包装及其他领域的三个有效的HMI设计支柱

人机界面(HMI)建立了机器制造商的品牌，这使得任何升级都需要在最佳用户体验、硬件选择和上游通信之间取得平衡。

通过里克Forsgren 2022年5月31日

拜福自动化公司提供

学习目标

现代人机界面(HMI)应该与现代用户体验(UX)设计相结合。
HMI屏幕和机身应该设计得很坚固，能够承受危险和恶劣环境中的损坏。
现代HMIs应该为制造商提供计算整体设备效率(OEE)所需的上游连接。

任何原始设备制造商(OEM)品牌最重要的方面可能不会进入大多数人的前10名名单。人机界面(HMI)是确保与机器制造商品牌建立积极关系的最关键组件。这种硬件和软件的关键组合是客户对机器的功能和易用性的第一印象。然而，它通常是应用程序中最后考虑的方面，许多公司都在使用同样单调的塑料面板，这些面板和模拟电视一样令人兴奋。

让我们来探讨一下为什么会这样，以及你能做些什么，无论你是为机器制造商、系统集成商还是设备的最终用户工作。为了帮助评估任何HMI更新，考虑三个有效的HMI设计支柱是有帮助的。

图1:作为机器和设备终端用户之间的主要交互点，HMI本质上是机器制造商的品牌。提供优秀的用户体验、坚固的硬件和简单的上游通信是很重要的。拜福自动化公司提供

支柱1:面向用户体验、移动性、安全性和灵活性的软件

关于iPad一代有很多说法。平板电脑和智能手机的兴起在设定用户体验(UX)期望方面发挥了重要作用，甚至在工业环境中也是如此。在过去，机器操作员必须接受广泛的维护培训，并依靠PLC编程知识来更改(或只是理解)神秘的接口，并提供有限的故障排除帮助。随着当今劳动力持续短缺和工厂自动化专业知识的减少，这不是一个选择。尽管有这些残酷的现实，但由于不必要的停机时间，这从来都不是机器操作的好方法。

任何现代的人机界面都应该提供简单、直观的软件导航，需要导航的页面更少，多点触控功能可以更快地找到所有东西。设计、屏幕上的文本和标签应以用户的当地语言创建，并具有易于理解的术语、控制和故障排除措施。标题中不应该有“工程师用语”，HMI应该提供可变参数，让非程序员可以直观地进行更改，而不必靠近PLC来编辑机器代码。

基于web的HMI的发展为机器操作员提供了更多的可能性。这采取了将自己的设备(BYOD)带到工厂的方法。通过使用HTML5和JavaScript等现代web开发标准构建的HMI软件，原始设备制造商可以实现响应式HMI软件，可以根据任何玻璃块自动缩放和重新设置格式——无论是横向或纵向的工业HMI，还是前面提到的智能手机和平板电脑。将机器的HMI带到任何地方的能力为机器的授权操作员传达了一个明确的“哇”因素和顶级的灵活性。

除了可用性之外，更好的HMI还可以帮助用户一致地管理参数更改，确保不会造成任何损害，并且安全协议仍然有效。现代用户体验还增强了诊断功能，为错误代码提供更多上下文，并帮助用户快速排除问题。您甚至可以嵌入指导视频或PDF文档-例如，如何修复垂直表单填充密封(VFFS)机器上的材料馈送问题。机器上易于理解的可操作信息越多，节省的时间和整体设备效率(OEE)就越多。

图2:为了创建最佳的用户体验，TwinCAT HMI支持在控件工程师熟悉的图形编辑器中编程，并提供标准工具来实现级联样式表(CSS)主题，并使用api构建额外的程序。拜福自动化公司提供

支柱2:耐用、美观的硬件

机器上的主要操作界面硬件必须是坚固的。屏幕必须能够适应长期使用和恶劣的环境，在这些环境中，碰撞、刮伤和钝器事故都是可能的。如今的HMI设计采用了全金属外壳，这些外壳要么是由实心铝块打磨而成，要么是由钢铁包裹而成。这确保了显示器比塑料面板更容易受到损坏，塑料面板更脆弱，更容易开裂和断裂。

带有坚固金属外壳的面板也应该加固以适应持续振动和极端温度。对于潮湿、多尘和凌乱的应用，如食品、饮料和制药生产，具有不锈钢外壳和边框的ip65级面板可以被淋湿，并在典型的卫生清洁过程中擦拭干净。

一些机器制造商和集成商可能认为他们的HMI屏幕只能在普通和普通之间选择，但供应商可以提供一系列全面的屏幕尺寸和方向。在提供更美观、更耐用和更可靠的面板的同时，也有供应商提供耐用的HMI硬件，屏幕从5.7英寸起。高达24英寸..宽屏格式已经变得非常流行，但也有可能在多种屏幕尺寸的纵向方向上对面板进行标准化。

然而，一些供应商了解一些机器制造商更喜欢4:3这样的旧格式，并继续提供选项。此外，还可以在几乎所有屏幕尺寸和方向上包含电容式多点触摸功能，以跟上前面讨论的HMI软件中所有令人兴奋的发展。

虽然确保HMI硬件设计用于此时此刻的坚固运行非常重要，但选择能够确保长期可靠性和可用性的供应商，以便硬件能够在现场安装的机械通常较长的生命周期内持续使用。这减少了重新设计的要求，并有助于在几十年内使用相同的硬件进行任何HMI维护、维修或更换。

图3:可伸缩性是HMI软件和硬件的关键，可以在各种尺寸的工业硬化触摸屏和移动设备上使用。拜福自动化公司提供

支柱3:上游通信、OEE、MES、AI、ML

功能不应该停留在工厂车间，甚至不应该停留在远程机器控制级别。现代hmi应该为制造商提供必要的上游连接，以创建真正的商业智能或计算oee，为最终用户增加价值。这包括从上游机器发送信息的能力，以便在监控和数据采集(SCADA)、制造执行软件(MES)或企业级进行评估。它还可以包括使用人工智能(AI)或机器学习(ML)来优化性能、吞吐量或能源效率。

整个自动化平台的功能与人机界面软件同样重要。用户需要询问有关其功能的问题，包括:

系统是否可以通过EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet或现场的其他网络，以及垂直消息队列遥测传输(MQTT)、OPC UA等，从机器或工厂中提取数据?
你能否通过ML实现一个新的优化控制算法，并在你的生产线上快速实现?
您能否安全地登录到安装在世界各地的机器进行远程服务?

随着制造业数字化的加速，人机界面不再是一个静态的菜单。它需要成为从工厂到云的门户，并促进机器级系统与更高级别操作的协调。

说到数字化转型，操作员和维护人员在人机界面和PLC之间来回奔波以找出错误代码的单调动态已经不再可行。

图4:19-in套管倍福CP3918控制面板为ProMach灌装系统的XACT-FIL机器提供了强大的HMI硬件。拜福自动化公司提供

明智地选择人机界面技术

那么对于控制工程师来说，这一切是什么样子的呢?他们应该寻找支持HTML5和其他常见网页设计标准编程的HMI软件。软件还应该提供卓越的可移植性，能够在下一代硬件上运行相同的程序，而不是每次需要更改时都需要编写新的程序。如果所有这些都集成到一个通用的自动化平台和工程环境中，包括HMI、PLC、机器人运动学和物联网，那么就会获得加分。由此产生的差异——外观和引擎盖下的差异——会给最终用户带来巨大的不同。

里克•Forsgren包装行业专家，Beckhoff自动化由克里斯·瓦夫拉编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．