Vliv spotřební Elektroniky na rozhraní HMI

-- 30.05.10 13:04

Výrobci strojů, návrháři HMI a uživatelé průmyslových PC poznamenávají: telefony typu smartphone a další spotřební elektronika mění požadavky operátorů obsluhujících stroje na to, co tito operátoři při obsluze strojů očekávají, to znamená, jaká operátorská rozhraní bude v budoucnu potřeba vyvíjet.

Technologie rozhraní člověk-stroj (HMI) těží z urychleného rozvoje technologií spotřební elektroniky. Displeje nové generace, vstupní zařízení, software a procesory pro spotřebitele neustále zvyšují očekávání průmyslových uživatelů ve smyslu většího výkonu a snadnějšího používání. Jste na to připraveni? „Průmyslové aplikace jsou ovlivňovány rozmachem technické úrovně spotřebního zboží a jejich programového vybavení, zejména telefony smartphone,“ říká Andy Gryc, vedoucí manažer produktového marketingu společnosti QNX Software Systems. Společnost QNX vyrábí operační systém reálného času QNX Neutrino pro vestavné řídicí prvky. „Současná exploze zařízení Apple (iPhone a iPod) – a do menší míry zařízení Blackberry, Android a Pre – ukazuje konečným uživatelům vysoce kvalitní, intuitivní rozhraní HMI,“ říká Gryc. „Jsou to titíž koneční uživatelé, kteří také obsluhují průmyslová zařízení.Očekávání, co by měla poskytovat průmyslová HMI, se začínají blížit očekáváním od dnešních spotřebních zařízení.“

Gryc říká, že viděl, jak školený technik „zapomněl“ jak obsluhovat osciloskop a pokoušel se použít gesto roztahování známé ze zařízení Apple pro zvětšení stopy osciloskopu. „Obdobně začínají ze spotřebních zařízení pronikat i požadavky na konektivitu,“ říká. „V poslední době dostáváme určité neobvyklé požadavky z průmyslového segmentu, jako například žádosti o zavedení technologie aplikační prodejny do prostředí, které bylo běžně považováno za izolovaný systém.“ IT organizace a odborníci sledující technologie jsou zvyklí na neustálý přísun vylepšení, ale v posledních měsících se zrychlil proud inovací i do masového povědomí. Oznámení společnosti Apple o uvedení tabletového počítače iPad v lednu přitáhlo pozornost milovníků technických mašinek a představený projekt tabletového PC „Courier“ společnosti Microsoft o čtyři měsíce dříve vzal technický svět útokem.

Přispěvatel časopisu PC World Ian Paul uvedl, že není jasné, zda dvouobrazovkové tabletové zařízení společnosti Microsoft fungující jako diář vůbec kdy uvidí světlo světa, ale „Courier vypadá, že by mohl způsobit revoluci v osobních obchodních zařízeních.“ Tabletová PC na sebe rovněž upoutala pozornost na každoroční výstavě Consumer Electronics Show (CES) na začátku tohoto roku, když sdílela scénu s telefony smartphone, elektronickými čtečkami knih, netbookovými počítači a pohybově citlivými herními konzolami. Tato zařízení ovlivňují způsob, jakou interakci se zařízeními lidé očekávají. Corey McAtee, produktový manažer společnosti Beckhoff Automation, říká: „Na trhu spotřební elektroniky je jednou z předních nových technologií vícedotykové ovládání („multi-touch“).

Nebude trvat dlouho a tato technologie si proklestí cestu i na trh s průmyslovými zařízeními. Až k tomu dojde, uživatelé zaznamenají dynamickou změnu funkčnosti rozhraní HMI.“ Vícedotykové ovládání, neboli vícevstupové snímání, vyžaduje dotyk displeje oběma rukama – nebo dvěma prsty – pro povolování nebo potvrzování operace, tak jak se o to pokoušel onen technik na osciloskopu. Obecně lze říci, že masové rozšíření osobních elektronických zařízení a technologií „přispělo k většímu přijetí rozhraní HMI, umožnilo více obsahu a dalo uživatelům větší flexibilitu v přístupu k těmto informacím,“ říká Cheryl Ades Anspachová, produktová manažerka společnosti Rockwell Automation. „Vidíme, že uživatelé zavádějí malá operátorská rozhraní do strojů, které je nikdy neměly.

Dříve bylo obtížnější někoho přesvědčit, že grafické informace jsou mnohem intuitivnější než tradiční kontrolky a tlačítka. Nyní, když má většina lidí zkušenost s grafickými rozhraními z první ruky, uživatelé více oceňují jejich přínos,“ říká. Zatímco se přechod z mechanických tlačítek na elektronické klávesnice a monitory před 10 až 15 lety mohl setkávat s odporem, dnes spíše existuje poptávka od samotných konečných uživatelů nespokojených s tradičními rozhraními HMI. „Když uživatel vidí rychlejší procesory, větší rozměry displejů a další technologie dostupné na trhu spotřební elektroniky, někteří z nich očekávají, že průmyslový trh je nabídne zhruba ve stejnou dobu,“ říká Ades Anspachová. Dodavatelům průmyslové techniky může tato migrace připadat obtížná, zejména pokud jde o výběr a cenově příznivou aplikaci technologií spotřební elektroniky do HMI.

Hlavní technologické změny

Ades Anspachová uvádí, že průmyslové obrazovky se pravděpodobně dočkají těchto vylepšení:

• Vyšší rychlosti a kapacity polovodičových disků, pevných disků a pamětí flash;

• Použití optických disků („S tím, jak se technologie mění – vzpomeňme na přechod z CD na DVD a zvýšily se možnosti při čtení a zápisu a rychlosti – objeví se také v průmyslovém světě,“ předvídá.);

• Procesory, disky a další technologie odolávající vysokým teplotám;

• Rychlejší procesory a

• Větší rozměry obrazovek.

Rozměry obrazovek na spotřebním trhu neustále rostou (např. u herních přenosných počítačů a televizorů s plochými obrazovkami), ale zlepšují se i další parametry displejů. Jak uvádí společnost pro výzkum trhu DisplaySearch, zařízení Apple iPad bylo uvedeno s IPS TFT LCD obrazovkou poosvětlenou LED o úhlopříčce 9,7 palce a rozlišením 1024×768 obrazových bodů. V příspěvku v blogu, který se tímto zařízením zabýval, analytik společnosti DisplaySearch uvedl: „Je celkem zřejmé, že technologie displejů měla pro společnost Apple prvořadý význam, když si ji zvolila, protože využívá technologii IPS (in-plane switching – přepínání v ploše) a má pozorovací úhel 178°. Můžete ji tedy držet, téměř jakkoli chcete, a stále uvidíte brilantní obraz se skvělými barvami a kontrastem.“

Společnost Apple rovněž oznámila, že iPad využívá „sklo displeje bez obsahu arzenu“ (což je nyní standardem u výrobce Corning) a „LCD displej bez obsahu rtuti“ (což je jedním z přínosů podsvětlení diodami LED), uvádí analytik společnosti DisplaySearch. „Přední povrch displeje je potažen oleofobním povlakem proti otiskům prstů, který byl poprvé představen u zařízení iPhone 3GS. Společnost Apple rovněž tvrdí, že má největší kapacitní vícedotykový displej s ‚tisíci senzorů‘, který zajišťuje stejnou přesnost dotykového snímání, jako mají zařízení iPod Touch a iPhone.“Společnost Apple rovněž pro svou obrazovku zvolila poměr stran 4:3 namísto širokoúhlého poměru 16:9 nebo 16:10. „Ve světě displejů, který přešel na široký úhel, je to vzácný úkaz,“ říká analytik.Ale i když uživatelé přenosných PC přešli na širokoúhlé obrazovky již dávno, uživatelé průmyslových HMI je nevyužívají – zatím.

„Dodavatelé 17palcových displejů omezují své investice do obrazovek této velikosti a přesunují se k větším úhlopříčkám,“ říká Ades Anspachová ze společnosti Rockwell. „A i když ty budou cenové výhodné, přijetí této technologie může být omezené, protože někteří uživatelé zavedli standardizaci pro 17palcové displeje a budou muset stroje s ohledem na větší displeje předělat.“ Bruce DeVisser, marketingový manažer pro dotyková vstupní zařízení společnosti Fujitsu Components America, říká, že do průmyslové oblasti pronikly i další technologie. „Dotyková zpětná vazba v podobě vibrací dotykového panelu (podobných vibracím mobilního telefonu) je velmi praktická pro hlučná průmyslová prostředí. A další vylepšení na základní provozní úrovni: speciální ‚protiotiskové‘ povlaky.Displej v černém režimu (stav úspory energie nebo šetřiče obrazovky) je pro uživatele nevzhledný, pokud je pokrytý otisky prstů. Na trhu průmyslových zařízení si konstruktéři uvědomují, že protiotisková úprava je vlastností, která může zvýšit prodej,“ říká DeVisser.

Překážky převodu technologií

Co ale brání převodu technologií ze spotřební do průmyslové oblasti? Ades Anspachová ze společnosti Rockwell Automation říká: „Spotřební  elektronika vyžaduje rychlý náběh výroby s velkými objemy a vyrábí se po poměrně krátké časové období. Naproti tomu průmyslové produkty mají menší objem výroby a produkty musí být k dispozici dva až tři roky nebo déle. Když dodavatelé uvažují o  tom, které komponenty převést do průmyslové verze, všímají si míry jejich rozšíření a dlouhodobých trendů, společně se spolehlivostí, vyrobitelností a cenovými omezeními. Tento proces ovlivňuje všechny aspekty operátorských rozhraní, včetně displejů, procesorů a paměti.“ Například paměti pro operátorské rozhraní pomalu přecházejí z technologie Compact Flash na karty ScanDisk,“ říká Ades Anspachová. „Tato pomalejší migrace je příznivá pro dodavatele operátorských rozhraní i pro zákazníky.

Nikdo nemá zájem o desítky různých typů paměťových karet, které by jejich zařízení mělo podporovat. Také ne všechno z komerčních technologií má smysl použít na průmyslovém trhu,“ říká a dodává: „Například v současnosti nemají pevné disky o kapacitě 1 TB žádné praktické využití.“ Někdy se musí technologie rozvinout, než výrobci inteligentních strojů a vestavných řídicích prvků uvidí způsob, jak je lze využít v průmyslu. Tak tomu bylo v případě vícejádrových procesorů a dalších vylepšení. McAtee říká, že všechna průmyslová PC a technologie HMI společnosti Beckhoff jsou odvozeny z technologií původně vyvinutých pro spotřební a kancelářský trh, avšak „tyto komponenty byly zesíleny a přetvořeny ve výkonné řídicí prvky, které dokážou přežít na základní provozní úrovni.

K nedávným příkladům patří vícejádrové procesory, včetně procesorů Intel Core 2 Quad, energeticky úsporných procesorů Intel Atom, použití polovodičových disků a monitorů s vysokým rozlišením o úhlopříčce 24 palců pro velká, širokoúhlá rozhraní HMI.“ McAtee říká, že průmyslová vylepšení společnosti Beckhoff byla možná díky vyššímu výpočetnímu výkonu PC, který dovoluje ještě větší softwarové nároky, a díky komunikačnímu protokolu společnosti Beckhoff pro průmyslový Ethernet – EtherCAT – tedy technologie, která má také kořeny ve spotřebních produktech. „S tím, jak jsou dostupné procesory s 8, 16 a více jádry, budou postupně doplňovány do řady průmyslových produktů,“ říká McAtee. Vícejádrové procesory podporují rozvoj panelových PC, které integrují řídicí prvky a HMI do jedné jednotky.

Podporují rovněž vyspělou grafiku a obsahují další programové vybavení pro zobrazování na vysoké úrovni, což je dalším aspektem migrace technologií spotřební elektroniky na základní výrobní úroveň. Produktový manažer společnosti Rockwell Automation, Ryan Gunderson, pozoruje, že se funkčnost displejů zlepšuje zdokonalováním technického řešení dotykových obrazovek. „Je paradoxní, že HMI s dotykovými obrazovkami byla na průmyslovém trhu široce dostupná déle než deset let, ale do spotřební elektroniky široce pronikla teprve nedávno,“ říká. „Jedním z přínosů, který u průmyslových panelů nyní očekáváme, je zvýšení počtu přídavných aplikací, jako jsou prohlížeče formátu Adobe PDF, přehrávače médií a internetové prohlížeče, které jsou lépe přizpůsobeny dotykovým obrazovkám a neopírají se výhradně o myš a klávesnici.“

Gryc říká, že společnost QNX Software Systems poskytuje strukturu HMI zahrnující vyspělou konektivitu a „technologii spotřební elektroniky“, přičemž dokáže pracovat v reálném čase a je dostatečně robustní pro splnění tradičních požadavků průmyslového prostředí. Například inteligentní systém pro řízení spotřeby energie na bázi RTOS QNX Neutrino využívá zařízení HMI s technologií Adobe Flash Lite. „Flash Lite vývojářům dovoluje vyžívat nástrojovou sadu Flash,“ říká Gryc, „která obsahuje všechny  prvky potřebné pro vytvoření přehledného a efektivního rozhraní HMI podporujícího vrstvy a multimédia,“ což je obvyklé spíše u aplikací spotřební elektroniky. Technologie průmyslových rozhraní člověkstroj (HMI) těží z urychleného vývoje technologií spotřební elektroniky, jak uvádí titulní článek březnového čísla 2010 severoamerického vydání časopisu Control Engineering.

Scott Miller, obchodní manažer společnosti Rockwell Automation, souhlasí s tím, že větší obeznámenost uživatelů s internetovými prohlížeči zvýšila poptávku po průmyslových aplikacích na webové bázi. „Dosažení této úrovně dostupnosti vyžaduje software HMI, který je úzce integrován s řídicím systémem pro získání a zobrazení výrobních informací širšímu publiku,“ říká Miller. „Rozšíření řešení HMI o webové klienty a spojení se softwarovým řešením EMI (Enterprise Manufacturing Intelligence) dramaticky zlepšuje přístup ke specifickým údajům, od techniků vzdáleně diagnostikujících stroj, až po manažery kontrolující stav výroby.“ McAtee ze společnosti Beckhoff jde ještě dále.

„Pokud zkombinujete funkčnost  vícedotykového ovládání s širokoúhlou obrazovkou o formátu 24 palců, dodavatelé zařízení a konstruktéři strojů by mohli odstranit všechna fyzická tlačítka z panelu a umožnit uživatelům ovládat všechny funkce stroje přímo z dotykové obrazovky.To by dovolovalo snadné rolování a přibližování v přístrojových panelech a nabídkách nad rámec možností běžné technologie dotykových panelů.“ Pro vývojáře rozhraní HMI z toho plyne následující: Technici a mechanici závodů chtějí, aby rozhraní jejich průmyslových strojů byla stejně inteligentní a intuitivní jako u stále rozšířenějších zařízení spotřební elektroniky. Úkolem je držet s nimi krok.

Ce

Renee Robbinsová je redaktorka časopisu Control Engineering. Kontaktujte ji na adrese renee.robbins@reedbusiness.com.

Autor: Renee Robbinsová, Control Engineering