W przemyśle popularnych jest kilka rodzajów ekranów HMI. Są to wyświetlacze, które prezentują dane w postaci: tabel i tekstów, schematów, wykresów i z elementami graficznymi przekazującymi dodatkowe informacje. Ekrany z danymi tabelarycznymi są najłatwiejsze do zaprojektowania. Ten typ wyświetlaczy jest preferowany, jeżeli możliwości graficzne systemu są ograniczone. Najlepiej sprawdzi się, jeśli liczba wartości do zaprezentowania jest stosunkowo niewielka.
Schematy i wykresy
Kolejny sposób polega na przedstawieniu diagramu przepływu rzeczywistego procesu, na który są nanoszone, na bieżąco aktualizowane, wartości wielkości mierzonych. Na takim schemacie zatem równocześnie pokazywane są kontrolery, obiekty sterowania oraz połączenia między nimi wraz z parametrami charakteryzującymi ich stan. Ułatwia to zorientowanie się w szczegółach procesu.
Poza tym operator może szybciej, bo odruchowo, zareagować w sytuacji wymagającej interwencji. Przykładowo, jeżeli poziom napełnienia zbiornika rośnie, co pokazuje wskaźnik słupkowy na jego obrazie, intuicyjne działanie to zmiana natężenia przepływu na wylocie zbiornika poprzez regulację nastaw przypisanego mu na schemacie zaworu. Wizualne skojarzenie zbiornika i regulatora zaworu przez ich umieszczenie obok siebie jest czytelniejsze niż taka informacja tekstowa albo podana w wersji stabelaryzowanej.
Dane przedstawiane na wyświetlaczu w postaci wykresu pozwalają na analizowanie trendów. Choć bowiem schematy umożliwiają zlokalizowanie danej zmiennej w procesie i poznanie jej aktualnej wartości, nie informują o tym, jak zmienia się ona w czasie. Wiedza o tym ostatnim zwiększa pole manewru. Na przykład więcej czasu na reakcję będzie miał operator obserwujący stopniowy wzrost poziomu napełnienia zbiornika niż ten nagle zaalarmowany o przekroczeniu wartości granicznej. Ponadto umieszczenie na jednym ekranie wielu wykresów pozwala lepiej ocenić stan procesu niż analizowanie wielu wskaźników niezależnie.
Projektowanie ekranów HMI
Ekrany interfejsów człowiek–maszyna należy projektować tak, by rozwijać świadomość sytuacyjną operatora, czyli jego zdolność do nadawania sensu odbieranym informacjom i przewidywania na ich podstawie tego, co się może w danym procesie wydarzyć w przyszłości. Dalej podpowiadamy, na jakie cechy należy zwrócić uwagę w przypadku monitora HMI ze schematami procesu/instalacji.
Taką kwestią są używane kolory. Kluczowe znaczenie ma barwa tła. Aby uniknąć zmęczenia oczu, które może wystąpić, kiedy operator przenosi wzrok z otoczenia na wyświetlacz, ten powinien mieć podobną wypadkową jasność. Szare tło pozwala spełnić ten warunek, a jednocześnie inne barwy są na nim dobrze widoczne.
Kolory powinny być stosowane konsekwentnie i mieć przypisane znaczenie. Należy unikać jasnych kolorów podstawowych, jeżeli nie wskazują na sytuację awaryjną, na którą operator ma obowiązek zareagować. W szczególności kolor czerwony nie może być używany do oznaczenia "normalnego" stanu. Lepiej, jeżeli w akceptowalnych warunkach, gdy nie ma potrzeby interwencji człowieka, na wyświetlaczu dominują odcienie szarości. Wówczas bowiem łatwiej można dostrzec migający na czerwono wskaźnik, niż w przypadku gdy cały schemat jest pokolorowany i dominują na nim jasne barwy o dużym kontraście.
Ponadto przebieg procesów jest bardziej oczywisty, jeśli kolory odpowiadają specyfice materiałów albo ich kluczowych cech, jak temperatura czy stan skupienia. Przykładowo, przedstawiając na schemacie podgrzewacz, warto innymi kolorami oznaczyć linie, którymi dopływa woda, a innymi linie doprowadzania pary i linie odprowadzania kondensatu.
Stonowane kodowanie kolorami można także zastosować dla pokazania, że pewne elementy mają podobne parametry, na przykład, że w kilku zbiornikach panuje zbliżone ciśnienie.
Projektując ekran HMI, należy pamiętać, aby w celu zwrócenia uwagi na zaistnienie nieprawidłowej sytuacji nigdy nie polegać wyłącznie na kolorze, ponieważ nie wszyscy z jednakową dokładnością dostrzegają różnice pomiędzy barwami. Dlatego sama zmiana koloru wskaźnika albo jego tła na przykład na czerwono nie wystarczy. Dodatkowo powinna zostać wyświetlona migająca ramka lub jednoznacznie rozpoznawalny przez operatora symbol reprezentujący stan alarmowy.
Prostota przede wszystkim
Schematy nie powinny być zbyt zagęszczone. Lepiej ograniczyć ilość jednorazowo wyświetlanych informacji do niezbędnego minimum, na najwyższym poziomie przedstawiając główne elementy procesu i najważniejsze zmienne go charakteryzujące, a te pomocnicze rozdzielając na kilka widoków, które można rozwinąć w razie potrzeby. Treści prezentowane na ekranie będą dzięki temu bardziej uporządkowane i w efekcie lepiej zrozumiałe.
Schematy powinny również jak najbardziej odzwierciedlać rzeczywiste obiekty sterowania. Jeśli na przykład dwa elementy instalacji w rzeczywistości ze sobą sąsiadują, także na schemacie powinny zostać umieszczone jak najbliżej, nawet jeżeli trudno jest takie dwie ikony umieścić obok siebie (z powodu braku miejsca, względów estetycznych itp.). Ułatwi to operatorom zorientowanie się w szczegółach operacji i zależności między komponentami systemu, zwłaszcza tym, którzy pracowali w terenie.
Nie należy natomiast przesadzać z odwzorowywaniem szczegółów sprzętów. Wraz ze wzrostem możliwości technik graficznych można ulec pokusie tworzenia realistycznych, teksturowanych widoków 3D, ale zazwyczaj pogarsza to funkcjonalność ekranów, ponieważ "ładne obrazki" rzadko niosą jakąś wartość dodaną, natomiast mogą rozpraszać operatorów. Dotyczy to również animacji. Wirujący wirnik lub błyskający płomień jako elementy ruchome będą naturalnie przyciągać wzrok operatora, jednocześnie jednak odwracając jego uwagę od statycznych komponentów. To może skutkować spóźnioną reakcją na alarm wymagający interwencji.
Zmienne, etykiety, wiele ekranów
Projektując ekran schematu należy wizualnie zróżnicować wartości zmieniające się dynamicznie i etykiety. Te pierwsze powinny być bardziej widoczne, dzięki większemu rozmiarowi czcionki i/lub jej pogrubieniu.
Poza tym wartości kluczowych parametrów powinny być wyświetlane z ograniczoną liczbą miejsc po przecinku, bez względu na to, z jaką dokładnością są one w rzeczywistości mierzone. Nadmierna precyzja w tym zakresie przeważnie nic nie wnosi, a może operatora dezorientować.
O ile nie zagęści to nadmiernie ekranu, dobrze jest, jeżeli obok cyfr wyświetlane są elementy graficzne, jak słupek albo tarcza miernika. Ikony takie warto wykorzystać na przykład do pokazania stosunku bieżącej wartości do dopuszczalnego zakresu zmienności wartości danej wielkości.
Wartości procesowe zmieniające się w czasie rzeczywistym muszą być zrozumiale i jednoznacznie umiejscowione na schemacie. Oznacza to, że na przykład jeżeli w rzędzie wyświetlone są cztery zbiorniki, to informacja o poziomach ich zapełniania powinna być umieszczona na nich lub po nimi, a nie zbiorczo i gdzieś z boku albo co gorsza między dwoma zbiornikami – wówczas operator może się zastanawiać, czy dana wartość dotyczy zbiornika po lewej, czy po prawej stronie. Przestrzeganie tej zasady pomaga w wizualizacji procesu i właściwej interpretacji prezentowanych informacji.
Jeżeli HMI składa się z kilku wyświetlaczy, oprócz możliwości szybkiej interpretacji informacji na jednym monitorze, ważne jest, aby operator mógł bez problemu obsługiwać wiele ekranów. W tym celu należy zachować tę samą liczbę, funkcjonalność i lokalizację przycisków nawigacyjnych na każdym z nich. W sytuacjach awaryjnych spójność nawigacji ma krytyczne znaczenie. Ponadto ekrany należy pogrupować w logicznej i hierarchicznej kolejności.
Monika Jaworowska
