Uma Interface Homem-Máquina ou HMI é definida como um recurso ou componente de um dispositivo ou aplicativo de software específico que permite que humanos interajam com máquinas. Alguns exemplos de dispositivos HMI comuns que encontramos em nossas vidas diárias incluem telas sensíveis ao toque e teclados.
HMIs usadas em ambientes industriais são principalmente telas ou touchscreens que conectam usuários a máquinas, sistemas ou equipamentos. Operadores de planta usam HMIs para controlar e automatizar máquinas e suas linhas de produção. HMIs podem ser simples displays de tela montados em máquinas de planta, touchscreens avançadas, painéis de controle habilitados para multitoque, botões de pressão, computadores com teclados, dispositivos móveis ou tablets.
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A evolução da interface homem-máquina
Interagindo com máquinas usando processamento em lote
Na década de 1950, o processamento em lote era o modo dominante de lidar com máquinas no que se referia à entrada.
O processamento em lote exigia que o usuário especificasse todos os detalhes e sequência de tarefas, geralmente usando um cartão perfurado. Este cartão perfurado era alimentado na máquina. A máquina avalia o cartão perfurado e fornece os resultados. O processamento em lote não é um modo eficaz de interação homem-máquina porque a técnica é propensa a erros.
Interagindo com máquinas usando a interface de linha de comando
O desenvolvimento da interface de linha de comando segue o processamento em lote. O processamento de linha de comando é uma maneira mais interativa para o usuário interagir com a máquina e permite que o usuário emita comandos diretos para a máquina. Isso é feito inserindo linhas sucessivas de texto usando um programa que aceita texto. Essa era a principal maneira de lidar com máquinas na década de 1960.
Interagindo com máquinas usando interfaces gráficas de usuário
Interfaces gráficas de usuário (GUIs) constituem o próximo estágio da interação humano-computador. Essas interfaces permitem que os usuários finais interajam com máquinas usando elementos gráficos ricos, como janelas, botões e ícones. Isso é chamado de modelo WIMP (janelas, ícones, menus e ponteiros). Os dispositivos reais usados para engajamento incluem dispositivos como teclados e mouses.
Fase pós-WIMP
Com o aumento do uso de computadores e tecnologia na sociedade moderna, um nível mais sofisticado de interação humano-computador é necessário. Isso levou ao desenvolvimento de telas sensíveis ao toque e interfaces de usuário agarráveis que permitem que os usuários interajam com objetos virtuais usando alças físicas.
IHM e Manufatura
O papel do HMI em sistemas SCADA
A maioria dos sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) depende de componentes HMI incorporados para operar com eficiência; o sistema SCADA é o principal sistema de controle geral em uma planta ou instalação e é responsável por regular todas as operações complexas que ocorrem.
Tradicionalmente, para integrar uma linha de produção com uma IHM, a IHM deve ser conectada a um Controlador Lógico Programável (CLP) e a IHM exibe os dados recebidos do CLP e fornece entrada do usuário para o CLP. Essas exibições gráficas são frequentemente muito simples.
Uma IHM básica permite que o operador ou gerente da planta verifique parâmetros típicos, como temperatura da máquina, contagens de processo, status da máquina e contagens de material.
Exemplos de HMI e SCADA
Cenários padrão envolvendo HMIs são encontrados em muitas estações de tratamento de água e esgoto. Essas instalações frequentemente enfrentam desafios porque o tratamento de água envolve muitos estágios, como triagem, bombeamento e remoção de vários microrganismos e resíduos prejudiciais. Além disso, cada estágio do tratamento pode ocorrer em áreas que estão a quilômetros de distância, o que significa que monitorar e controlar equipamentos e processos pode ser um desafio.
Uma tela HMI integrada a um sistema SCADA normalmente é conectada a um CLP, que permite ao operador monitorar remotamente os níveis de água, pH, bombas, sólidos dissolvidos ou níveis de certos produtos químicos tóxicos.
O HMI pode ser usado para ligar e desligar as bombas com base no nível do tanque. Além disso, se o pH cair abaixo de um certo nível, o HMI normalmente exibe um alarme, que pode ser ajustado usando o monitor touch screen. Dessa forma, o HMI permite que o operador monitore e controle os processos e estágios do tratamento de água.
Muitas IHMs industriais modernas desenvolvidas para o ambiente de fábrica inteligente são ricas em recursos multimídia. Elas permitem que os usuários recebam alertas SMS integrados sobre o status da máquina, alertas por e-mail e também assistam a vídeos integrados de processos do chão de fábrica. IHMs mais sofisticadas permitem o controle remoto de várias máquinas e operações em vários locais, bem como a análise de operações da planta. As IHMs também podem exibir painéis com KPIs de fabricação e relacionados à planta.
Como resultado, o papel do HMI está evoluindo rapidamente à medida que novas tecnologias continuam a ser integradas.
Principais benefícios de investir em IHM avançada para sua planta
Há uma série de HMIs avançadas no mercado hoje que podem monitorar e controlar máquinas de planta. Em termos de investimento em uma HMI avançada com múltiplos recursos, como a capacidade de monitorar máquinas remotamente e usar painéis de saída de KPI, o principal benefício é a simplificação dos processos e operações da planta.
Outro grande benefício é a capacidade de visualizar facilmente dados críticos em tempo real. Esses atributos de HMIs avançados modernos ajudam muito a reduzir a complexidade do ambiente da planta.
Além disso, os proprietários de plantas podem usar HMIs para responder rapidamente a condições desafiadoras ou em mudança. Como resultado, a eficiência é aumentada devido à redução do tempo de inatividade. Isso dá aos proprietários de plantas sistemas inteligentes que podem reduzir custos e desperdícios e, finalmente, melhorar processos e lucratividade.
No futuro, as IHMs de ponta ou de nível de máquina se tornarão ainda mais poderosas e terão a oportunidade de competir em tempo real.
Devo construir ou comprar uma IHM?
A questão que os donos de fábricas frequentemente enfrentam é: "Devo construir ou comprar um HMI?". Esta é uma questão muito ampla, sem uma resposta fácil, porque há muitas variáveis a serem consideradas. Algumas das perguntas a serem feitas são:
- Quais processos e operações as IHMs precisam controlar em uma fábrica?
- Quais máquinas e parâmetros a planta precisa monitorar?
- Quão complexo o HMI precisa ser?
- A organização possui conhecimento e experiência interna?
- O proprietário da fábrica tem tempo para projetar, desenvolver e testar o IHM?
- A necessidade do mercado de modernizar rapidamente os produtos e se é viável dentro da empresa fazê-lo
- O mercado também está a forçar rápidos avanços tecnológicos, pelo que as mesmas considerações se aplicam
- É possível incorporar tecnologia externa à equipe de desenvolvimento interna existente?
- Qual é o orçamento disponível?
- Qual é o objetivo final: um protótipo simples para um projeto de pesquisa ou uma versão totalmente carregada e controlada do HMI?
No final das contas, a menos que o proprietário ou fabricante da planta tenha experiência em projetar, desenvolver e construir HMIs, geralmente faz mais sentido comprar. Isso economizará tempo e fornecerá uma solução que foi testada. No mínimo, a pesquisa deve ser feita e o fabricante ou proprietário da planta deve consultar um consultor ou especialista antes de embarcar no projeto de seu próprio HMI.
O futuro da interação humano-computador
Atualmente, há várias previsões sobre como o futuro do próximo nível de HCI pode parecer. Tecnologias como computação em nuvem, computação cognitiva e a Internet das Coisas (IoT) devem desempenhar um papel no desenvolvimento do próximo nível de HCI.
Prever o que surgirá no próximo nível de engajamento é um desafio. No entanto, não há dúvidas de que haverá um nível mais alto de parcerias humano-computador que impulsionarão a produtividade em todos os setores.
Em termos das demandas da Indústria 4.0, a IHM industrial também verá maior integração de tecnologias novas e emergentes que terão impacto na IHM como um todo.