Rozhranie človek – stroj (HMI) existuje v rôznych formách už od prvej priemyselnej revolúcie. Nakoniec ľudia museli vždy tak či onak komunikovať so strojmi. Dnes sa o HMI hovorí ako o softvéri bežiacom na priemyselnom počítači, ktorý poskytuje rozhranie medzi človekom a riadiacim systémom. Tento softvér má poskytnúť to najlepšie možné intuitívne, graficky prehľadné a zrozumiteľné rozhranie. Návrh HMI v podniku je preto vždy náročný proces. Keď niekto vezme celú riadiacu miestnosť plnú tlačidiel, prepínačov, regulátorov, zapisovačov údajov a ďalších riadiacich zariadení a potom to nejako zmenší na niekoľko 20-palcových monitorov, niečo sa v premiestňovaní stratí.

Situácia sa však môže ešte skomplikovať. Dôvodom je to, že s IoT nástrojmi dochádza k explózii množstva údajov, ktoré sú prístupné a môžu byť použité na prijímanie nových informovaných rozhodnutí.

Priemysel 4.0 určuje trendy

Dnešné ovládacie panely je ťažké porovnávať s tými, ktoré boli na trhu dostupné pred desiatkami rokov. Technologický pokrok v HMI zobrazovacích nástrojoch, miniaturizácia, nárast výkonu spracovania údajov, ako aj cenová dostupnosť privádza vizualizáciu a riadenie do stavu, keď HMI nie je už len „prídavkom“ k PLC, ale tvorí samostatnú skupinu. HMI nástroje, ktoré ponúka súčasný trh, sa už môžu niektorým podnikom zdať nedostatočné, a preto sa očakáva ich ďalší vývoj.

Priemyselné HMI zariadenia budú výrazným spôsobom ovplyvnené technológiami Priemyslu 4.0. Nové HMI musia byť prepracovanejšie kvôli zvýšeniu efektívnosti a možnostiam vzdialenej údržby, najmä keď pracovníci interagujú s technológiami v prašnom, vlhkom alebo nebezpečnom prostredí. Pretože sa pracovníci často zapájajú aj do kritických oblastí výrobného procesu, mal by HMI systém umožňovať príkazy, ktoré sa zadávajú ľahko a rýchlo, aby sa zvýšila presnosť, bezpečnosť a rýchlosť riešenia problému.

Vplyv Priemyslu 4.0 a novodobých technológií môže teda výrazne ovplyvniť vývoj nových druhov HMI zariadení. Tie by mohli mať vylepšené dotykové rozhrania, dokázali by spracovávať hlasové pokyny, umožňovali by používanie nástrojov rozšírenej alebo zmiešanej reality a pod.

Vylepšené dotykové rozhrania

Dotykové displeje sa od svojho uvedenia na trh pred desiatkami rokov výrazne rozvinuli a stali sa používateľsky príjemnejšími a výkonnejšími z hľadiska vizuálnej reprezentácie údajov. Priemyselné rozhrania umožňujú IoT a M2M pripojenie, takže výrobné spoločnosti môžu monitorovať a riadiť procesy a rôzne operácie v prevádzke lokálne aj vzdialene. Moderné dotykové rozhrania sú citlivé a umožňujú riadenie strojov aj v rukaviciach, čo obsluhe prináša ďalšie pohodlie a bezpečnosť.

Viacdotykové technológie

Viacdotykové ovládanie, označované aj ako multidotykové ovládanie, sa stáva priemyselným štandardom, a to vďaka schopnosti reakcie na viac dotykov súčasne. K základným vlastnostiam viacdotykovej technológie patrí zväčšovanie zobrazovaného objektu roztiahnutím prstov, prípadne zmenšovanie objektu pritiahnutím prstov, rolovanie alebo rotácia objektu dvoma prstami.

Multidotykové nástroje však nie sú novinkou. Takmer všetky moderné smartfóny a tablety sú teraz vybavené možnosťou multitouch. Multitouch technológia sa tak stáva prirodzene zakorenená v základných zručnostiach nasledujúcej generácie pracovníkov, a preto je prirodzené, že sa trh s HMI technológiami bude uberať aj týmto smerom.

Spracovanie prirodzeného jazyka

Technológia spracovania prirodzeného jazyka (angl. Natural Language Processing, NLP) je v priemysle aktuálnou témou, najmä v súvislosti s používateľskými rozhraniami. Proces jazykového spracovania umožňuje operátorom a zariadeniam interakciu pomocou verbálneho jazyka. To otvára dvere k veľmi zaujímavým aplikáciám, vďaka čomu je výroba efektívnejšia.

Zariadenia ovládané hlasom zvyčajne nemajú zabudovanú obrazovku, ktorá by zobrazovala informácie, ale uľahčujú prístup k údajom prostredníctvom hands-free intuitívnych a presných interakcií. V Priemysle 4.0 sa hlasom ovládané rozhrania stávajú nevyhnutnými, najmä v podmienkach, kde je potrebná vzdialená obsluha strojov.

Používanie prirodzeného jazyka na interakciu so strojmi by mohlo ušetriť veľa času. Princíp je rovnaký ako v prípade nástrojov Google alebo Siri, kde dávate svojmu smartfónu základné otázky alebo pokyny: Aké bude zajtra počasie? Alebo: Zobraz mi e-mail. Aj v priemysle funguje spracovanie prirodzeného jazyka na rovnakom princípe. Namiesto hľadania konkrétnej informácie v množstve údajov sa stačí spýtať: Prečo tento stroj hlási chybu? Alebo: Povedz mi výšku hladiny v zásobníku A.

Spoločnosť Makino, ktorá je priekopníkom priemyselného, hlasom aktivovaného HMI, vyvinula systém Athena, ktorý používa základné hlasové príkazy na riadenie výrobných zariadení v prevádzke. Operátori systému Athena môžu teraz nielen vzdialene vydávať príkazy, ale aj klásť otázky týkajúce sa kritických údajov strojov.

VR/AR/MR nástroje

V súčasnosti patrí virtuálna realita (VR) a rozšírená realita (AR) k najvýznamnejším technológiám na zvyšovanie efektívnosti, znižovanie prevádzkových nákladov a zvyšovanie flexibility výroby v mnohých výrobných procesoch, od riadenia zásob až po školenie zamestnancov. Zmiešaná realita (MR) obsahuje prvky rozšírenej a virtuálnej reality. Táto kombinácia umožňuje bežným pracovníkom, inšpektorom a technikom pracovať s realistickými digitálnymi modelmi v bezpečnom prostredí a prekrývať údaje alebo objekty v reálnom svete. Existuje niekoľko príkladov toho, aký úžitok môže zmiešaná realita priniesť v priemyselnom prostredí:

  • Inšpektori môžu prechádzať priemyselným podnikom a zobrazovať podrobné, vizuálne užitočné informácie a údaje o procese v prípade každého pripojeného stroja a komponentu bez toho, aby museli interagovať so zariadením.
  • Technici s náhlavnými súpravami AR majú prístup k pokynom a manuálom priamo vo svojom zornom poli, keď vykonávajú opravy alebo údržbu.
  • Zmiešaná realita je silným nástrojom najmä počas spolupráce so vzdialenými pracovníkmi. Pracovník, ktorý využíva zmiešanú realitu priamo na mieste v podniku, môže zobrazovať aktuálny stav stroja alebo prostredia ostatným vzdialeným pracovníkom. Vidia presne to isté, čo pracovník na mieste. Zmiešaná realita je tak cenným nástrojom v oblasti údržby a poradenstva.
  • Školenie pracovníkov v priemysle môže prebiehať pomocou AR/VR nástrojov. Nástup nového zamestnanca prináša množstvo výziev, hlavne v neznámom a potenciálne nebezpečnom prostredí. Pred vstupom do týchto oblastí môže byť nový pracovník zaškolený pomocou AR/VR nástrojov. Je to bezpečnejšie a menej stresujúce riešenie pre nového pracovníka aj pre školiteľa.

Spoločnosť ThyssenKrupp, výrobca výťahov, poskytuje svojim technikom nástroje AR počas údržby a opráv. Servisní technici teraz môžu spoľahlivejšie identifikovať problémy a dostanú inštrukcie v reálnom čase. Spoločnosť tvrdí, že technici môžu teraz dokončiť opravu asi štyrikrát rýchlejšie ako predtým.

Budúcnosť obrazoviek

Trendom v dizajne HMI je dnes používanie veľkých, jasných a farebných LCD monitorov. Tie zobrazujú väčšie množstvo údajov v dostatočnom rozlíšení a v náležitej kvalite. V dohľadnom čase sa však môže stať, že ani veľké obrazovky nebudú stačiť, a to z dôvodu zväčšujúceho sa množstva údajov, ktoré treba sledovať.

Jedným zo spôsobov, ako by sa mohlo zobrazovať obrovské množstvo údajov, je holografická technológia. Holografické projektory sa zaraďujú do kategórie pokročilej techniky. Dnešné holografické projektory slúžia skôr na propagáciu, reklamu či prilákanie zákazníkov prostredníctvom 3D svetelnej reklamy. Hologramy sa už nepovažujú za čosi futuristické, čo poznáme zo sci-fi filmov, sú už súčasťou 3D prezentácií, a to najmä prostredníctvom rozšírenej reality. Je teda len otázkou času, kedy sa táto technológia objaví v priemysle a bude ponúkať vlastnosti pokročilých HMI nástrojov. Už teraz je však zrejmé, že to bude vyžadovať obrovské úsilie preniesť „sci-fi“ technológiu aj do priemyslu. Nehovoriac o komunikácii s hologramom, ktorá by musela byť ovládaná hlasom alebo gestami. Len čas ukáže, čo z toho sa stane realitou.

Ani v operačných a informačných technológiách, ktorých súčasťou sú HMI nástroje, nesmie chýbať umelá inteligencia. S množstvom pribúdajúcich údajov spoločnosti očakávajú, že nové HMI nástroje budú vybavené niektorými algoritmami strojového učenia. Algoritmus bude využívať údaje generované z množstva IoT snímačov a bude sa tiež prispôsobovať správaniu operátora. Avšak stále sme v začiatočnej fáze vývoja, a preto nevieme určiť, či sa UI presadí aj v tejto oblasti.

Evolúcia HMI

Vďaka ovládaniu hlasom, vylepšenému dotykovému rozhraniu a nástrojom VR/AR sa rozhranie človeka a stroja v tejto evolúcii Priemyslu 4.0 posúva k úplnej digitálnej automatizácii. Nové typy rozhraní HMI môžu inteligentným továrňam priniesť veľa výhod tým, že zlepšia ich efektivitu a znížia prestoje. Navyše pri opakujúcich sa činnostiach alebo v nebezpečnom prostredí môžu uľahčiť prevádzku a zaistiť vyššiu bezpečnosť na pracovisku.

Zdroje

[1] Koptelov, A.: Advanced human-machine interfaces in the Industry 4.0 era. itransition. [online]. Publikované 24. 8. 2020. Citované 16. 3. 2021.

[2] 5 Future Human-Machine Interfaces (HMI) Trends. ESA. [online]. Publikované 27. 9. 2019. Citované 16. 3. 2021.

[3] 6 HMI Trends Engineers Need to Know. DesignSpark. [online]. Publikované 6. 4. 2020. Citované 16. 3. 2021.