Что такое человеко машинный интерфейс

Человеко-машинный интерфейс

Не снимайте пометку о выставлении на переименование до окончания обсуждения.
Дата постановки — 29 декабря 2011.

Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ) (англ. Human machine interface, HMI ) — широкое понятие, охватывающее инженерные решения, обеспечивающие взаимодействие человека-оператора с управляемыми им машинами.

Создание систем человеко-машинного интерфейса тесно увязано с понятиями эргономика и юзабилити.

Проектирование ЧМИ включает в себя:

Одной из наиболее сложных задач является создание эффективного ЧМИ рабочих мест сложных машин с множеством органов управления, например пилотов самолёта и космических кораблей.

В промышленных условиях ЧМИ чаще всего реализуется с использованием типовых средств: операторских панелей, компьютеров и типового программного обеспечения.

См. также

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Человеко-машинный интерфейс» в других словарях:

человеко-машинный интерфейс — (ЧМИ) Технические средства, предназначенные для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудованием и дающие возможность оператору управлять оборудованием и контролировать его функционирование. Примечание Такие средства… … Справочник технического переводчика

человеко-машинный интерфейс — (ЧМИ) Технические средства, предназначенные для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудованием и дающие возможность оператору управлять оборудованием и контролировать его функционирование. Примечание Такие средства… … Справочник технического переводчика

Человеко‐машинный интерфейс — Человеко машинный интерфейс (ЧМИ) широкое понятие, охватывающее инженерные решения, обеспечивающие взаимодействие оператора с управляемыми им машинами. Создание систем человеко машинного интерфейса тесно связано с эргономикой, но не тождественно… … Википедия

человеко-машинный интерфейс — žmogaus ir mašinos sąsaja statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. man machine interface vok. Mensch Maschine Interface, n rus. сопряжение человека с машиной, n; человеко машинный интерфейс, m pranc. interface homme machine, f … Automatikos terminų žodynas

человеко-машинный интерфейс (ЧМИ) — 3.3 человеко машинный интерфейс (ЧМИ): Технические средства, предназначенные для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудованием и дающие возможность оператору управлять оборудованием и контролировать его… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Человеко-компьютерное взаимодействие — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия

ГОСТ Р МЭК 60447-2000: Интерфейс человекомашинный. Принципы приведения в действие — Терминология ГОСТ Р МЭК 60447 2000: Интерфейс человекомашинный. Принципы приведения в действие оригинал документа: 3.2.2 алфавитно цифровая клавиатура: Набор клавиш, обозначенных набором символов; Примеры: буквы латинского алфавита (от А до Z);… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Человекомашинный интерфейс — (ЧМИ) (англ. Human machine interface, HMI) широкое понятие, охватывающее инженерные решения, обеспечивающие взаимодействие оператора с управляемыми им машинами. Создание систем человекомашинного интерфейса тесно связано с эргономикой, но не… … Википедия

ЧМИ — человеко машинный интерфейс … Словарь сокращений русского языка

Источник

Что такое человеко машинный интерфейс

ГОСТ МЭК 60447-2000

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Принципы приведения в действие

Man-machine interface.
Actuating principles

ОКС 01.070
13.320
ОКСТУ 0012
4252

Дата введения 2001-07-01

1 РАЗРАБОТАН Всероссийским научно-исследовательским институтом по стандартизации и сертификации в машиностроении (ВНИИНМАШ)

ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 33 «Электротехника»

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 8 декабря 2000 г. N 349-ст

3 Настоящий стандарт представляет собой аутентичный текст международного стандарта МЭК 60447-93, второе издание «Интерфейс человеко-машинный (ИЧМ). Принципы приведения в действие»

Введение

В современном оборудовании применяются различные виды органов управления для приведения в действие оборудования и процессов.

В компьютерном оборудовании широко используются органы управления (устройства ввода данных), представленные в виде функциональных или алфавитно-цифровых клавиатур, различных видов манипуляторов (например, «мышь», световое перо, сенсорное устройство указания).

Органы управления как часть человеко-машинного интерфейса могут иметь различную степень важности в диалоге между оператором и оборудованием или машиной.

Стандартизация требований (в том числе эргономических) к органам управления особенно важна в областях, где принятие мер по обеспечению безопасности крайне необходимо (например, когда в результате неправильной работы системы приведения в действие может произойти авария или когда необходимы частые или оперативные действия: при работе подъемных кранов, эксплуатации транспортных средств и др.), особенно в случаях, когда потенциально опасное оборудование используется людьми с низкой квалификацией.

Требования к органам управления и принципы приведения в действие человеко-машинного интерфейса установлены в международном стандарте МЭК 60447-93 «Интерфейс человеко-машинный (ИЧМ). Принципы приведения в действие», который входит в число основных публикаций по безопасности, принятых Международной электротехнической комиссией. Этот стандарт предназначен для применения соответствующими Техническими комитетами МЭК при разработке стандартов на конкретное оборудование, а также в случаях, когда отсутствуют стандарты на конкретное оборудование с аналогичной областью применения.

В странах ЕС действует европейский стандарт ЕН 60447:1993 «Интерфейс человеко-машинный (ИЧМ). Принципы приведения в действие», требования которого не отличаются от МЭК 60447-93.

В МЭК 60447-93 установлены основные принципы приведения в действие человеко-машинного интерфейса, обеспечивающие правильное и своевременное функционирование органов управления, безопасную и надежную работу оборудования в целом.

Установленные в МЭК 60447-93 принципы применяют при эксплуатации электрооборудования, машин или даже целого предприятия.

Разработанный на основе МЭК 60447-93 настоящий стандарт не заменяет действующие межгосударственные стандарты и государственные стандарты Российской Федерации, устанавливающие требования к органам управления, и является по отношению к ним основополагающим стандартом по безопасности, определяющим общие требования к органам управления и принципы приведения в действие человеко-машинного интерфейса.

Стандарт должен применяться при разработке и пересмотре стандартов и другой нормативной документации на оборудование, машины и технологические процессы, в которых устанавливаются требования к органам управления.

1 Область применения

Стандарт распространяется на органы управления различных видов: от простых (например, кнопочные переключатели) до сложных, состоящих из технических средств, предназначенных для управления большими комплексами электрического и неэлектрического оборудования или технологическими процессами.

При отсутствии специальных ограничений требования стандарта могут применяться к органам управления, приводимым в действие не только вручную, но и другими частями тела человека, например к органам управления, приводимым в действие ногой.

Стандарт устанавливает основные принципы приведения в действие ЧМИ, обеспечивающие нормальное функционирование органов управления, безопасную и надежную работу оборудования.

Установленные стандартом принципы приведения в действие ЧМИ применяют при эксплуатации оборудования или даже целого предприятия в любых режимах работы.

В случаях, если не затрагиваются аспекты безопасности, в стандартах и других нормативных документах, в которых устанавливаются требования к органам управления, могут иметь место определенные исключения приведенных в настоящем стандарте требований, а также могут быть установлены дополнительные требования, обусловленные спецификой применения оборудования.

Требования настоящего стандарта являются обязательными.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована ссылка на ГОСТ Р МЭК 60073-2000 Интерфейс человеко-машинный. Маркировка и обозначения органов управления и контрольных устройств. Принципы кодирования информации.

3 Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 орган управления: Часть системы приведения в действие, которая принимает воздействие человека.

3.1.1 однофункциональный орган управления: Один или несколько органов управления, результат действия которого приводит к одному конечному результату (например, перемещение в определенном направлении или расположение).

3.1.2 многофункциональный орган управления: Один или несколько органов управления, результат действия которого приводит к различным конечным результатам (например, перемещение в определенном направлении и расположение).

1 Под системой приведения в действие следует понимать совокупность взаимосвязанных устройств, применяемых для достижения конкретной цели путем выполнения определенных функций.

2 Орган управления может быть в виде ручки, кнопки, кнопочного переключателя, кнопки «нажать-нажать», кнопки «нажать-отпустить», ролика, поршня, «мыши», светового пера, клавиатуры, чувствительной области экрана монитора.

3 Определение органа управления приведено в МЭК 50 (глава 441) [1], но в данном стандарте определение установлено только для случая воздействия на орган управления человека.

3.2 клавиатура: Расположение клавиш (печатных или функциональных) определенным способом.

3.2.1 цифровая клавиатура: Набор клавиш, обозначенных цифрами.

3.2.2 алфавитно-цифровая клавиатура: Набор клавиш, обозначенных набором символов;

— буквы латинского алфавита (от А до Z);

— знаки пунктуации и другая графика, если необходимо.

3.2.3 функциональная клавиатура: Набор клавиш, представляющих некоторое оборудование, машины, функции или команды.

3.3 человеко-машинный интерфейс (ЧМИ): Технические средства, предназначенные для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудованием и дающие возможность оператору управлять оборудованием и контролировать его функционирование.

3.4. сигнал: Визуальное, звуковое или осязательное обозначение передаваемой информации.

3.4.1 визуальный сигнал: Визуальное обозначение передаваемой информации посредством знаков, фигур, цветов и других средств отображения информации.

3.4.2 звуковой сигнал: Звуковое обозначение передаваемой информации посредством тона, частоты или периодичности.

3.4.3 осязательный сигнал: Ощущаемое обозначение (через осязательный орган чувств человека) передаваемой информации посредством шероховатости поверхности, очертания или специального размещения органа управления.

3.5 периферийные устройства (VDT): Оборудование, с помощью которого пользователи взаимодействуют с компьютерной системой. Это определение подразумевает как монитор (VDU) (устройство вывода информации), так и устройства ввода информации в компьютерную систему (чаще всего клавиатура). Определение также подразумевает любое другое электронное оборудование (например, «мышь», световое перо, трекбол), требуемое для работы компьютерной системы.

3.6 двухкоординатный контроллер (VDU контроллер): Манипулятор, предназначенный для выбора специфической области на экране монитора, который представляет собой некоторое оборудование или устройство для выдачи команды.

4 Общие требования

4.1 Основные принципы

4.1.1 Применение принципов приведения в действие, конструктивное расположение и последовательность функционирования органов управления должны рассматриваться на стадии разработки и проектирования оборудования.

Тип, форма и размер органа управления, а также его расположение должны быть выбраны таким образом, чтобы он отвечал требованиям назначения, обслуживания и условий эксплуатации. Также должны быть приняты во внимание навыки пользователей, ограничения в маневренности, аспекты эргономики и требуемый уровень предотвращения возможности выполнения непреднамеренной операции.

4.1.2 Органы управления должны быть однозначно идентифицируемы (см. раздел 6) при всех указанных состояниях и размещены так, чтобы допускать безопасное и своевременное выполнение операций.

4.1.3 Орган управления должен выполнять только команды, соответствующие заданным целям его применения.

4.1.4 Действия пользователей не должны приводить к неопределенному или опасному состоянию оборудования или процесса.

4.1.5 Органы управления и связанные с ними контрольные устройства должны размещаться согласно требованиям настоящего стандарта и быть функционально взаимосвязаны.

4.1.6 Метод диалога, используемый в ЧМИ, должен принимать во внимание аспекты эргономики, соответствующие конкретной задаче.

4.1.7 Для исключения опасных последствий, связанных с ошибками оператора, рекомендуется обеспечить:

— определенный приоритет команд (например, команда «СТОП» имеет более высокий приоритет, чем команда «ПУСК»);

— упрощение последовательности функционирования органа управления (например, при помощи автоматизации);

— блокировку управления (например, управление двумя руками);

— функционирование в толчковом режиме.

4.1.8 Органы управления должны быть логически сгруппированы согласно их эксплуатационной или функциональной взаимосвязи необходимым для обеспечения управления оборудованием. Указанный принцип должен соблюдаться во всех областях применения оборудования.

Расположение органов управления должно быть выполнено таким образом, чтобы упростить его идентификацию и минимизировать вероятность неправильного приведения в действие, являющуюся результатом ошибки оператора.

Должны быть использованы один или несколько из следующих принципов группировки органов управления:

— группировка по функции или взаимосвязи;

— группировка по последовательности применения;

— группировка по частоте применения;

— группировка по приоритетам;

— группировка по процедурам функционирования (нормальное или критическое состояние);

— группировка по моделированию схемы предприятия (машины).

Принципы группировки должны быть совместимы с навыками пользователя, приобретенными им в результате обучения.

Не должны применяться зеркальные и симметричные схемы панелей с расположенными на них органами управления, контроллерами и средствами отображения информации.

Связанные группы органов управления должны размещаться согласно их уровню приоритета, например:

Источник

Что такое человеко машинный интерфейс

ГОСТ IEC 60447-2015

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ БЕЗОПАСНОСТИ, МАРКИРОВКА И ИДЕНТИФИКАЦИЯ

Basic and safety principles for man-machine interface, marking and identification. Actuating principles

Дата введения 2016-10-01

Цели, основные принципы и порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации» (ОАО «ВНИИС») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Евразийским советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 29 сентября 2015 г. N 80-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 октября 2015 г. N 1510-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60447-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 октября 2016 г.

Международный стандарт разработан техническим комитетом по стандартизации IEC/TC 16 «Основополагающие принципы построения и обеспечения безопасности человеко-машинного интерфейса, маркировки и идентификации».

Перевод с английского языка (en).

Сведения о соответствии межгосударственных стандартов ссылочным международным стандартам приведены в дополнительном приложении ДА.

Введение

Исполнительные механизмы, являющиеся частью человеко-машинного интерфейса, могут отличаться по степени значимости для организации диалогового взаимодействия между оператором и оборудованием или машиной.

Подлежат рассмотрению также и эргономические аспекты.

В настоящем стандарте применены следующие шрифтовые выделения:

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие принципы приведения в действие исполнительных механизмов с ручным управлением, образующих часть человеко-машинного интерфейса электрооборудования, нацеленные на обеспечение:

— повышенной безопасности (например, для персонала, имущества, окружающей среды) путем создания безопасных условий эксплуатации оборудования;

— удобного и своевременного включения исполнительных механизмов в работу.

Эти принципы применимы не только к управлению работой электрического оборудования, машин или предприятия в целом в нормальном режиме функционирования, но и в случае неисправностей или аварийных ситуаций.

Стандартом устанавливаются также связи между функцией органа управления и направлением его действия или местоположением относительно других рабочих органов.

При отсутствии каких-либо конкретных правил настоящий стандарт может применяться также к органам управления, которые приводятся в действие иными частями человеческого тела, чем рука (например, к устройствам с ножным управлением).

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты*:

IEC 60050(721) International electrotechnical vocabulary; chapter 721: telegraphy, facsimile and data communication (Международный электротехнический словарь (IEV). Глава 721. Телеграфия, факсимильная связь и передача данных)

IEC Guide 104 The preparation of safety publications and the use of basic safety publications and group safety publications (Подготовка публикаций по безопасности и использование основополагающих и групповых публикаций по безопасности)

ISO/IEC Guide 51 Safety aspects. Guidelines for their inclusion in standards (Аспекты безопасности. Руководящие указания по включению их в стандарты)

3 Термины и определения

В настоящем документе применяются термины и определения, представленные ниже.

1 Орган управления может иметь форму ручки, рукоятки, нажимной кнопки, кнопки с двойным последовательным нажатием, нажимно-отжимной кнопки, ролика, плунжера, мыши, светового пера, клавиатуры, сенсорного экрана и др.

2 Определение органа управления основывается на термине IEV 441-15-22 и для целей данного стандарта сужено до области ручного управляющего воздействия.

3.1.1 однофункциональный орган управления (monofunction actuator): Один или группа органов управления, которые совместно приводят к получению одного конечного результата (например, вследствие перемещения их в определенном направлении или создания конкретной конфигурации их расположения).

3.1.2 многофункциональный орган управления (multifunction actuator): Один или множество органов управления, которые попеременно приводят к получению разных конечных результатов (например, вследствие перемещения их в определенном направлении или создания конкретной конфигурации их расположения).

3.2 клавиатура (keyboard): Совокупность клавиш (символьных или функциональных), размещенных определенным образом.

3.2.1 цифровая клавиатура (numeric keyboard): Совокупность клавиш, представляющих числа.

3.2.2 буквенно-цифровая клавиатура (alphanumeric keyboard): Совокупность клавиш, представляющих набор символов, например:

— букв латинского алфавита (от А до Z);

— непечатаемого знака пробела;

— знаков пунктуации и других графических знаков, если они требуются.

3.2.3 функциональная клавиатура (function keyboard): Совокупность клавиш, представляющих определенное оборудование, машины, функции или команды.

3.3 человеко-машинный интерфейс (man-machine interface (MMI)): Части оборудования, предназначенные для обеспечения прямого взаимодействия между оператором и оборудованием и позволяющие оператору осуществлять управление и контроль за работой оборудования.

3.4 сигнал (signal): Визуальное, звуковое или тактильное сообщение, несущее информацию.

3.4.1 визуальный сигнал (visual signal): Сообщение, передаваемое посредством изменения яркости, контрастности, цвета, формы, размеров или положения.

3.4.2 звуковой сигнал (acoustic signal): Исходящее из источника звука сообщение, передаваемое посредством изменения тона, частоты и интервала прерывания.

3.4.3 тактильный сигнал (tactile signal): Сообщение, передаваемое посредством изменения вибрации, силы, текстуры поверхности, контура или положения объекта.

3.6 двухкоординатный контроллер видеодисплея (XY-VDU controller): Свободно перемещаемый орган управления для выбора конкретной области экрана, которая представляет определенный объект оборудования или команду.

3.7 сообщение (message): Группа символов и функциональных управляющих последовательностей, передаваемая как единое целое от передатчика к приемнику; порядок следования символов задается на передающем конце.

4 Общие требования

4.1 Основные принципы

Источник

HMI как интеллектуальные периферийные устройства

Программное обеспечение HMI можно использовать для создания ценности из быстро увеличивающегося объема промышленных данных. По сведениям корпорации International Data Corp. (IDC), в 2025 г. каждый день будет создаваться 463 Эбайт (1 Эбайт равен 1 квинтиллиону байт) данных [1]. При этом большая часть этих данных будет передана следующими устройствами и технологиями:

Устройства всех перечисленных выше типов продолжают добавлять в свою структуру датчики, а большее число используемых датчиков, естественно, ведет и к большему объему собранных данных. Экспоненциальный рост только одних промышленных систем уже опережает доступную пропускную способность сети. Большая часть данных от машин и процессов остается неиспользованной, но получение доступа к этим сведениям имеет решающее значение для получения ценной бизнес-информации, буквально ее кладезем.

Эффективно использовать данные помогает их обработка с помощью программного обеспечения HMI, развернутого рядом с источником таких данных. Для этого роль HMI должна эволюционировать

Новые роли для программного обеспечения HMI

Программное обеспечение HMI, установленное на периферийных устройствах, должно соответствовать постоянно растущим требованиям к тому, как все типы данных должны быть получены, отсортированы, проанализированы и уточнены. Огромный объем собираемых данных означает, что важную роль в общем плане цифровой трансформации для более разумных операций на операционном уровне должны играть передовая аналитика и машинное обучение.

HMI, как правило, работают с такими источниками данных, как ПЛК и датчики. Традиционно HMI использовались в качестве инструмента визуализации, а иногда и в качестве сборщика данных, просматриваемых на специальной панели управления, мобильном устройстве или в веб-браузере. Современные HMI по-прежнему должны выполнять эти роли, но также собирать данные в реальном времени, хранить их локально для дальнейшего анализа и использовать для поиска закономерностей и выводов, необходимых для составления прогнозов (рис. 1).

Рис. 1. Традиционные HMI технологического и производственного оборудования использовались только для визуализации, но новые продукты, такие как SmartView от компании ADISRA, поддерживают хранение и анализ данных непосредственно на периферии.
Все изображения предоставлено компанией ADISRA

Сейчас HMI развиваются как источник данных для обеспечения машинного обучения в реальном времени. Соответственно, для обучения моделей данные процесса временного ряда должны коррелировать с данными о нарушениях процесса и сопровождающих их событиях. Это позволяет таким моделям определять качество продукта в ходе производства или прогнозировать состояние критически важного оборудования. Модели машинного обучения работают лучше всего, когда для них доступны большие объемы данных с высокой точностью. Прогнозное техническое обслуживание возможно только тогда, когда эти модели заранее обнаруживают отклонения от обычного поведения и указывают на возможный надвигающийся отказ, способный привести к простою оборудования производственной линии или машины.

Четыре способа проверить качество промышленных данных

Чтобы перейти от необработанных данных к аналитическим, человеко-машинный интерфейс должен анализировать входящие сведения от физических активов предприятия и промышленных элементов управления и хранить их в организованном порядке. Решающую роль в закладке основы, необходимой для прогнозного моделирования, играет объединение исторических данных с данными, поступающими в реальном времени.

Модели машинного обучения разрабатываются путем изучения достаточного количества данных, представляющих довольно разно­образный набор, чтобы охватить как можно больше примеров успеха и неудач в соотношении, например, 70/30 (успех/неудача).

Для того чтобы подобрать правильный набор данных с проверенным качеством, требуется время. Также их нужно очистить следующим образом:

При выполнении анализа числовых данных (они необходимы для выявления тенденций) поисковыми методами может быть выброшен большой объем исторических данных, но часто требуется получать и новые текущие данные. При этом пользователи должны убедиться, что обучающий набор не имеет встроенной систематической ошибки. Только после подтверждения достоверности данных можно создавать и применять модели машинного обучения.

Как правильно построить модель машинного обучения

Данные, собранные в реальном времени, поддерживают построение и уточнение модели машинного обучения. Сейчас ведутся споры о том, должно ли после создания модели машинного обучения каждое пограничное устройство иметь возможность изменять модель машинного обучения или такие обновления должны контролировать исключительно люди.

Преимущество возможности изменять модель каждому периферийному устройству состоит в том, что они могут адаптироваться. Однако следствием динамического изменения модели является то, что модели машинного обучения для каждого граничного устройства могут различаться. Последовательно обновляемые модели с большей вероятностью сведут к минимуму проблемы с их поддержкой.

Большинство пользователей начинают процесс разработки модели с контролируемого обучения таким алгоритмам, как линейная регрессия, логистическая регрессия и нейронные сети. Большая часть сегодняшней практической ценности модели — это обучение под контролем человека или как минимум под его наблюдением. Затем уже можно приступить к применению методов глубокого обучения на основе одних лишь данных.

Когда модель машинного обучения находится в приемлемом с точки зрения ее «разумности» состоянии, ее можно развернуть на граничном устройстве, где она сможет работать с данными в реальном времени и искать аномалии. При обнаружении каких-либо аномалий HMI может уведомить пользователя, отправив сигнал тревоги.

Архитектура современного HMI, пограничная аналитика

Роль современного HMI заключается не только в сборе данных, но и в идентификации элементов, событий или наблюдений, не соответствующих ожидаемому шаблону. У такого HMI есть хорошие возможности не только для того, чтобы делать выводы на основе данных и обнаруживать те или иные аномалии, но и для отправки аварийных сигналов через экран, в виде текстовых сообщений или отправления электронных писем оператору о фактических или потенциальных проблемах.

Выполняя обнаружение ближе к источнику данных, человеко-машинный интерфейс позволяет реализовать более раннее оповещение без задержки, свойственной отправке данных в облако. HMI может находить известные шаблоны, способные привести к обнаружению отказа на критически важном элементе оборудования, при этом и логический вывод, и действия на этом уровне обрабатываются локально (рис. 2).

Рис. 2. Расположенные на периферии HMI хорошо подходят для выполнения аналитики и быстрой доставки сообщений и сигналов тревоги пользователям

HMI также могут выполнять и предварительную обработку данных. Благодаря расположению HMI на периферии, его возможности по созданию и генерации выводов в реальном времени он может классифицировать, обнаруживать и сегментировать данные перед их отправкой в облако. Это обеспечивает эффективность восходящей обработки и упрощает организацию сети.

Однако концепция, в рамках которой пограничное устройство должно передавать необработанные, агрегированные или прогнозные данные в облако для дальнейшей аналитики, несколько спорна. Для оптимизации моделей машинного обучения в высоко­уровневых или облачных системах потребуются необработанные данные максимальной точности. К сожалению, это может создать для пользователя техническую (аппаратную и сетевую) нагрузку и привести к финансовым затратам.

Необходимость в фильтрации промышленных данных

Основываясь на оценке корпорации IDC, что к 2025 г. ежедневно будет создаваться 463 Эбайт данных, о чем было сказано в начале статьи, пользователи должны принимать осторожные решения о передаче данных, исходя из объема хранилища и пропускной способности сети, необходимой для обновления данных в том месте, где они необходимы для анализа (рис. 3).

Рис. 3. HMI SmartView от компании ADISRA выходит за рамки простой визуализации и помогает OEM-производителям и конечным пользователям управлять передачей данных и выполнять аналитику машинного обучения

Подход на основе необработанных данных предоставляет лучшие базовые данные для моделей машинного обучения. Однако из-за того, что создается огромный объем информации, в этом случае может быть физически сложно передать данные в реальном времени. Когда агрегированные или прогнозные данные в реальном времени предварительно обрабатываются на границе и передаются, объем для передачи ниже. Впрочем, пользователи должны знать, что этот подход может фильтровать или скрывать информацию, позволяя предвзятости проникать в модель машинного обучения.

Другой вариант — отправка агрегированных или прогнозных данных в реальном времени и настройка другого канала для отправки необработанных данных с меньшей скоростью. Потенциальным недостатком является то, что при таком подходе очередь связи может быть быстро заполнена.

Экономические затраты на приобретение пропускной способности сети и устройств хранения должны быть сбалансированы с доступными техническими практическими задачами, такими как определение достаточной стабильности сети. Эти факторы будут влиять на то, где можно развернуть машинное обучение: на границе, в облаке или в обеих точках сразу. Здесь необходим поход на основе функционально-стоимостного анализа.

Расширенная аналитика в HMI и обнаружение аномалий

С помощью современных HMI возможна расширенная аналитика. Большая часть мировых данных —- это потоковые данные и данные временных рядов, аномалии которых предоставляют важную информацию, указывающую на критические ситуации. Существует множество вариантов использования HMI для обнаружения аномалий, включая основу профилактического и прогнозного технического обслуживания, обнаружения неисправностей и мониторинга текущего состояния технологического и производственного оборудования, а также отдельных критически важных машин и механизмов.

Аномалии определяются как момент времени, когда поведение системы становится необычным и сильно отличается от ее поведения в прошлом. Аномалии могут быть пространственными (значение выходит за пределы типичного диапазона) или временными (значение не выходит за пределы типичного диапазона), но последовательность, в которой они возникают, необычна. Метки состояний могут быть связаны с аномалиями и классифицировать их как временные или пространственные. Система аварийной сигнализации также может назначать взвешенные значения для прогнозирования отказа на основе приоритета, важности и частоты.

Любой современный HMI также должен изначально поддерживать механизмы для отправки и получения сообщений с отслеживанием состояния и гарантировать актуальность и достоверность данных удаленного устройства. Связь с отслеживанием состояния может быть обеспечена с помощью таких протоколов, как MQTT (Message Queue Telemetry Transport — легкий сетевой протокол, работающий поверх TCP/IP) и Kafka (распределенный программный брокер сообщений, проект с открытым исходным кодом), а управление состоянием — спецификацией Sparkplug B.

Данные, попавшие в облако, можно агрегировать и объединить с данными из нескольких источников. Ценность здесь заключается в том, что пользователи могут рассматривать несколько операций или весь парк оборудования вместе, независимо от их физического местоположения. Облачную фильтрацию и аналитические модели можно использовать для уточнения данных в рамках глубокого анализа с целью прогнозирования поведения и тенденций, таких как среднее время наработки на отказ (MTBF) или окончание срока службы машин. Затем эту информацию можно развернуть обратно в модели машинного обучения, расположенные на периферии и работающие в HMI, чтобы улучшить работу этих моделей.

Пять требований к современным HMI

Если прогноз корпорации IDC хоть сколько-нибудь близок к правильному, то роль HMI будет возрастать и необходимо соответствующим образом их развить, чтобы вместить огромные объемы данных. Современные HMI могут подключаться к большому количеству машинных данных, чтобы:

Это новая роль HMI, поскольку развертывается все больше датчиков, а зависимость от машин продолжает расти. Критический характер и функции этих машин будут расширяться, и человеко-машинный интерфейс станет мозгом интеллектуальной периферии.

Источник