ヒューマン マシン インターフェイス (HMI) は、人間が機械と対話できるようにする特定のデバイスまたはソフトウェア アプリケーションの機能またはコンポーネントとして定義されます。日常生活でよく見かける HMI デバイスの例としては、タッチスクリーンやキーボードなどがあります。
産業環境で使用される HMI は、主にユーザーをマシン、システム、または機器に接続する画面またはタッチスクリーンです。工場のオペレータは HMI を使用して、マシンとその生産ラインを制御および自動化します。HMI には、工場のマシンに取り付けられたシンプルな画面ディスプレイ、高度なタッチスクリーン、マルチタッチ対応のコントロール パネル、プッシュ ボタン、キーパッド付きのコンピューター、モバイル デバイス、またはタブレットなどがあります。
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ヒューマンマシンインターフェースの進化
バッチ処理を使用したマシンとのやり取り
1950 年代には、入力に関する限り、バッチ処理が機械を処理する主な方法でした。
バッチ処理では、通常、パンチ カードを使用して、ユーザーがすべての詳細とタスクの順序を指定する必要がありました。このパンチ カードはマシンに挿入されました。マシンはパンチ カードを評価し、結果を提供します。バッチ処理は、エラーが発生しやすいため、人間とマシンのやり取りの効果的なモードではありません。
コマンドラインインターフェースを使用してマシンと対話する
コマンドライン インターフェイスの開発はバッチ処理に従います。コマンドライン処理は、ユーザーがマシンと対話するためのよりインタラクティブな方法であり、ユーザーはマシンに直接コマンドを発行できます。これは、テキストを受け入れるプログラムを使用して、連続したテキスト行を入力することによって行われます。これは、1960 年代にマシンを扱う主な方法でした。
グラフィカル ユーザー インターフェイスを使用したマシンとの対話
グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) は、人間とコンピューターのインタラクションの次の段階を構成します。これらのインターフェイスにより、エンド ユーザーはウィンドウ、ボタン、アイコンなどの豊富なグラフィカル要素を使用してマシンと対話できます。これは WIMP モデル (ウィンドウ、アイコン、メニュー、ポインター) と呼ばれます。実際に対話に使用されるデバイスには、キーボードやマウスなどのデバイスが含まれます。
WIMP後フェーズ
現代社会ではコンピュータやテクノロジーの利用が増えており、より高度なレベルの人間とコンピュータのインタラクションが求められています。このため、タッチスクリーンやグリップ可能なユーザー インターフェイスが開発され、ユーザーは物理的なハンドルを使用して仮想オブジェクトと対話できるようになりました。
HMIと製造
SCADA システムにおける HMI の役割
ほとんどの SCADA (監視制御およびデータ収集) システムは、効率的に動作するために組み込みの HMI コンポーネントに依存しています。SCADA システムは、工場または施設内の主要な全体的な制御システムであり、発生する複雑な操作のすべてを規制する役割を担っています。
従来、生産ラインを HMI と統合するには、HMI をプログラマブル ロジック コントローラー (PLC) に接続し、HMI が PLC から受信したデータを表示し、ユーザーからの入力を PLC に提供する必要がありました。これらのグラフィカル表示は、多くの場合非常にシンプルです。
基本的な HMI を使用すると、オペレーターまたは工場管理者は、機械の温度、プロセス数、機械の状態、材料数などの一般的なパラメータを確認できます。
HMIとSCADAの例
HMI が関係する標準的なシナリオは、多くの水処理施設や廃水処理施設で見られます。水処理には、スクリーニング、ポンプ、さまざまな有害な微生物や残留物の除去など、多くの段階が含まれるため、これらの施設では課題に直面することがよくあります。さらに、処理の各段階は数キロメートル離れたエリアで行われる場合があり、機器やプロセスの監視と制御が困難になることがあります。
SCADA システムに統合された HMI 画面は通常 PLC に接続され、これによりオペレーターは水位、pH、ポンプ、溶解固形物、または特定の有毒化学物質のレベルをリモートで監視できます。
HMI を使用すると、タンクのレベルに基づいてポンプのオン/オフを切り替えることができます。さらに、pH が特定のレベルを下回ると、通常 HMI にアラームが表示されます。これはタッチ スクリーン モニターを使用して調整できます。このように、HMI を使用すると、オペレーターは水処理のプロセスと段階を監視および制御できます。
スマート ファクトリー環境向けに開発された多くの最新の産業用 HMI は、マルチメディア機能が充実しています。ユーザーは、機械の状態に関する統合 SMS アラートや電子メール アラートを受信したり、工場フロアのプロセスの統合ビデオを視聴したりできます。より高度な HMI では、複数の機械や複数のサイトの操作をリモート制御したり、工場の操作を分析したりできます。HMI では、製造や工場関連の KPI を含むダッシュボードを表示することもできます。
その結果、新しいテクノロジーが統合され続けるにつれて、HMI の役割は急速に進化しています。
工場に高度なHMIを導入する主なメリット
現在、工場の機械を監視および制御できる高度な HMI が市場に数多く存在します。機械をリモートで監視したり、KPI 出力ダッシュボードを使用したりする機能など、複数の機能を備えた高度な HMI に投資することの主なメリットは、工場のプロセスと操作の合理化です。
もう 1 つの大きな利点は、重要なリアルタイム データを簡単に表示できることです。最新の高度な HMI のこれらの特性は、プラント環境の複雑さを大幅に軽減するのに役立ちます。
さらに、工場所有者は HMI を使用して、変化する状況や困難な状況に迅速に対応できます。その結果、ダウンタイムが短縮され、効率が向上します。これにより、工場所有者はコストと無駄を削減し、最終的にプロセスと収益性を改善できるインテリジェントなシステムを手に入れることができます。
将来的には、エッジまたはマシンレベルの HMI はさらに強力になり、リアルタイムで競争する機会が生まれます。
HMI を構築するべきか、それとも購入するべきか?
工場のオーナーがよく直面する質問は、「HMI は自分で作るべきか、それとも購入するべきか」です。これは非常に幅広い質問であり、考慮すべき変数が多数あるため、簡単に答えることはできません。次のような質問があります。
- 工場では HMI でどのようなプロセスと操作を制御する必要がありますか?
- 工場ではどのような機械とパラメータを監視する必要がありますか?
- HMI はどの程度複雑である必要がありますか?
- 組織には社内に専門知識と知識がありますか?
- 工場のオーナーには HMI を設計、開発、テストする時間がありますか。
- 市場が製品を急速に近代化する必要があるかどうか、そしてそれが社内で実行可能かどうか
- 市場も急速な技術進歩を迫っているため、同様の考慮が当てはまる。
- 既存の社内開発チームに外部技術を取り入れることは可能か
- 利用可能な予算はいくらですか?
- 最終目標は何ですか? 研究プロジェクト用のシンプルなプロトタイプですか、それとも HMI のフル機能で動作する制御バージョンですか?
結局のところ、工場所有者または製造業者が HMI の設計、開発、構築の経験がない限り、購入する方が理にかなっている場合が多くあります。これにより、時間が節約され、テスト済みのソリューションが提供されます。少なくとも、調査を行い、製造業者または工場所有者は独自の HMI の設計に着手する前にコンサルタントまたは専門家に相談する必要があります。
人間とコンピュータのインタラクションの未来
現在、次世代の HCI の将来がどのようなものになるかについてはさまざまな予測があります。クラウド コンピューティング、コグニティブ コンピューティング、モノのインターネット (IoT) などのテクノロジはすべて、次世代の HCI の開発において重要な役割を果たすことが期待されています。
次のレベルのエンゲージメントで何が生まれるかを予測するのは難しいことです。しかし、業界全体で生産性を向上させる、人間とコンピューターのより高度なパートナーシップが生まれることは間違いありません。
インダストリー 4.0 の需要の観点から、産業用 HMI では、HMI 全体に影響を及ぼす新しい技術や新興技術のさらなる統合も進むでしょう。