Il tuo prossimo HMI, non è un HMI

"È magia ingegneristica
Comunica da edge a cloud attraverso 200 protocolli
Ha il potere di gestire analisi in tempo reale
Si può utilizzare con o senza display, con i guanti in ambienti difficili o sterilizzati
Prestazioni più veloci di quanto si possa pronunciare HMI
Definisce la correlazione positiva tra estetica e usabilità
In sintesi, è il tuo nuovo gateway verso la digitalizzazione"

Questo articolo discuterà:

• L'evoluzione degli HMI e perché questa evoluzione è necessaria
• Il ruolo che l'edge computing svolge nel far progredire lo sviluppo degli odierni HMI
• Come saranno utilizzati i futuri HMI in fabbrica e i vantaggi che offrono

Le prime interfacce uomo-macchina (HMI) sono state progettate per aiutare gli esseri umani a controllare le macchine attraverso pulsanti semplici come l'interruttore di accensione e spegnimento. Con l'introduzione dell'edge computing, del cloud computing e dei sistemi automatizzati nelle strutture industriali, è nata l'esigenza di interfacce adattive in grado di comunicare e controllare in fabbrica le comunicazioni uomo-macchina in modo più avanzato. Poiché Industrie 4.0 e i sistemi automatizzati continuano a diventare sempre più complessi, il rapporto tra uomo e macchina richiede soluzioni dinamiche per facilitare la collaborazione e le attività interattive.

La necessità di interfacce uomo-macchina dinamiche

Negli anni '80, le interfacce uomo-macchina sono state progettate per aiutare gli operatori a passare dal controllo diretto delle macchine ad un ruolo di supervisione sulle attrezzature in fabbrica. Questo cambiamento è avvenuto grazie ai progressi della tecnologia delle apparecchiature e per la necessità di ottimizzare i processi industriali attraverso l'automazione.

Nel 2011 è stato introdotto Industrie 4.0, che ha definito i sistemi cyber-fisici interconnessi. L'innovazione dirompente introdotta con l'interconnessione delle apparecchiature ha portato alla raccolta di dati tra più macchine e dispositivi in fabbrica, basata su un sistema di elaborazione centralizzato. Il sistema informatico centralizzato ha fornito una capacità sufficiente per l'archiviazione dei dati delle macchine e la gestione delle risorse di calcolo per l'analisi dei dati.

L'introduzione del concetto di sistema cyber-fisico interconnesso ha determinato la fine dell'era in cui gli esseri umani leggevano i dati di macchine semplici da apparecchiature stand-alone, utilizzando gli HMI. Quel periodo è stato sostituito da una nuova era in cui ci si aspetta che gli esseri umani comunichino sia con le apparecchiature stand-alone che con le apparecchiature interconnesse all'interno di un sistema. Quindi, le interfacce uomo-macchina devono essere in grado di fornire i dati raccolti da un sistema interconnesso utilizzando formati comprensibili agli esseri umani.

La necessità di interoperabilità, in base alla quale le informazioni utilizzabili possono essere trasferite da e verso le apparecchiature, richiede il supporto degli HMI con capacità di gestire le funzioni di calcolo. Esempi includono l'aggregazione di dati di produzione con la loro elaborazione mentre viene svolto un servizio di trasferimento dati con singole apparecchiature appartenenti alla rete interconnessa.

Pensiamo che l'HMI del futuro sia un dispositivo di edge computing con la capacità di elaborare i dati a livello di edge mentre presenta i dati complessi della macchina in un linguaggio comprensibile agli esseri umani. L'hardware HMI deve anche essere in grado di funzionare in modo ottimale in ambienti industriali difficili come l'industria manifatturiera. Le molteplici funzioni che ci si aspetta dalla prossima generazione di HMI porteranno ad un'evoluzione da un ruolo di supervisione sulle singole macchine a soluzioni di monitoraggio remoto, sicurezza e gestione per sistemi cyber-fisici interconnessi.

Edge computing e il vostro prossimo HMI

I sistemi cyber-fisici interconnessi che definiscono Industrie 4.0 sono costituiti anche da dispositivi IoT e edge, la cui inclusione faciliterà il decentramento dei compiti di elaborazione dati rispetto a una posizione centralizzata. La posizione centralizzata in questo caso potrebbe essere il cloud o una piattaforma informatica on-premise computing.

L'elaborazione decentralizzata caratteristica dell'edge, assicura che dispositivi ed apparecchiature in fabbrica possano operare in autonomia, concetto chiave di Industrie 4.0. L'automazione real-time richiesta da Industrie 4.0 viene fornita da elaborazione edge. Un esempio è un robot per movimentazione materiali installato in impianti smart. Questi robot operano come dispositivi edge perché sono dotati di risorse di calcolo sufficienti per prendere decisioni in tempo reale, funzione richiesta dall'operatività di fabbrica.

Nell'esempio sopra riportato, i robot utilizzano solo i dati di cui hanno bisogno per funzionare in modo ottimale, scartando altri set di dati presumibilmente irrilevanti o inviandoli al cloud. Gli HMI di oggi devono seguire i modelli decentralizzati dei dispositivi edge con una funzione aggiuntiva. A differenza del robot, l'HMI si interfaccia anche con gli esseri umani in tempo reale per garantire che l'operatore comprenda le operazioni in corso all'interno di una rete di dispositivi o macchine. Quindi, il modello per il prossimo HMI è un dispositivo edge decentralizzato che trasmette informazioni agli esseri umani per garantire l'usabilità e il controllo su specifici I di utilizzo di Industrie 4.0.

La natura decentralizzata degli HMI informatici sfrutterà anche il cloud computing per gestire compiti più complessi. Gli HMI avranno il potere di giustapporre la comunicazione tra l’edge e il cloud, semplificando le implementazioni di Industrie 4.0 e fornendo analisi dei dati in tempo reale allo stabilimento.

Casi di utilizzo per le interfacce HMI edge computing

Ci si aspetta che l'industria manifatturiera ricavi molti vantaggi dall'edge computing, e questo vale anche per gli HMI dinamici con capacità di calcolo. Si prevede che la prossima generazione di HMI sarà la chiave per l'implementazione dei modelli di business Industrie 4.0.

Alcuni esempi includono:

• Monitoraggio remoto delle macchine per le apparecchiature legacy -La raccolta dei dati delle macchine utilizzando soluzioni cloud industriali è stata resa possibile dalle piattaforme IoT, dalle connessioni wireless e dalle connessioni cablate per le apparecchiature legacy. Tale sviluppo rende possibile il monitoraggio remoto delle macchine per i project manager, gli ingegneri e i supervisori che utilizzano interfacce o dashboard sui computer.
  Gli HMI apportano una nuova prospettiva al monitoraggio remoto delle macchine e all'interoperabilità, poiché le informazioni ottenute dall'analisi dei dati che avviene nel cloud possono essere inviate direttamente agli HMI in tempo reale. Le informazioni ottenute dall'analisi remota dei dati possono poi essere applicate dagli operatori in fabbrica.
• Abilitare l'implementazione di rilasci IIoT su larga scala - La comunicazione wireless ha continuato a rendere possibile la connettività di rete all'interno di strutture industriali, ma esistono ancora dei limiti. Tali limitazioni includono le difficoltà di accesso alle reti wireless in luoghi remoti, gli effetti delle onde elettromagnetiche sulle reti e le limitazioni di portata. Per superare queste limitazioni, si stanno progettando e utilizzando nuove soluzioni tecnologiche come le reti mesh Bluetooth in ambienti industriali.
  Le reti mesh Bluetooh risolvono le sfide associate alla portata, garantendo che ogni dispositivo all'interno di una rete serva da condotto che decentralizza la connettività. Con le reti mesh, i dispositivi non hanno più bisogno di essere vicini a una struttura wireless per funzionare correttamente. Devono semplicemente trovarsi entro 20-30 metri da un altro dispositivo di trasmissione. Gli HMI serviranno come eccellente hardware per integrare i kit Bluetooth necessari per sviluppare reti mesh espansive. Con queste premesse, gli HMI serviranno come dispositivi di edge computing, traduttori uomo-macchina e nodi all'interno di reti mesh.
  
  

Conclusione

I dispositivi edge o HMI sono l'ultima parte del puzzle per consentire la completa implementazione dei vantaggi di Industrie 4.0. Grazie ai progressi della tecnologia, l'HMI non si limiterà a fornire un mezzo per il controllo delle apparecchiature della linea di produzione. Gli HMI saranno durevoli e dinamici, applicabili ai modelli Industrie 4.0, parte integrante di ogni processo di produzione o processo industriale smart.