокращения, названия тегов PLC или инженерную терминологию. этикетки должны соответствовать пониманию пользователями машины или операций (их ментальной модели), поскольку пользователи могут не ссылаться на резервуар по его технической маркировке, даже если это техническое обозначение, вместо этого ссылаясь на него более знакомым именем.

Иерархия отображения и навигационная структура

ISA-101 обеспечивает основу и руководящие принципы для проектирования и внедрения HMI в обрабатывающих отраслях, подчеркивая создание интерфейсов, которые повышают безопасность, эффективность и надежность операционных ответов.Одним из наиболее важных аспектов ISA-101 является его иерархический подход к организации отображения.

Четырехуровневая иерархия дисплеев

Дизайн HMI-дисплея должен основываться на анализе задач и эргономике, а не на P&ID, с дисплеями, необходимыми для выполнения подробных задач, а также обзора сферы управления оператора, и навигационной иерархией дисплея, разработанной, позволяющей оператору сверлить до более высоких уровней детализации, с ISA-101, рекомендующей не более четырех уровней иерархии.

Уровень 1 — Обзорный дисплей: Экран обзора показывает весь процесс на высоком уровне с ключевыми показателями производительности и статусом для каждого основного раздела, служа в качестве домашнего экрана и экрана, который должен появиться после любого периода бездействия. Дисплеи уровня 1 или уровня 2 должны основываться на операторской сфере управления и KPI (ключевые показатели производительности), а не на P&IDs, и должны обеспечивать краткий, но информативный статус процесса.

Уровень 2 - Экраны области: Экраны области показывают один экран на основной раздел процесса, показывающий детали оборудования, рабочие параметры и локальные элементы управления.

Уровень 3 - Дисплеи детализации задач: Операторы могут управлять отдельными компонентами, такими как насосы, клапаны или котлы этого уровня, оснащенные необходимыми данными в реальном времени, элементами управления и подробными эксплуатационными состояниями, предназначенными для активного взаимодействия с процессом, где выполняется большинство рутинных операций.

Уровень 4 - Конфигурация и диагностика: Экраны уровня 4 используются для настроек, действий по техническому обслуживанию, системной диагностики и задач конфигурации и часто связаны с элементами управления на панели лица для устройств, последовательностей, параметров блока и т. Д., С этими интерфейсами реже обращаются и обычно ограничиваются специализированным персоналом, включая подробные настройки, которые могут регулировать параметры процесса или оборудования, и предоставление всеобъемлющих диагностических данных, полезных для устранения неполадок и обслуживания.

Навигационные лучшие практики

Операторы должны иметь возможность достигать любого экрана с любого другого экрана в течение двух касаний или щелчков. Избегайте глубоких деревьев навигации. Каждый уровень предназначен для предоставления информации, которая контекстуально соответствует конкретным операционным потребностям и ролям пользователей, гарантируя, что операторы не перегружены ненужными данными, но также позволяет им быстро и точно оценивать операционные ситуации и принимать обоснованные решения.

Теория цвета и стандарты визуального дизайна

Многие считают, что ISA-101 просто выступает за использование скучной, серой графики на интерфейсах человеческих машин (HMI), которую некоторые операторы считают визуально непривлекательной и невдохновляющей, однако это восприятие упускает более широкое и гораздо более важное намерение стандарта: повышение удобства использования и содействие эффективному принятию решений с помощью хорошо организованных проектов HMI.

Цель серых фонов

Эффективный HMI следует принципам высокой производительности ISA-101: серый фон вместо красочной графики, иерархия информации от обзора до деталей, ограниченное использование цвета. Подход серого фона служит определенной цели: он позволяет зарезервировать цвет для указания ненормальных условий и критической информации, делая эти элементы сразу видимыми для операторов.

Используйте цвет, положение, изоляцию и размер, чтобы подчеркнуть важную информацию.Когда цвет используется экономно на нейтральном фоне, он становится мощным инструментом для привлечения внимания к тому, что важнее всего.

Дизайн для цветовых нарушений

Современный дизайн HMI должен учитывать операторов с различными типами недостатков цветового зрения. Лучшие практики включают использование избыточных методов кодирования, которые не полагаются исключительно на цвет для передачи критической информации. Это может включать в себя сочетание цвета с формой, положением, яркостью или текстовыми метками, чтобы гарантировать, что все операторы могут точно интерпретировать статус системы независимо от их способности восприятия цвета.

Системы управления сигнализацией и уведомления

Операторам нужны четкие, хорошо организованные системы сигнализации, чтобы быстро реагировать на потенциальные проблемы.Эффективное управление сигнализацией является одним из наиболее важных аспектов проектирования HMI, непосредственно влияющих на время отклика оператора и результаты безопасности.

Приоритетность и презентация сигнализации

Системы сигнализации должны четко различать различные уровни приоритета, гарантируя, что критические сигналы тревоги немедленно привлекают внимание оператора, в то время как уведомления с более низким приоритетом не создают ненужного отвлечения.

Возможности стеллажа тревоги и подавления должны быть встроены в HMI, но с соответствующими уровнями безопасности и автоматическими таймерами, без постоянного замалчивания тревоги без обзора управления изменениями.

Предотвращение наводнений

Одна из самых опасных ситуаций в промышленной автоматизации возникает, когда операторы сталкиваются с тревожным наводнением - десятки или сотни тревог, активирующихся одновременно во время ненормальной ситуации.Эффективная конструкция HMI предотвращает наводнение тревоги посредством разумной рационализации тревоги, группировки связанных с тревогой сигналов и реализации надлежащей логики подавления тревоги, которая предотвращает каскадные тревоги от подавляющего числа операторов, когда им больше всего нужна ясность.

Визуализация данных и аналоговые дисплеи

Наиболее важными целями, на которых необходимо сосредоточиться для оптимизации HMI, являются превращение данных в полезную информацию и привлечение внимания к информации, наиболее важной для оператора.

Преимущества аналоговых дисплеев

Аналоговые дисплеи более эффективны, чем цифровые дисплеи, при введении данных в практический контекст, подобно тому, как аналоговые часы лучше, чем цифровые часы, показывают, сколько времени у вас есть до следующей встречи, когда вы спешите, поскольку цифровые часы просто имеют цифры, которые показывают вам, сколько времени, в то время как аналоговые часы отображают текущее время и позволяют легко увидеть, сколько времени осталось.

Из этого небольшого примера можно представить, насколько легче аналоговые дисплеи позволяют оценить десятки значений процесса на экране, при этом оператор мгновенно может видеть, где находятся текущие условия по сравнению с желаемыми условиями.

Встроенные тренды и исторические данные

Использование встроенных тенденций, которые показывают, куда направляются данные. Позволяют легко повторно использовать и интегрировать тенденции и исторические данные. Дисплеи тенденций помогают операторам понять не только текущие условия, но и направление и скорость изменений, что позволяет осуществлять упреждающее вмешательство до того, как условия достигнут критических порогов.

Ситуационная осведомленность и эффективность оператора

Хорошо разработанный ИМТ способствует эффективному контролю со стороны человека, повышает ситуационную осведомленность и смягчает риски, связанные с сбоями в работе системы или неожиданными сценариями.Сложный подход, изложенный в ISA-101, имеет решающее значение для поддержания ситуационной осведомленности.

Поддержка принятия решений под давлением

Эффективная передача важной информации позволяет операторам быстро оценивать то, что необходимо сделать. HMI, с их способностью легко усваивать огромные объемы информации, способствовали значительному повышению эффективности, а данные о переменных процессах, состоянии оборудования и производственных показателях в режиме реального времени давали операторам возможность быстро принимать обоснованные решения.

Хорошо спроектированный HMI - это разница между оператором, который за считанные секунды улавливает развивающуюся проблему, и тем, кто смотрит на экран, полный мигающих цветов, в то время как производство останавливается, с плохо спроектированными экранами, приводящими к более медленному времени отклика, более высоким показателям ошибок и разочарованным операторам, которые прибегают к обходным путям, которые подрывают систему.

Уменьшение когнитивной нагрузки

Когнитивная нагрузка относится к умственным усилиям, необходимым для обработки информации и принятия решений. Эффективный дизайн HMI минимизирует ненужную когнитивную нагрузку, представляя информацию в интуитивно понятных форматах, используя согласованные соглашения и устраняя визуальный беспорядок. Это позволяет операторам сосредоточить свои умственные ресурсы на понимании условий процесса и принятии соответствующих управляющих решений, а не пытаться интерпретировать сам интерфейс.

Типография и текстовая презентация

Текст на HMI-дисплеях должен быть четким и легким для чтения, поскольку он важен для понимания навигации пользователями, используя шрифт Sans Serif для повышения читаемости и согласованного размера шрифта для данных, подписей, заголовков и заголовков (обычно шрифт 10pt).

Первичные данные должны быть больше и использовать жирный шрифт, используя больший размер шрифта, чем их соответствующие метки и блоки, чтобы выделить данные. Размеры шрифтов зависят от размера экрана и того, как пользователи просматривают монитор, с большим монитором, установленным высоко на стене или потолке, который предназначен для отображения данных на расстоянии от пользователей, потенциально нуждающихся в большем шрифте, чем монитор, просматриваемый близко.

Численные данные, которые связаны и должны быть сопоставлены, должны быть аналогично обоснованы с выравниванием десятичных точек. Это выравнивание облегчает операторам быстрое сканирование и сравнение значений.

Реакция и эффективность в реальном времени

HMI, который отстает от процесса, хуже, чем отсутствие HMI вообще, с частотой обновления экрана, необходимой для того, чтобы операторы воспринимали дисплей как в режиме реального времени, с скоростью обновления в одну секунду, адекватной для большинства приложений процесса, хотя высокоскоростные дискретные приложения, такие как автоматизированные системы сборки, могут потребовать обновления в течение нескольких секунд по критическим показателям.

Проверяйте производительность HMI в реалистичных условиях: полная сигнализация, несколько экранов открыты, историк регистрирует активный, а сеть несет нормальный трафик, так как проблемы производительности, которые появляются только под нагрузкой, являются наиболее разрушительными, потому что они возникают именно тогда, когда оператору нужна система больше всего.

Пользовательский дизайн и кастомизация

Не все операторы машин обладают одинаковым уровнем технической экспертизы, при этом настройка HMI для разных уровней пользователей улучшает удобство использования и эффективность. Современные системы HMI должны поддерживать ролевой доступ и настройку, позволяя различным группам пользователей получать доступ к информации и средствам управления, относящимся к их обязанностям.

Вовлечение конечных пользователей в дизайн

Внедрение хорошего HMI-дизайна предполагает сотрудничество между инженерами, дизайнерами и конечными пользователями. Поставщики автоматизации и системные интеграторы, консультирующие пользователей при разработке этого документа, могут опираться на опыт работы с реализациями HMI во многих отраслях. Проведение пользовательского тестирования помогает выявить проблемы юзабилити перед развертыванием, а сбор обратной связи оператора во время работы позволяет постоянно совершенствоваться.

Системы HMI должны развиваться на основе обратной связи с оператором в реальном мире, чтобы максимизировать удобство использования. HMI никогда не следует считать статичной, с системами, необходимыми для периодического мониторинга, сбора и оценки обратной связи пользователей и для внесения изменений для оптимизации дисплеев HMI с течением времени, с процедурой, включающей подробные журналы изменений.

Современные технологии и платформы HMI

Рынок промышленной автоматизации предлагает множество платформ HMI, каждая из которых имеет определенные сильные стороны и возможности. Понимание особенностей платформы помогает дизайнерам использовать встроенную функциональность, а не создавать пользовательские решения.

Популярные платформы HMI

Ignition (Perspective) использует встроенный адаптивный дизайн для мобильных HMI и использует библиотеку компонентов для согласованного внешнего вида. FactoryTalk View использует глобальные объекты для многоразовых компонентов и реализует навигацию через макросы дисплея. AVEVA InTouch использует графику ArchestrA для масштабируемых многоразовых элементов дисплея.

Мобильный и адаптивный дизайн

Современные промышленные среды требуют HMI-проектов, которые поддерживают как опытных операторов, так и нового персонала, надежно функционируют на разных размерах экрана и разрешениях, легко интегрируются с мобильными устройствами и обеспечивают ситуационную осведомленность, необходимую для эффективного управления процессами во все более сложных системах автоматизации.

Прокручиваемые панели приборов и адаптивные макеты становятся стандартными, а некоторые системы даже автоматизируют размещение элементов, поэтому пользователям не нужно беспокоиться о дизайнерских решениях, гарантируя, что панели приборов остаются читаемыми и функциональными на любом устройстве.

Масштабируемость и долгосрочная устойчивость

Ваша архитектура HMI должна оставаться надежной по мере развития технологий и изменения требований пользователей, при этом важна краткосрочная эффективность, но истинный успех означает разработку для долгосрочной адаптивности.

Архитектура на основе компонентов

Разработчики и дизайнеры могут лучше работать вместе, чтобы оптимизировать производительность HMI - как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе - путем компонентизации вашей архитектуры, а не создания монолитного решения. Постройте модульные, многоразовые компоненты, чтобы сделать создание панели инструментов простым и последовательным, организовать контент с разделами для ясности и фокусировки и обеспечить гибкую, но управляемую визуализацию данных, включая пользовательские виджеты.

Будь то панель управления для работы тяжелой техники или телефон, контролирующий безопасность электростанции, разработчики HMI должны стремиться к последовательной и масштабируемой архитектуре, с последовательной архитектурой, исходящей от использования хорошо зарекомендовавших себя технологий для всех ваших компонентов и модулей HMI и согласования вашего дизайна программного обеспечения HMI, архитектуры, документации и исходного кода.

Преимущества стандартизации

Последовательность и масштабируемость имеют решающее значение для обеспечения долгосрочной надежности программного обеспечения и расширенной функциональности, поскольку они позволяют адаптироваться к последним тенденциям от внедрения новых моделей ИИ до адаптации к новому оборудованию, работать с несколькими партнерами, используя хорошо зарекомендовавшие себя технологии, снижать затраты на техническое обслуживание, выравнивая все ключевые части производства программного обеспечения, и помогать новым разработчикам и клиентам повторно использовать предыдущие программные компоненты и модули.

Безопасность и контроль доступа

Безопасность имеет решающее значение в промышленной автоматизации, предотвращая несанкционированные изменения в настройках машины.Современные системы HMI должны внедрять надежные меры безопасности, включая аутентификацию пользователей, контроль доступа на основе ролей, журналирование аудита и защиту от киберугроз.

Хорошо продуманный HMI служит важнейшей защитой от киберугроз, предотвращая несанкционированный доступ и обеспечивая целостность автомобильных операций во все более связанных средах.Хотя эта ссылка относится к автомобильным приложениям, принцип в равной степени относится к промышленной автоматизации, где подключенные системы сталкиваются с аналогичными проблемами безопасности.

Протоколы связи и интеграция

HMI должны поддерживать различные протоколы связи, чтобы обеспечить бесшовную интеграцию с широким спектром промышленного оборудования, с некоторыми из наиболее распространенных протоколов, включая Ethernet / IP, PROFINET и MODBUS TCP / IP для связи на основе Ethernet и PROFIBUS.

Выбор протокола влияет на способность HMI взаимодействовать с ПЛК, датчиками и другими устройствами в системе автоматизации. HMI часто должны взаимодействовать с системами надзорного контроля и сбора данных (SCADA) для мониторинга и управления более высокого уровня.

Тестирование, валидация и ввод в эксплуатацию

В рамках модели жизненного цикла ISA-101 новые и пересмотренные HMI-дисплеи должны быть протестированы до ввода в эксплуатацию, с системой моделирования, способной значительно улучшить тестирование и обучение.

Комплексное тестирование должно включать функциональное тестирование для проверки всех элементов управления и дисплеев, тестирование производительности в реалистичных условиях нагрузки, тестирование юзабилити с фактическими операторами и проверку соответствия HMI всем указанным требованиям и стандартам.

Обучение и компетентность оператора

Даже самый лучший HMI требует надлежащего обучения оператора для достижения своего полного потенциала. Учебные программы должны охватывать не только то, как использовать интерфейс, но и базовую логику процесса, процедуры реагирования на тревогу и методы устранения неполадок.

Усилия по внедрению ИСА-101 включают требования к тестированию, документации и обучению.Эффективное обучение обеспечивает операторам понимание возможностей ИМТ и их эффективное использование как в обычных операциях, так и в нештатных ситуациях.

Управление процессами изменений (MOC)

Помогите конечным пользователям установить процесс управления изменениями в стратегии, дисплеях, графике, местоположениях и т. Д. С процедурой, включая требования к тестированию и обучению. На этапе операций ISA-101 охватывает управление изменениями и требования к операциям HMI, техническому обслуживанию и выводу из эксплуатации.

Надежный процесс MOC гарантирует, что модификации HMI должным образом оцениваются, тестируются, документируются и передаются до внедрения. Это предотвращает непредвиденные последствия и поддерживает целостность системы с течением времени.

Отраслевые аспекты

Хотя ISA-101 обеспечивает общие принципы, применимые в различных отраслях, конкретные сектора могут иметь уникальные требования. Технологические отрасли, такие как химическое производство, нефть и газ, и фармацевтические препараты часто требуют обширных возможностей управления сигнализацией и пакетного контроля. Дискретное производство может уделять приоритетное внимание высокоскоростным обновлениям данных и визуализации состояния машины. Водные и очистные сооружения нуждаются в географических обзорных дисплеях, показывающих распределенные активы.

Это всеобъемлющее руководство по проектированию HMI было разработано инженерами промышленной автоматизации с более чем 20-летним опытом проектирования интерфейсов операторов для химической обработки, производства, очистки воды и производства электроэнергии.

Ошибки дизайна HMI, которых следует избегать

Когда HMI не находится в оптимальном состоянии, это может стать скорее препятствием, чем решением, причем одной из наиболее распространенных проблем HMI является то, что экраны настолько загромождены цветом и деталями, что оператору трудно быстро оценить ситуацию.

Другие распространенные ошибки включают в себя:

Измерение эффективности HMI

Организации должны установить показатели для оценки эффективности ИМТ и выявления возможностей для улучшения. Ключевые показатели эффективности могут включать время отклика оператора на сигналы тревоги, частоту ошибок оператора, время, необходимое для выполнения общих задач, оценки удовлетворенности оператора и показатели инцидентов, связанных с вопросами юзабилити ИМТ.

Приняв эти стандарты, команды могут уменьшить ошибки операторов и повысить ситуационную осведомленность. Количественная оценка этих улучшений помогает оправдать инвестиции в модернизацию HMI и демонстрирует ценность бизнеса в соответствии со стандартами проектирования.

Будущие тенденции в дизайне HMI

Область проектирования HMI продолжает развиваться с появлением новых технологий и меняющимися ожиданиями операторов. Искусственный интеллект и машинное обучение начинают обеспечивать предиктивную аналитику и интеллектуальную фильтрацию сигнализации. Дополненная реальность предлагает новые возможности для наложения цифровой информации на физическое оборудование. Голосовое управление и интерфейсы на основе жестов могут дополнять традиционные методы ввода в соответствующих приложениях.

Изучая проблемы юзабилити, технологические достижения и интеграцию быстро развивающихся технологий, таких как ИИ (искусственный интеллект), дополненная реальность и управление на основе жестов, это исследование подчеркивает, насколько эффективные ИМТ минимизируют когнитивную нагрузку при сохранении функциональности.

SPS 2025 подтвердила, что отличный дизайн приборной панели является универсальным и нюансированным, а панели приборов теперь являются базовым ожиданием, но реальная проблема заключается в том, чтобы сделать их интуитивно понятными, сплоченными и действительно полезными.

Практические стратегии реализации

Стандарт ISA-101 обеспечивает формальную основу для проектирования HMI, но вам не нужно внедрять полный документ философии HMI, чтобы сделать значимые улучшения, с практическими рекомендациями, взятыми из десятилетий создания и ввода в эксплуатацию оборудования автоматизации в различных отраслях промышленности.

Начнем с существующих систем

Организации с устаревшими системами HMI могут внедрять улучшения постепенно, а не требовать полного редизайна. Сначала сосредоточьтесь на наиболее критических дисплеях и улучшениях с наибольшей отдачей. Стандартизируйте использование цвета, улучшите представление сигнализации и улучшите навигацию, прежде чем решать комплексные редизайны.

Построение новых систем

Для новых проектов HMI инвестируйте время в разработку всеобъемлющих документов по философии и стилям. Создавайте многоразовые шаблоны и библиотеки компонентов. Вовлекайте операторов на ранней стадии процесса проектирования и проводите итерационное тестирование на протяжении всей разработки.

Это может помочь вам в реализации ISA 101.01 в вашем приложении, предоставляя рекомендации по многоразовому использованию, которые следуют стандартам в качестве отправной точки для вашего собственного руководства по стилю HMI, которое может быть дополнительно упрощено путем использования многоразовых библиотек в качестве инструментария для реализации HMI.

Расчеты затрат и ROI

Инвестиции в надлежащую конструкцию HMI скромны по сравнению со стоимостью системы автоматизации, которую она контролирует, но влияние на повседневную работу непропорционально велико, а оператор, который доверяет интерфейсу и может быстро найти информацию, является оператором, который поддерживает работу производства.

Даже сегодня, с новыми инструментами и подходами, предлагаемыми для HMI, многие конечные пользователи потратят до 10 000 долларов США или более на разработку каждой страницы графики HMI для своих технологических операций. Однако эти инвестиции приносят дивиденды за счет сокращения простоев, более быстрого решения проблем, меньшего количества ошибок оператора и улучшения результатов безопасности.

Ресурсы для дальнейшего обучения

Профессионалы, стремящиеся углубить свой опыт проектирования HMI, имеют множество доступных ресурсов. Сам стандарт ISA-101 обеспечивает всестороннее руководство, в то время как технические отчеты расширяются по конкретным темам. Промышленные конференции предлагают возможности увидеть реальные реализации и учиться у опытных практиков.

Такие книги, как «Справочник по высокопроизводительному HMI», предоставляют практические рекомендации, основанные на опыте работы на местах. Онлайн-сообщества и профессиональные организации облегчают обмен знаниями между дизайнерами HMI и профессионалами в области автоматизации. Многие поставщики автоматизации предлагают учебные программы, характерные для их платформ.

Для получения дополнительной информации о стандартах промышленной автоматизации и передовой практике посетите веб-сайт Международного общества автоматизации . Дополнительные ресурсы по проектированию человеческих факторов можно найти через Человеческие факторы и Общество эргономики .

Заключение

Эффективный дизайн HMI представляет собой гораздо больше, чем создание привлекательной графики или внедрение новейших технологий. Он требует систематического подхода, основанного на инженерии человеческих факторов, отраслевых стандартах и практическом опыте эксплуатации. ISA-101 - это больше, чем просто руководство по использованию графики в серых масштабах - это комплексный подход к дизайну HMI, который повышает эффективность и безопасность оператора, с пониманием и внедрением организации HMI на уровне, предписанной ISA-101, что позволяет технологическим отраслям значительно улучшить их оперативную ясность и эффективность реагирования.

Проектирование HMI играет решающую роль в определении способности оператора эффективно управлять системами промышленного объекта, особенно при обнаружении и разрешении ненормальной ситуации, с принятием стандартов проектирования, таких как разработанные группами, такими как ANSI и ISA, что позволяет организациям добавлять ценный контекст к данным таким образом, чтобы он был последовательным, четким и масштабируемым.

Следуя установленным принципам, привлекая конечных пользователей на протяжении всего процесса проектирования, внедряя надлежащее управление жизненным циклом и обязуясь постоянно совершенствоваться, организации могут создавать системы HMI, которые действительно позволяют операторам безопасно и эффективно контролировать сложные системы автоматизации. Инвестиции в правильный дизайн HMI обеспечивают измеримую отдачу за счет повышения безопасности, снижения ошибок, более быстрого времени отклика и повышения производительности работы.

По мере того, как системы автоматизации продолжают расти в сложности и возможностях, важность эффективных интерфейсов человека и машины будет только возрастать. Организации, которые отдают приоритет превосходному дизайну HMI, позиционируют себя для операционного успеха во все более конкурентном и требовательном промышленном ландшафте.