I proprietari di fabbriche si trovano spesso nella situazione di dover valutare se realizzare o acquistare un’HMI.
Esistono HMI (dall’inglese "Human-Machine Interface”, ovvero interfacce uomo-macchina) di vari formati e diversa complessità che complicano ulteriormente la decisione di acquisto o di realizzazione autonoma. Un’HMI può essere una semplice serie di pulsanti di comando su una macchina, un software di interfaccia, un terminale di visualizzazione o un touchscreen avanzato in grado di archiviare i dati e trasmetterli in remoto in tempo reale.
Una strada che alcuni produttori intraprendono – se decidono effettivamente di implementare in proprio la loro soluzione HMI – è quella di sviluppare il software HMI. Esistono programmi software che consentono di sviluppare software HMI e sono anche dotati di modelli per funzionalità di fabbrica standard come il monitoraggio di una valvola o di una pompa. Tuttavia, con l'aumento della complessità di alcuni processi di produzione, questa non è sempre un’opzione attuabile.
Naturalmente rimarrà sempre da svolgere l’attività meno attraente di sviluppo dell’hardware. Considerando che questo nuovo prodotto verrà nella maggior parte dei casi utilizzato per più di 5 anni, in modo continuo, la progettazione e lo sviluppo dell’hardware non è un processo banale, ma richiede molti anni di esperienza pratica. Come disse Steve Jobs una volta in merito alla progettazione dell’hardware: “ci sono solo alcune cose che le leggi della fisica impediscono”.
In questo articolo esamineremo alcuni dei fattori principali da considerare per decidere se realizzare o acquistare soluzioni per lo sviluppo di HMI. Questo elenco non è da intendersi in ordine di importanza.
Il primo passo per decidere se realizzare o acquistare l’HMI consiste nell'analizzare i processi di fabbrica, le linee di montaggio e le operazioni che l’HMI dovrà monitorare o controllare.
Ad esempio in un tipico impianto per la lavorazione del latte è prevista la pastorizzazione, un processo con cui il latte viene riscaldato e raffreddato per rimuovere gli agenti patogeni.
La fase di trattamento successiva è generalmente l’omogeneizzazione, dove il latte viene immesso in un atomizzatore per assicurare una distribuzione uniforme delle particelle di grasso in esso contenute. Il latte viene quindi sottoposto ad altri processi come la riduzione del contenuto di grassi mediante microfiltrazione o l’incremento della durata di conservazione con un trattamento ad altissima temperatura.
L’intero processo è automatizzato e ogni fase di trattamento potrebbe, a seconda dell’impianto, prevedere un HMI connesso a un PLC (“programmable logic controller” ovvero “controllore a logica programmabile”) per il monitoraggio e per assicurare che il latte soddisfi gli standard di qualità.
In queste circostanze, poiché l’automazione negli impianti di lavorazione del latte è piuttosto sofisticata ma ben documentata e compresa, sarebbe più conveniente per il proprietario della fabbrica investire nell'acquisto dell’HMI, come parte di un sistema SCADA (dall’inglese “supervisory control and data acquisition”, cioè “controllo di supervisione e acquisizione dati”).
In alternativa, se lo stabilimento produce il proprio marchio di latte e lo sottopone a un processo specializzato per aggiungervi determinate quantità di proteine e calcio, potrebbe integrare la propria HMI in questa fase specifica.
Di conseguenza è opportuno che il proprietario della fabbrica valuti nei minimi dettagli i processi esistenti, così come, ad esempio, le apparecchiature a cui l’HMI deve essere collegata ed esigenze specifiche, poiché queste informazioni possono essere utilizzate a scopo decisionale.
Utilizzando un HMI i produttori possono esaminare i diversi parametri associati ad una macchina. I parametri standard che un HMI associato ad una macchina specifica normalmente misura sono variabili come temperatura, dati in uscita, conteggi macchina e pressione.
Inoltre la tipica HMI utilizzata in impianti di trattamento delle acque, ad esempio, può visualizzare le valvole ancora aperte o le pompe ancora in funzione. Tutti questi sono parametri standard molto semplici e il proprietario di una fabbrica potrebbe facilmente implementare una soluzione HMI interna per questi tipi di misurazioni sui macchinari meno complessi.
Molte fabbriche hanno macchinari e parametri più complessi da misurare. Ad esempio i macchinari impiegati nell'assemblaggio di autoveicoli separano i componenti in base alla geometria e altre caratteristiche, per cui sarebbe opportuno acquistare un’HMI più sofisticata.
Un tecnico di automazione potrebbe creare ad esempio una semplice HMI per la visualizzazione del livello di acqua in un determinato serbatoio di un impianto di stoccaggio dell'acqua. Questa sarebbe un’applicazione software HMI piuttosto semplice da sviluppare e codificare.
Tuttavia molti processi di produzione sono costituiti da diversi stadi e fasi che potrebbero essere di carattere meccanico o chimico. Pertanto se l’HMI deve monitorare e trasmettere dati su diversi stadi, gli algoritmi necessari sono più complessi. Ad esempio, la produzione di pellet di biomassa prevede filtrazione, essiccazione per rimuovere il contenuto di umidità e aggiunta di leganti o lubrificanti, per cui l’HMI adatta a controllare questo processo dovrebbe essere più avanzata.
È importante ricordare che la complessità dell’HMI è direttamente correlata al processo che deve monitorare e controllare. Questo è un fattore importante da considerare nella decisione di realizzare autonomamente o acquistare l’HMI.
Nella decisione di realizzare in proprio o acquistare l’HMI occorre tener conto del tempo necessario per l’intero ciclo di sviluppo dell’HMI, se progettata internamente. Teoricamente l’HMI deve essere di facile uso e intuitiva per il personale della fabbrica. Occorre avere tempo per uno sviluppo, una prova e un’integrazione completa nell’architettura e nelle piattaforme esistenti della fabbrica.
Ciò significa che potrebbe essere necessario prevedere una quantità di tempo considerevole per organizzare adeguatamente questo ciclo, il che potrebbe influire sul risultato economico finale dell’azienda.
Spesso in questi progetti interni viene dedicata più attenzione alla fase di sviluppo che a quella di implementazione. In questo caso affidare esternamente alcuni requisiti tecnici consente di disporre di più tempo e risorse per assicurare un’implementazione adeguata.
Un altro fattore che influisce sulla decisione di realizzare in proprio o acquistare un HMI è il mercato, insieme alle pressioni del tutto particolari che impone sulla fabbrica.
I produttori spesso devono sviluppare prodotti e aggiornare i macchinari esistenti per stare al passo con la concorrenza e implementare linee di produzione sofisticate. Se l’HMI viene sviluppato internamente, questa dovrà anche essere aggiornata per affrontare tali sfide, un compito che potrebbe non essere possibile simultaneamente.
Quando si considera la possibilità di sviluppare l’HMI internamente è importante valutare se questo sarà compatibile con l’evoluzione dei nuovi macchinari.
Questa combinazione di assistenza tecnica esterna con la forza lavoro interna esistente può portare a un’introduzione sul mercato molto rapida. Di certo a livello embedded, questa configurazione del progetto può essere molto efficace.
Per quanto riguarda una semplice applicazione software HMI di monitoraggio dei livelli di un serbatoio, ad esempio, la spesa sarebbe relativamente esigua. Qualora il proprietario di una fabbrica richiedesse un HMI in grado di fornire informazioni sui dati storici su più macchine, dati in tempo reale, tracciamento e controllo remoto, il budget aumenterebbe significativamente.
Pertanto la fabbrica dovrebbe assicurarsi di disporre delle necessarie risorse economiche se intende intraprendere lo sviluppo di un’HMI embedded più complessa.
L’ultimo aspetto da valutare è l’obiettivo finale. Per un semplice prototipo di HMI principalmente a scopi dimostrativi, il produttore potrebbe considerare di progettare il proprio HMI se dispone delle competenze interne. Se il produttore richiede invece un HMI controllato, funzionante e completamente configurato che sia interoperabile, possa collegarsi a più macchine ed essere facilmente aggiornato, dovrebbe prendere in seria considerazione la decisione di acquisto.
La scelta di realizzare o acquistare un HMI dipende da una serie di fattori. Per i produttori che devono controllare processi molto complessi è consigliabile acquistare un HMI. Tuttavia nulla impedisce loro di implementare la propria soluzione, a condizione che siano consapevoli di tutti i vantaggi e gli svantaggi che questa scelta comporta.