Blog

Cos’è un’interfaccia uomo-macchina (HMI - Human-Machine Interface)?

Cos’è un’interfaccia uomo-macchina (HMI - Human-Machine Interface)?

Machine Manufacturer, Component Manufacturer, Industrial Edge Computing, Factory owner

Cos’è un’interfaccia uomo-macchina (HMI - Human-Machine Interface)?

7 feb, 2019

Per interfaccia uomo-macchina (HMI) si intende la funzione o il componente di un determinato dispositivo o di un’applicazione software che consente all’uomo di operare e interagire con le macchine. Alcune interfacce uomo-macchina che incontriamo normalmente nella nostra vita quotidiana sono ad esempio i touchscreen e le tastiere.

Le HMI utilizzate in ambito industriale sono per lo più schermi o touchscreen che collegano gli utenti a macchine, sistemi o dispositivi. In fabbrica, gli operatori utilizzano HMI per controllare e automatizzare i macchinari e le loro linee di produzione. Le HMI possono essere semplici display di schermi installati su macchine in fabbrica, touchscreen avanzati, pannelli di controllo con funzionalità multi-touch, pulsanti, computer con tastiere, dispositivi mobili o un tablet.

L’evoluzione delle interfacce uomo-macchina.

 

Evoluzione delle Interfacce Uomo-Macchina HMI

Interazione con le macchine tramite batch processing

Negli anni ‘50, il batch processing era la principale modalità di interazione con le macchine, per quanto riguarda l’immissione di dati.

Il batch processing richiedeva che l’utente specificasse tutti i dettagli e le sequenze di un’operazione, di norma utilizzando una scheda perforata che veniva inserita nella macchina. Quest’ultima analizzava la scheda perforata e forniva i risultati. Il batch processing non era una modalità di interazione uomo-macchina efficiente poiché questa tecnica comportava un’elevata probabilità di errore.

Interazione con le macchine tramite interfacce testuali (a riga di comando)

 Al batch processing è seguito lo sviluppo di interfacce testuali (a riga di comando). L'elaborazione con riga di comando è un modo di comunicazione più interattivo in cui l’utente può impartire comandi diretti alla macchina, immettendo righe consecutive di testo e utilizzando un programma che le accetta. Questa è stata la modalità di interazione con le macchine principalmente utilizzata negli anni ‘60.

Interazione con le macchine tramite interfacce grafiche

 La fase successiva della comunicazione fra uomo e macchina è stata caratterizzata dalle interfacce utente grafiche (GUI - Graphical User Interface). Queste interfacce consentono agli utenti finali di interagire con le macchine utilizzando numerosi elementi grafici come finestre, pulsanti e icone. Questo modello è definito WIMP (dall’inglese “window, icon, menus, pointer”, cioè “finestra, icona, menu, puntatore”). Per l’interazione venivano infatti utilizzati dispositivi come tastiere e mouse.

La fase post-WIMP

 Il maggior uso di computer e tecnologia nella società moderna ha imposto l’esigenza di livelli di interazione uomo-macchina più sofisticati, portando allo sviluppo dei touchscreen e di interfacce utente “sensibili al tocco” che consentono all’utente di interagire con oggetti virtuali utilizzando una manopola fisica.

 

Quale HMI è adatto a te

 

Pannelli operatore HMI e industria manifatturiera

Il ruolo delle interfacce uomo-macchina nei sistemi SCADA

La maggior parte dei sistemi SCADA (dall’inglese “Supervisory Control and Data Acquisition”, cioè “controllo di supervisione e acquisizione dati”) si basa su componenti HMI integrati per funzionare in modo efficiente. SCADA è il principale sistema di controllo generale di una fabbrica o un impianto e ha il compito di regolare l’esecuzione di tutte le operazioni complesse.

Normalmente, per essere integrata in una linea di produzione un’HMI doveva venire collegato a un controller a logica programmabile (PLC) dal quale riceveva i dati per poi visualizzarli e trasmettere al PLC i comandi dell’utente. Questi display grafici tendevano ad essere molto semplici.

L’HMI di base consente all’operatore o al responsabile dell’impianto di controllare parametri tipici come la temperatura della/e macchina/e, i conteggi di produzione, lo stato della/e macchina/e e i conteggi di materiale.

 

Un esempio pratico di HMI e SCADA

Un tipico caso di utilizzo di un’HMI è quello di molti impianti di trattamento delle acque e dei reflui che si trovano spesso ad affrontare situazioni complesse dal momento che la depurazione prevede numerose fasi come vagliatura, pompaggio e rimozione dei vari microrganismi nocivi e dei residui. Ogni fase del trattamento può inoltre avvenire a chilometri di distanza e questo complica il monitoraggio delle apparecchiature e dei processi.

Lo schermo dell’HMI integrato nel sistema SCADA viene normalmente collegato al PLC e l’operatore può così monitorare a distanza il livello dell’acqua, il pH, la pompa dell'acqua, il livello di solidi disciolti o la presenza di determinate sostanze chimiche.

Utilizzando l’interfaccia uomo-macchina è possibile attivare o disattivare la pompa dell'acqua in base al livello del serbatoio. Inoltre, l’HMI visualizza solitamente dei messaggi di allarme se il pH è inferiore a un certo livello che può essere regolato utilizzando il display del touchscreen. In questo modo l’HMI consente all’operatore di monitorare e controllare i processi e le fasi del trattamento delle acque.

Molte HMI industriali moderne in fase di sviluppo per la fabbrica “smart” sono ricche di funzioni multimediali che consentono all’utente di ricevere avvisi integrati in merito allo stato delle macchine tramite SMS, avvisi tramite e-mail e anche di guardare video integrati dei processi che si svolgono in fabbrica. HMI più sofisticate consentono il controllo remoto di più macchine e operazioni in più siti, come pure l’analisi delle attività della fabbrica. Le HMI possono anche visualizzare dashboard con KPI relativi alla produzione e all’impianto.

Il ruolo dell’HMI è pertanto in rapida evoluzione parallelamente all’integrazione costante di nuove tecnologie.

 

I principali vantaggi di investire in un’HMI avanzata per una fabbrica

 Attualmente esistono sul mercato molte HMI di livello avanzato che consentono il monitoraggio e il controllo dei macchinari della fabbrica. Il vantaggio principale di un’interfaccia uomo-macchina di livello avanzato con più capacità come quella di monitorare le macchine a distanza e visualizzare dashboard con KPI, consiste nella semplificazione dei processi e delle operazioni della fabbrica.

L’altro vantaggio fondamentale è la possibilità di avere ad immediata disposizione i dati chiave in tempo reale. Queste caratteristiche delle attuali HMI di livello avanzato contribuiscono in misura notevole alla riduzione della complessità dell’ambiente di produzione.

Inoltre, l’interfaccia uomo-macchina consente ai proprietari degli impianti di rispondere rapidamente ai cambiamenti o alle difficoltà, migliorando di conseguenza l'efficienza grazie ai minori tempi di fermo. Ciò consente di disporre di sistemi intelligenti che riducono i costi e gli sprechi, migliorando in ultima analisi i processi e la redditività.

In futuro le HMI a livello macchina o periferico diventeranno sempre più potenti e avranno l’opportunità di eseguire calcoli in tempo reale.

 

Scegli il tuo dispositivo edge >

 

Realizzare o acquistare un’HMI?

I proprietari di fabbriche si trovano spesso nella situazione di dover valutare se realizzare o acquistare un’HMI. Si tratta di una questione molto vasta e la soluzione non è semplice dal momento che ci sono molte variabili da considerare. Alcune domande da porsi sono:

  • Quali sono i processi e le operazioni che l’HMI deve controllare nella fabbrica?
  • Quali macchine e parametri devono essere monitorati nella fabbrica?
  • Quale grado di complessità deve avere l’HMI?
  • L’azienda possiede esperti e know-how interni?
  • Il proprietario della fabbrica ha il tempo per progettare, sviluppare e testare l’HMI?
  • Qual è il budget disponibile?
  • Quali sono gli obiettivi finali; un semplice prototipo per un progetto di ricerca o un’HMI controllata, funzionante e completamente configurata?

In ultima analisi, a meno che il proprietario della fabbrica o il costruttore non abbia esperienza nella progettazione, nello sviluppo e nella costruzione di HMI, è più opportuno acquistarla. In questo modo è possibile risparmiare tempo e disporre di una soluzione già testata. Prima di intraprendere la progettazione della propria HMI il costruttore o il proprietario della fabbrica dovrebbe comunque svolgere ricerche e rivolgersi a un consulente o a un esperto.

 

Il futuro dell’interazione uomo-macchina

Attualmente esistono numerose previsioni in merito alla futura evoluzione dell’interazione uomo-macchina. Tecnologie come il cloud computing, il cognitive computing e l’Internet of Things (IoT) avranno tutte presumibilmente un ruolo nello sviluppo di questo nuovo livello di interazione.

Prevedere quale prevarrà è difficile. Tuttavia è indubbio che il prossimo livello di comunicazione fra uomo e macchina promuoverà la produttività in diversi settori.

Considerando i requisiti di Industry 4.0, le HMI industriali saranno anche caratterizzate da un’ulteriore integrazione di tecnologie nuove ed emergenti che stanno avendo un impatto sulle HMI in generale.

 

Approfondisci i seguenti argomenti:
Machine Manufacturer - Component Manufacturer - Industrial Edge Computing - Factory owner