HMI, SCADA迁移:如何知道保留或重新设计什么

人机界面(HMI)自20世纪80年代出现以来已经取得了长足的进步，因为计算机在制造业中越来越普遍，今天优化的工厂应该得到优化的HMI设计。

hmi的开发使得人类可以与上世纪70年代引入的可编程逻辑控制器(plc)进行交互，以取代硬连线继电器逻辑。在许多方面，plc和hmi通过提供更大的灵活性、更强的控制和更深入的了解，彻底改变了制造业。

快进，不仅技术进步了，而且用户也学会了如何更有效地与它交互。遵循“越多越好”的方法，hmi被信息和警报淹没了，这些信息显示了每一条可用的信息，而且数量很多。我们不再满足于知道变频驱动器(VFD)出现故障，而是有机会通知用户，在300多个可用的VFD故障中，是哪个故障导致了问题。

这些都是很好的信息，但它很快就变得势不可当，并导致了诸如警报管理和态势感知概念等倡议，以更有效地为人类消费呈现信息。在正确的时间向正确的人提供正确的信息的概念是这些更现代的人际互动的基础。

大多数hmi仍然在平板显示器或显示器上运行，但我们已经开始看到下一代hmi将会是什么样子。增强现实(AR)和智能眼镜已经开始作为操作界面出现在工厂车间，并已被证明是成功的，主要是在维护和部件组装方面。随着这些技术的发展，并与人工智能(AI)和平视显示器融合在一起，很容易看出，在不久的将来，我们将不再需要显示器和显示器。

升级旧HMIs

尽管未来的人机界面将与当前的显示器和显示器不同，但我们仍然需要利用现有的设计和技术，抓住短期机会，使人机界面更加用户友好。操作员与HMI有效交互的能力直接影响他或她所控制的制造系统的生产力。

有很多过时的HMI系统运行在制造业务中，其中许多已经有几十年的历史了。在很多情况下，他们的做法是:“这行得通。我们已经学会了使用它，所以不要碰它。”

硬件和软件过时以及网络安全问题通常是启动HMI升级的诱因，并利用新技术带来额外好处。没有人想用翻盖手机智能手机可用。

升级遗留的hmi: 2个关键概念

升级遗留hmi存在两个关键概念:

1. 保持设计不变，但将其转移到更新的硬件和软件上。
2. 重新设计HMI以解决已知问题，并利用更好的设计和最新技术。

每一种观点都有各自的论点。用翻盖手机和智能手机作对比，我们可以很容易地发现，前者的方法留下了未开发的机会。还应该指出的是，大多数制造商现在的环境和员工与最初部署这些hmi时不同。最新一代的员工伴随着移动设备、基于应用程序的解决方案方法(“有一个应用程序”)以及无处不在的互联网接入来快速找到解决方案。今天的制造环境需要更精简的劳动力，更高的机器和系统效率，更大的灵活性，以及更高的生产力和质量目标，这就需要更高的HMI性能来支持这些需求。

六种HMI当前设计和最佳实践

利用最新技术的hmi现在能够支持更高级的功能，通常作为监控和数据采集(SCADA)系统甚至制造智能(MI)解决方案的一部分交付。现代hmi可以支持和利用以下设计和功能:

1. 流动性:现在通过智能手机和平板电脑更容易地访问，而不需要重新设计屏幕。在正确的时间向正确的人提供正确的信息，并支持精益员工。更广泛的访问还可以扩大可以参与系统维护的受众。不在现场的专家可以提供来自远方的丰富经验。这次大流行显示了远程在场的力量。
2. 记分牌:在关键操作站上添加大型平板显示器，可以让操作人员非常快速地看到需要解决的问题，而不必走到人机界面，试图找到描述问题的屏幕。
3. 无纸:表单、电子表格和其他手动数据跟踪机制现在可以更容易地得到数字支持。真的没有理由在工厂的地板上还放着纸。
4. 控制房间:随着劳动力的精简，每个操作员都需要支持更多的自动化设备，控制室等概念允许操作员一次更有效地监控多个系统。分布式控制室的概念体现了两个世界的优点:提供许多系统的概览，并灵活地将概览掌握在不断移动的工作人员手中。
5. 态势感知:这种HMI设计理念允许操作员使用定义的颜色编码在灰度背景上突出显示需要注意的项目，以突出显示可操作的信息。这一理念是将数据转化为可操作信息的基本范式转变。更强调的是“我应该在哪里”而不是“这就是我在哪里”。
6. 报警管理:对任何偏离可接受范围的事物发出警报，已经使操作员不堪重负，以至于他们忽略了警报。开发优先级以区分可操作警报和信息警报应该是任何HMI重新设计的一部分。

人机交互设计标准化

HMI标准化是有效利用现代设计的核心概念。标准化涉及图形标准、命名约定和应用程序设计概念——一致的外观和感觉，以提高工厂的效率。这是应用易于识别的视觉效果来提高使用点的生产力的最佳实践。随着标准在企业规模上的应用，整体效益将成倍增长。

在系统和机器级别，标准化提供了一致性，以提高用户对事物如何运行的期望的信心。例如，每次使用带用户返回主菜单的按钮时，都应该将其放置在相同的位置。如果不同屏幕的位置不同，混乱和效率低下就会盛行。此外，如果用于很少访问设备的控件与用于频繁访问设备的控件的工作方式相同，那么用户将有一个如何与它们交互的基础。

在站点级别，在制造系统之间移动的用户了解控件如何工作，而不管分配如何。制造系统之间的一致控制使操作人员能够更无缝地高效地在多个系统上工作，从而使操作人员受益。此外，维护得益于跨系统的一致故障排除能力。例如，生产线a上的电机故障报告和重置的方式与生产线b上的完全相同。一致的HMI系统减少了新老操作员的培训工作。

HMI标准化的最大效益是在企业层面实现的。在站点之间切换的用户知道如何更有效地操作和排除故障。培训和文档记录变得更加有效。从开发的角度来看，具有经过验证的最佳实践的操作可以在整个企业中利用解决方案。

例如，工厂A可能在工艺上有更多的经验，而工厂B在包装上有更多的经验。工厂A可以利用两个站点的工艺解决方案，而工厂B则利用包装解决方案。标准化使两家工厂能够共享解决方案，并在多个站点之间实现能力最大化。其结果是为员工提供了一个无缝的工作流程，以实现最高水平的绩效。

三个标准化的HMI好处

标准化的HMI还促进了关于更改或更新的快速和简单的培训，新员工的培训在整个员工队伍中是一致的。标准化HMI的三个最重要的好处是:

1. 提高生产率:HMI系统的易用性和功能性将提高整体设备效率和劳动力生产率。更新的控制系统使启动、停止、故障排除和在生产中进行更改变得更容易。
2. 易于理解的技术:除了提高操作员的工作效率外，其他任务也得到了改善。简化了培训、故障排除和线路变更。一个训练有素的生产线操作员可以在任何时候走到人机界面前，很容易了解在特定的生产阶段发生了什么。应用编程标准使用户可以通过HMI更深入地挖掘控件，以接收有关情况的更多信息。
3. 成本效率:HMI标准化的投资回报是通过减少设备问题解决和更改的停机时间，提高操作员、维护人员和工程人员的生产力，从而为运营带来效率，从而迅速重新获得投资回报。

重要的是要专注于一个高效的HMI设计，功能良好，外观良好。华丽的动画和软件在HMI演示中可能看起来令人印象深刻，但它们对HMI的有效性没有贡献。事实上，它们减慢了操作员对设备和信息的导航速度。将数据转化为可操作的信息是HMI的最佳实践。

新一代人机界面

今天可用的新软件和硬件技术为下一代人机界面提供信息，而不仅仅是数据提供了机会。它为用户提供了大量数据，但挑战在于在使用点提取可操作的信息。

HMI的灵活性可以将信息传递给工厂车间的任何位置的操作员，工厂车间的大型平板显示器或计分板将信息传递给需要的用户。通过浏览，用户可以了解生产线的运行情况，显示故障、警告、质量问题以及已建立的关键性能指标(kpi)和生产目标的性能。这些实时信息使作业者能够做出适当的决策和调整，以达到或超过目标。

其他交互界面设备，如智能手机和平板电脑，连接到相同的定制和标准化的可操作信息视图，交付给那些需要它的人，无论他们在企业的任何地方需要它。智能手机提供了一个了解kpi、关键故障和质量问题的窗口，允许为整体运营卓越做出更高层次的决策。浏览原文及相关内容控制工程．”标准化控制室人机界面

平板电脑为诊断和故障排除提供移动无线HMI。使用平板电脑作为故障排除工具可以将HMI放在技术人员需要它的地方，通常是在工厂车间，并且总是在移动中。

改进工作流程的四种方法

工作流软件为HMI提供了一个逻辑扩展。HMI提供了一个“这里正在发生什么”、“这里发生什么”的视图。共享工作流提供了关于告警或质量问题的根本原因的位置的信息，以及纠正它的行动。在下一代hmi中添加标准化的工作流程将操作效率提升到一个新的水平。

工作流可以以几种不同的方式应用:

1. 标准操作程序:精简工作流程，并就如何完成工作发出一致的信息
2. 转换和机器设置:跟踪关键的计划停机事件，并提供反馈，以提高非生产时的效率
3. 在线参考和文档:在适当的时间和地点提供有关的参考资料;补充培训快速参考，单点课程，和互动教程
4. 错误修正为机器停机、质量问题和性能偏差提供故障排除程序。

从工作流程中收集的数据提供了一个电子记录，说明何时发生了什么，以确保程序得到了遵守。这有助于闭合持续改进计划的循环。

在智能人机界面的支持下，操作员和技术人员可以在设备中无缝移动，保持最高水平的生产。工作流通过提供对标准程序、故障排除指南和有价值的参考材料的实时和相关的访问来增强培训。关键故障和质量问题的自动升级可确保在正确的时间通知正确的人员以采取正确的行动。

下一代HMI创造了一种环境，在这种环境中，操作员和技术人员可以随着制造的速度移动，并展望未来，做出影响业务底线的决策。

克里斯·帕金森智能制造系统架构师在哪里Polytron公司．由Chris Vavra编辑，web内容经理，控制工程，CFE媒体和技术，cvavra@cfemedia.com．

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关键词:人机界面，人机界面，监控与数据采集，SCADA

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