Kierunki rozwoju interfejsów człowiek-maszyna
SiemensWprawdzie tradycyjne panele HMI nie odchodzą jeszcze do lamusa i z pewnością będą wykorzystywane jeszcze przed długi czas, jednak już pojawiają się inne urządzenia, które ułatwiają komunikację na linii człowiek-maszyna. Coraz częściej też urządzenia te nie tylko pośredniczą w komunikacji z maszyną, ale umożliwiają zbieranie danych, kontrolę procesów i sygnalizowanie nieprawidłowości.
Panel operatorski HMI (Human Machine Interface), jak bezpośrednio wskazuje rozwinięcie skrótu, jest interfejsem, który umożliwia komunikację człowieka z maszyną. Z pomocą tego urządzenia operator może sterować innymi urządzeniami i maszynami, a nawet bardziej skomplikowanymi procesami technologicznymi, a także nadzorować ich pracę poprzez monitorowanie na bieżąco wybranych parametrów.
Przez lata rola paneli HMI sukcesywnie rosła. Rozwój technologiczny sprawił, że dziś nie są to już małe i proste urządzenia o niewielkich możliwościach. Coraz częściej mamy do czynienia z zaawansowanymi komputerami panelowymi o parametrach porównywalnych do komputerów stacjonarnych. Efekt tego rozwoju jest taki, że mobilne i bardziej poręczne urządzenia, jakimi są panele HMI, wypierają z rynku komputery wykorzystujące systemy SCADA czy coraz rzadziej spotykane szafy sterownicze.
Ciągła ewolucja paneli HMI
Panele operatorskie zmieniają się na naszych oczach. Przede wszystkim mają one coraz lepsze parametry, a tym samym są szybsze i bardziej wydajne. Dzięki nowym funkcjom, a także oprogramowaniu można przy ich użyciu wykonywać więcej zadań. Równie ważna jest jednak także zmiana ich wyglądu zewnętrznego.
Coraz rzadziej mamy bowiem do czynienia z panelami przyciskowymi (z klawiaturą membranową) i diodami sygnalizacyjnymi. W ich miejsce pojawiły się panele dotykowe, przez co urządzenia te coraz bardziej przypominają większe smartfony lub tablety. Dzięki temu są łatwe i wygodne w użyciu. Różnica polega przede wszystkim na tym, że panele HMI mają bardziej solidną obudowę, odporniejszą na uszkodzenia mechaniczne, i można je obsługiwać w rękawiczkach. Wyraźnie zmieniła się także grafika: coraz częściej jest kolorowa i pozwala na bardziej przejrzyste prezentowanie parametrów, obrazów, wykresów czy innych danych. Mimo pojawienia się nowych funkcji dzięki obrazkowemu ekranowi obsługa paneli HMI pozostaje cały czas intuicyjna w obsłudze.
Standardem są obecnie już panele mobilne, dzięki czemu operator maszyny czy linii produkcyjnej może bez większych problemów podchodzić do sterowanego urządzenia z różnych stron, co w niektórych sytuacjach może mieć istotne znaczenie. Siłą rzeczy współczesne panele muszą mieć nieduży ciężar i poręczną budowę, a także być odporne na działanie wysokich i niskich temperatur, dużej wilgotności, wszelkich zanieczyszczeń w postaci kurzu, pyłu, olejów bądź innych smarów. Często bowiem pracują w bardzo niesprzyjających warunkach. Muszą też być odporne na wszelkiego rodzaju wstrząsy i przynajmniej lekkie uderzenia.
Koncepcja Przemysłu 4.0 będzie wymagać od najnowszych paneli HMI jeszcze większego postępu technologicznego – i taki postęp cały czas obserwujemy. Producenci paneli operatorskich są na etapie wprowadzania rozwiązań pozwalających na zdalny dostęp do większości urządzeń w zakładach produkcyjnych. Obecnie standardem w panelach operatorskich staje się możliwość połączenia z innymi urządzeniami poprzez sieci przemysłowe. Dlatego też panele HMI są wyposażane w interfejsy szeregowe, złącza USB czy modułu Wi-Fi. Dzięki podłączeniu do internetu w teorii przy użyciu panelu HMI można sterować maszyną z dowolnego miejsca na świecie. Oczywiście nie tylko możliwość zdalnego sterowania jest tutaj kluczowa. Operator ma możliwość monitorowania na bieżąco pracy maszyny czy przebiegu danego procesu. Natomiast połączenie z chmurą daje praktycznie nieograniczony dostęp do wszystkich zgromadzonych danych.
Kolejnym etapem rozwoju paneli HMI jest możliwość łączenia się z wieloma urządzeniami, sieciami komputerowymi i różnym oprogramowaniem, np. systemem księgowo-finansowym firmy czy programem zarządzającym procesami produkcyjnymi.
W kierunku sterowania bezdotykowego
Pojawienie się dotykowych wyświetlaczy bez wątpienia było jedną z największych rewolucji w rozwoju paneli HMI. Rozwiązanie to zapewniło wygodne użycie, możliwość łatwego przewijania czy skalowania, a do tego pozwalało łatwo utrzymać urządzenie w czystości. I choć dotykowe sterowanie pozostanie z nami z pewnością jeszcze długo, cały czas trwają poszukiwania nowych, bardziej wydajnych i przyjaznych metod sterowania panelem operatorskim. Wyraźnie widoczny jest główny kierunek ewolucji interfejsów człowiek-maszyna – to rozwiązania, które będą wykorzystywać naturalne sposoby komunikowania się.
W efekcie poszukiwania nowych rozwiązań koncentrują się aktualnie na różnorodnych rodzajach bezdotykowych interfejsów. Na różnym etapie prac badawczych i testów znajdują się obecnie trzy podstawowe metody sterowania bezdotykowego. Są to:
- sterowanie za pomocą wyrazów twarzy
- sterowanie za pomocą gestów
- sterowanie głosowe
Najbardziej oczywistym i w teorii najprostszym rozwiązaniem wydaje się sterowanie głosowe. Pierwsze tego typu urządzenia pojawiły się już kilkadziesiąt lat temu. Dziś systemy sterowania głosowego wprowadzają już tacy technologiczni giganci, jak Amazon, Apple, Google czy Microsoft. Wraz z rozwojem technologicznym interfejsy głosowe lepiej odbierają różne dźwięki, a także je interpretują. Oczywiście trudno oczekiwać na obecnym poziomie zaawansowania technologicznego, żeby jednostka przetwarzająca usłyszany głos operatora była w stanie wychwycić różną intonację czy ton, ale w przypadku sterowania maszyną nie ma to żadnego znaczenia. Problemem jest jedynie często duży hałas, jaki panuje w halach fabrycznych. W efekcie wydane polecenie mogłoby zostać źle zinterpretowane.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Również interfejsy sterowane gestami mają wciąż pewne ograniczenia, których efektem mogłoby być wykonanie niewłaściwej operacji. Wprawdzie takie rozwiązania już się pojawiają, jednak największym problemem jest rozróżnienie gestu, który ma na celu wydanie odpowiedniego polecenia, od gestu przypadkowego, których trudno będzie całkowicie uniknąć. Współczesne urządzenia, które mają możliwość sterowania przy pomocy gestu, są wciąż jeszcze zbyt mało precyzyjne w tym obszarze. Używanie ruchów rąk do wydawania różnych poleceń mogłoby być w dłuższej perspektywie również męczące dla operatora.
Najmniej prawdopodobne wydaje się obecnie wdrożenie do powszechnego użytku interfejsów, które steruje się za pomocą mimiki twarzy. Choć takie rozwiązania są już testowane, jednak trudno oczekiwać, by szybko wyszły one poza fazę eksperymentalną. Wydaje się bowiem, że jeszcze trudniej, niż w przypadku gestów, byłoby zapanować nad przypadkowymi zmianami wyrazów twarzy.
Panel HMI przyszłości
Trudno dziś wyrokować, jak będą wyglądać i działać panele HMI w nieco dalszej przyszłości. Nie wiadomo bowiem, w którym kierunku będzie zmierzał rozwój technologiczny i jakie w ogóle są potencjalne możliwości. Rozważając dziś pewne rozwiązania, może się wydawać, że poruszamy się w sferze science-fiction, która jest całkowicie nierealna. Jeśli jednak cofniemy się o kilkanaście czy kilkadziesiąt lat, okaże się, że wiele współczesnych technologii również było postrzeganych w podobny sposób.
Niewykluczone więc, że za jakiś czas do sterowania maszynami i innymi urządzeniami będziemy używać własnych myśli. Technologia interfejsów mózg–komputer od kilku lat dynamicznie się rozwija, a osiągnięte już efekty mogą sugerować, że ta dynamika jeszcze bardziej się zwiększy.
Przykładów rozwiązań, które bazują na interfejsie mózg-komputer, jest coraz więcej. Spółka Neuralink Elona Muska prowadzi prace nad możliwością odczytywania myśli i wszczepieniem w tym celu do mózgu specjalnego chipa. Przez lata badano to rozwiązanie nazwierzętach aż w końcu przyszedł czas również na testy na ludziach. W lutym br. spółka podała, że pierwszy człowiek z wszczepionym procesorem może kontrolować komputer siłą myśli. Co równie ważne, nie widać też skutków ubocznych.
Prace nad implantem mózgowym prowadzi także firma Synchron, która idzie w ślady Neuralinka i będzie testować swoje urządzenie Stentrode na ludziach. Kolejnym przykładem jest rozwiązanie zespołu naukowców z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Sześć wszczepionych elektrod NeuroPort pozwoliło częściowo sparaliżowanemu pacjentowi odżywiać się przy użyciu zrobotyzowanych ramion, które były sterowane za pomocą interfejsu mózg-maszyna.
Celem testowych jeszcze rozwiązań, jest przede wszystkim pomoc osobom chorym, w tym sparaliżowanym. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, jeśli technologie te okażą się skuteczne, żeby wykorzystywać je również do innych celów, w tym do sterowania pracą maszyn.
Czas pokaże, czy interfejsy mózg-komputer lub mózg-maszyna zdominują świat paneli HMI. Niewątpliwie urządzenia te będą stale udoskonalane, zwiększą się ich moce przerobowe i dostępne funkcje – zmiany te będą bowiem niezbędne w fabrykach w czasach Przemysłu 4.0.
O Autorze
