INTERFACCIA UOMO-MACCHINA PER LA SMART FACTORY

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SISTEMI DI CONTROLLO

UN APPROFONDIMENTO SULLE LINEE DI SVILUPPO DELL’INTERFACCIAMENTO TRA UOMO E MACCHINA CON PARTICOLARE RIFERIMENTO ALLE NUOVE ESIGENZE

DELLA FABBRICA INTELLIGENTE.

L’

Aldo Cavalcoli

abbinamento dell’interfaccia uomo-macchina con le esigenze di una Smart Factory è stato sviluppato con un articolo sul numero di ottobre 2016 di Automazione Integrata. Con questa indagine ci siamo posti l’obiet-tivo di conoscere le opinioni dei play-er di mercato, approfondendo con lo-ro le prospettive di sviluppo dei siste-mi HMI

Come si può definire oggi un sistema HMI allo stato dell’arte? Quali i trend tecnologici?Con l’affermazione di Windows 10 e la progressiva di-smissione di Windows 7, Paolo Fiorani, General Mana-ger di Progea, ritiene sia oggi possibile affermare che lo stato dell’arte delle tecnologie HMI passa attraverso l’uso intrinse-co delle più moderne tecnologie offerte nativamente dai nuovi sistemi operativi e come esempio cita il nuovo mo-tore di rendering grafico vettoriale WPF (Windows Pre-sentation Foundation). A questo si somma l’interattività multitouch che può arrivare alla manipolazione dei sin-goli oggetti grafici di un sinottico. Queste soluzioni por-tano poi a integrare anche applicazioni per la realtà au-mentata tra cui spicca HoloLens di Microsoft. La disponibilità di Windows 10 IoT, versione enterprise e core, consente di distribuire applicazioni HMI anche su dispositivi low-end, come piccoli pannelli embedded e addirittura device basati su architetture minimali con il Raspberry PI. Fiorani cita poi la tecnologia OPC UA, indi-spensabile per rendere il sistema HMI integrato in ambi-to Industry 4.0. “In questo contesto si colloca la strategia di Progea, imperniata sulla nuova generazione di piatta-forma modulare Movicon.NExT”.

Smart Manufacturing posiziona l’operatore al centro del processoI sistemi HMI variano molto in prestazioni e tecnologia secondo l’applicazione, ma per Roberto Didoni, Tecnico R&D di Sigmamotion, tutti devono essere resistenti, velo-ci e soprattutto intuitivi. “Il mercato si sta orientando su schermi multitouch capacitivi, il controllo da remoto che ne consente il monitoraggio a distanza e la possibilità di interazione dinamica da parte dell’operatore”. Secondo Davide Schito, Product Specialist di Telestar, un HMI per un contesto “smart”, non può prescindere dall’essere in-serito in una rete a base IP. “Diventa realizzabile non so-lo la connessione con i PLC ma anche con sistemi di su-pervisione PC-based, nonché con smartphone e tablet, con soluzioni hardware e software già integrate che per-mettano una connessione facile, veloce e sicura”. Il trend

Smart Manufacturing posiziona l’operatore al centro del proces-so, afferma Marco Zampolli, Industrial Automation Pro-duct Sales Manager di Avantech, come parte attiva nel flusso operativo. “Advantech ha sviluppato la tecnologia iDoor che permette di equipaggiare qualsiasi dispositivo di tutta una serie di opzioni, più di 38 a catalogo. Impor-tante sicuramente la sicurezza: l’autentificazione dell’o-peratore con tecnologie sicure e di facile utilizzo come NFC, e la sicurezza dell’hardware incorporando tecno-logie avanzate di controllo da remoto e di white listing. Tutte queste caratteristiche sono embedded nella nuova serie di Automation Panel PC di Advantech, la famiglia TPC”. Luca Zappaterra, Head of HMI products di Sie-mens Italia, evidenzia gli schermi wide screen che han-no soppiantato quasi definitivamente il formato 4:3, l’alta risoluzione e la maggiore profondità dei colori che han-no preso il posto dei formati video precedenti, e l’im-prescindibilità del collegamento remoto. “L’avvento degli

Un’offerta di soluzioni

modulari basate sulle tecnologie

di domani PAOLO FIORANI,

General Manager di

Progea.

Sistemi HMI maneggevoli per l’operatore, con comunicazione

WiFi ROBERTO DIDONI,

Tecnico R&D di Sigmamotion

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smartphone ha poi introdotto una nuova modalità di in-terfacciamento tramite il tocco dello schermo: le gestua-lità dei comandi sono talmente intuitive che il loro uti-lizzo ha trovato subito applicazione anche in ambito in-dustriale, e grazie al WiFi i dispositivi portatili come i ta-blet sono probabilmente da considerarsi, anche se non a breve, la prossima frontiera dell’interfaccia HMI”. Secon-do Roberto Zenoni, Product & Industry Marketing Mana-ger PLC, HMI & SW di Omron Electronics, la definizione di interfaccia operatore è in continua evoluzione seguen-do i trend tecnologici dettati dall’evoluzione degli ambien-ti consumer. Rimane valida la ragione di fondo dell’inter-faccia operatore che è la semplificazione dell’interazione tra umano e macchina, cambiano le informazioni sem-pre più complesse che devono essere gestite e la moda-lità con cui l’uomo si aspetta di comandare la macchina. “Funzioni di riconoscimento facciale e gestuale piuttosto che visua-lizzazioni tridimensionali o studi di intelligenza artificiale già presenti in alcune tecnologie Omron sicuramente andranno a in-fluenzare l’HMI”.

Una revisione delle comunicazione tra i dispositivi in retePer Franco Andrighetti, Managing Director di EFA Au-tomazione, l’acronimo HMI dovrebbe evolvere in WMI (Web Machine Interface), o meglio ancora in CMI (Cloud Machine Interface). Il progressivo affermarsi dell’Indu-strial Internet Of Things porta a una revisione delle co-municazione tra i dispositivi in rete, non più Master/Sla-ve o Client/Server, ma tramite sistemi Cloud-based per un interscambio secondo i principi dell’IIoT: Publisher, Broker, Subscriber. “In tal modo qualunque dispositivo di campo è in grado di pubblicare dati in realtime e in mo-dalità sicura (Publisher) verso il Cloud, dove un distribu-tore (Broker) si occuperà di rendere disponibile i dati alle parti interessate (Subscriber). E nessuno strumento può rendere disponibili i dati verso il Cloud meglio di un HMI”. Per Mau-ro Galano, Solution Architect di Rockwell Automation, i punti car-dine delle soluzioni HMI di oggi, e base per le evoluzioni di doma-ni, sono: connettività, consolidata sulla rete Ethernet con il protocollo Ethernet/IP; scalabilità, per una perfetta “cal-zabilità” al singolo caso applicativo; mobilità, una della carte fondamentali su cui si basa la sfida dell’HMI nella Connected Enterprise. “Con la mobilità si affaccia il pro-blema della sicurezza, da rinforzarsi a livello sia di dispo-sitivo che di rete/infrastuttura. Ritengo infine che uno dei punti vincenti è quello della facilità d’uso: sia per quan-to riguarda sviluppo e manutenzione delle applicazioni, sia come interazione diretta fra uomo e macchina tramite il terminale”. Simone Brisacani, Sales Product Manage-ment Electric Drives Controls DCIT/SPC, Bosch Rexroth, indica come caratteristiche hardware più richieste i di-splay multi touch scalabili, performanti e di dimensioni maggiori rispetto a prima. “Un criterio di valutazione che

incide sul successo è la user experience: sempre più le piattaforme HMI dovranno rispecchiare le tipiche gestu-re di uno smarphone o tablet, integrare funzionalità di connettività su più livelli e garantire una totale indipen-denza da piattaforma hardware e sistema operativo”. La vera differenza tra i sistemi di supervisione usati finora e quelli del domani sta nel definire chi e cosa debba esse-re al centro del progetto, sostiene Francesco Tieghi, Re-sponsabile Digital Marketing di ServiTecno. “Fino a ieri si parlava UI, User Interface, oggi si parla di UX, User Ex-perience, modalità di navigazione studiata per elimina-re sprechi di tempo e permettere all’operatore di rilevare eventuali anomalie e passare alla successiva schermata immediatamente. La creazione di interfacce con queste caratteristiche è la base di una buona programmazione, ma non si può prescindere dal supporto di nuovi disposi-

tivi di diverse tipologie: smartphone e tablet sono oramai parte del-le architetture in essere”.

Una sempre più semplice interazione con l’utenteGiovanni Mandelli, Product Manager PLC, HMI di Mitsu-bishi Electric, evidenzia come si stia vivendo il passag-gio a schermi widescreen con risoluzioni sempre mag-giori, la tecnologia touch capacitiva sta iniziando a es-sere applicata anche all’industria, le funzionalità gestua-li e multitouch stanno rendendo le interfacce più intu-itive ed efficaci, si sta diffondendo la connettività wire-less e si sta vivendo un’apertura verso il modo internet e Cloud. “Le funzionalità estese dei nuovi terminali opera-tore grafici vanno oltre il monitoraggio e la visualizzazione e sono rivolte a una riduzione dei tempi di fermo impian-to, al rapido ripristino in seguito a guasti e a un aumento della produttività. I nostri HMI di nuova generazione so-no in grado di visualizzare più che solo dati, consentendo di guardare distintamente al processo d’automazione per

risolvere tipici problemi che generalmente inducono una riduzio-ne dell’efficienza delle apparecchiature”. Un sistema HMI allo stato dell’arte, ci dice Marco Caliari, Technical & Solution Manager, Indu-

stry Manager Automotive, Control & Industry Solutions di Phoenix Contact, dovrebbe garantire una sempre più semplice interazione con l’utente, “Ciò significa eredita-re caratteristiche tipiche di dispositivi consumer, già oggi presenti sui PC Industriali. I processori saranno sempre più derivati da piattaforme di tipo mobile, che consenta-no buone prestazioni con costi più contenuti rispetto ai PC Industriali. Un HMI di livello medio-alto potrebbe an-che essere usato per sostituire un eventuale PC, laddo-ve la potenza di calcolo di un PC non sia completamen-te sfruttata. La differenza la farà il software, e l’evoluzio-ne vedrà la probabile crescente adozione di sistemi em-bedded, come Windows 10 IoT Core o su base Linux”. Un moderno sistema HMI, afferma Giuseppe Palazzolo, Group Product Manager HMI, Schneider Electric Italia,

Soluzioni all’avanguardia che integrano

PLC e HMI DAVIDE SCHITO,

Product Specialist di

Telestar

Un nuovo concetto di HMI

basato sulla modularità

MARCO ZAMPOLLI, Industrial

Automation Product Sales

Manager di Advantech

Sistemi HMI con opzioni orientate

alla “fabbrica intelligente”

LUCA ZAPPATERRA, Head of HMI products di

Siemens Italia

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deve essere concepito nel contesto della trasformazione digitale che sta investendo l’industria, ma anche la socie-tà nel suo complesso, che per esempio si esprime nelle abituali modalità di interazione con smartphone e tablet. Ci sono poi opportunità quali quelle legate all’introduzio-ne di elementi di realtà aumentata, o di nuovi tipi di HMI wearable. “La singola macchina oggi è sempre più par-te di un sistema che comunica: per questo, un HMI effi-ciente deve consentire una chiara visibilità della rilevan-za degli eventi, garantire la cosiddetta “situational aware-ness”, la capacità di percepire le informazioni operative, comprenderle, valutare se e quali azioni intraprendere”.

HMI e Smart FactoryQuali caratteristiche e quali nuove modalità di interazio-ne dovrà avere un sistema HMI per soddisfare le esigen-ze di un moderno contesto Smart Factory? I sistemi HMI di nuova generazione, afferma Fiorani (Pro-gea), dovranno creare le basi per sistemi d’interfaccia an-cora più semplici e intuitivi, per fronteggiare le inevitabili diminuzio-ni di competenza richieste per gestire un moderno sistema d’auto-mazione. Tuttavia, per rendere più semplice la conduzione di un sistema, è proporzionalmente necessario utilizzare strumenti più complessi, in grado di semplificare le operazioni attraverso tecno-logie e funzioni innovative. L’incremento di interattività sarà la con-

seguenza della combinazione di sistemi hardware e sof-tware più potenti, in grado di analizzare una mole di da-ti superiore e di utlizzare funzionalità grafiche più evolu-te, come un uso più spinto del touch screen e la dispo-nibilità di integrare nel sistema HMI soluzioni di grafica 3D interattiva. Per questo, sottolinea Fiorani, la tecnolo-gia WPF/XAML di Movicon.NExT è l’ideale. Inoltre la di-sponibilità di dispositivi wireless indossabili di nuova ge-nerazione introduce permette di disporre dell’ausilio del-la realtà aumentata nel mondo HMI. “Da non dimentica-re la connettività: un HMI deve potersi collegare non so-lo ai classici PLC, PAC e fieldbus, ma anche ai sistemi di livello superiore come MES e ERP. Ma sempre di più, in futuro, la connettività riguarderà anche i dispositivi remo-ti, connessi tramite la tecnologia IIoT e le infrastrutture In-ternet e Cloud”.

Capacità di gestione di una grande quanti-tà di dati

Gli HMI, ci dice Didoni (Sigmamotion), sono fondamentali nell’epo-ca della Smart Factory, dato che con una buona capacità di cal-colo è possibile far loro eseguire controlli predittivi, analisi e statisti-che. “I sistemi HMI devono inoltre essere sempre più pratici e ma-neggevoli, da cui la necessità di una comunicazione WiFi per ac-cedere al controllo della macchina in ogni momento e da qualsia-

Una nuova prospettiva con

il concetto di centralità del

controllo ROBERTO ZENONI,

Product & Industry

Marketing Manager PLC, HMI & SW di

Omron

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si luogo, e la possibilità di interfacciarsi a più macchine con un unico dispositivo”. Schito (Telestar) evidenzia la capacità di poter gestire una grande quantità di dati or-ganizzandoli in modo appropriato e rendendoli disponi-bili all’operatore in tempi brevi, a livello sia di dati in tem-po reale che storici. “Web Server per controllo e visua-lizzazione, e historian per storicizzazione e manipolazio-ne dei dati, avranno un ruolo fondamentale nel rende-re “smart” un HMI”. Per Zampolli (Avantech) è basilare il tema della connettività per abilitare le nuove soluzioni. “L’HMI è il centro di aggregazioni di tutte le informazio-ni ed è necessario potersi interfacciare alle diversi reti. L’uso della tecnologia MT e i formati Wide permettono di avere maggiori informazioni e di interagire con esse in modo naturale aumentando la velocità di interiezione e diminuendo la possibilità di errore”. Zappaterra (Sie-mens) prevede che gli operatori saranno chiamati a es-sere sempre più specializzati nell’analisi dei dati, e per questo parte dell’intelligenza dovrà essere spostata su macchine. “Tutti gli appa-rati in campo dovranno “nascere” già con l’intelligenza software per poter fornire le informazioni necessarie. La natura di dati e informazioni sarà essenzialmente di tipo diagnostico, quindi molto importante sarà l’integrazione con gli apparati di campo, per esempio i controllori pro-grammabili, in modo che questi forniscano informazio-ni puntuali e facilmente interpretabili dai sistemi HMI”.

Imprescindibile la connettività verso Inter-net e l’accesso al CloudPer Zenoni (Omron Electronics) in una “Smart Factory” ciò che cambierà sarà la possibilità di raccogliere i da-ti in modo strutturato e trasformarli, con analisi e corre-lazioni, in informazioni atte a ottimizzazione la produzio-ne. Tool software di analisi saranno centralizzati sui ser-ver e grazie alle tecnologie come l’intelligenza artificiale e l’internet of Things l’operatore ovunque sia potrà rice-vere le informazioni necessarie in quel momento. “Non identificherei più nell’HMI il “luogo” di raccolta delle informazio-ni per loro pubblicazione a beneficio dell’operatore, le informazioni vengono raccolte nella piattaforma di automazione e in-viate dove serve per la loro analisi”. A giudizio di Andri-ghetti (EFA Automazione) sono imprescindibili connetti-vità verso Internet e accesso al Cloud. Non serve nean-che che gli operatori diventino esperti IT o che debba-no investire tempo per imparare nuovi linguaggi e stru-menti, perché grazie alla disponibilità di soluzioni Web-based l’interazione con queste interfacce risulta intuiti-va e di immediata comprensione. I dati opportunamen-te estratti dal campo vengono inviati alle piattaforme di interpretazione (Analytics) che attraverso algoritmi ma-tematici sono in grado di gestire i Big Data evidenzian-do tendenze e comportamenti delle macchine. “Da non trascurare neppure la disponibilità di interfacce respon-sive native, che si adattano in automatico agli schermi

e quindi al tipo di dispositivo utilizzato per accedere ai da-ti. Sempre più, in ambito industriale vengono impiegati di-spositivi mobili, soprattutto da parte dei reparti deputati a controllo qualità e manutenzione, e avere disponibile un HMI che si adatta e che mostra i dati più importanti in mo-do chiaro è un requisito importante”.

Necessità di un’interfaccia di comunicazione universaleNel contesto Smart Factory, per Galano (Rockwell Automa-tion) parlare di HMI è piuttosto limitativo. Tools di presen-tazione dei dati, per collaborare e fornire analisi dati avan-zate, sono caratteristiche della cosiddetta Manufacturing o Business Intelligence, il cui scopo è mettere a disposizione dati presenti nei sistemi di controllo e di business che og-gi non vengono ben utilizzati. Ma per un’efficace Manufac-turing Intelligence non basta una “pura” raccolta dati: oc-

corre individuare i dati “giusti” presenti nei sistemi e presentarli all’in-terno di report. “In cima a tutto domina la mobilità. Anche questi to-

ol software richiedono varie forme di accesso ai loro siste-mi di produzione di intelligence, tra cui i client web e i di-spositivi mobili. L’intera suite di Visualizzazione e quella di Manufacturing Intelligence di Rockwell Software, consen-tono un accesso da qualsiasi piattaforma mobile”. Brisaca-ni (Bosch Rexroth) evidenzia la necessità di un’interfaccia di comunicazione universale per tutte le parti coinvolte nel processo di produzione. “Per influire in maniera efficiente sui processi produttivi è necessario traghettare solo le infor-mazioni utili al destinatario che le riceverà. L’integrazione di strumenti di analisi capaci di gestire grandi quantità di dati permettono di includere strumenti di valutazione delle per-formance per tutto il ciclo di vita dell’impianto. Un esem-pio concreto riguarda gli strumenti di manutenzione predit-tiva, che permettono di aumentare l’Overall Equipment Ef-fectiveness quando integrata con i reparti di assistenza e approvvigionamento”. Le generazioni precedenti degli SCA-DA, ci ricorda Tieghi (ServiTecno), sono state caricate con

rendering tridimensionali e tavolozze di colori ricche, incoraggiando gli utenti a costruire schermate elaborate legate alla somiglianza tra

realtà e sua rappresentazione. Le ultime scoperte scienti-fiche e cognitive vanno nella direzione opposta. “La com-plessità rallenta i tempi di reazione, diminuisce la consape-volezza della situazione, e aumenta la probabilità di errore. Ecco perché GE iFIX, la soluzione HMI-SCADA di GE Digi-tal, è evoluto nel corso degli anni ed è oggi il risultato di una serie di nuovi approcci: una progettazione efficiente, basa-ta su uno strutturato asset-based modeling, un sistema di analisi avanzata e i più recenti standard Web”.

Verso una più flessibile personalizzazione dell’interfaccia HMIMandelli (Mitsubishi Electric) sostiene che la sfida del fu-turo per l’HMI è facilitare l’accesso ai dati e ai modelli pre-dittivi, così da rendere disponibili le informazioni a tutti i li-

HMI che sfruttano appieno

gli enormi vantaggi offerti da Web e Cloud

FRANCO ANDRIGHETTI,

Managing Director di EFA Automazione

Un nuovo ponte tecnologico per gli utilizzatori

SIMONE BRISACANI,

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velli. “Mitsubishi Electric è da sempre all’a-vanguardia nella tecnologia HMI e già og-gi la totale integrazione dei pannelli ope-ratore con gli altri componenti di automa-zione consente di gestire diverse funzioni per semplificare startup, debugging e ri-pristino rapido del sistema dopo un gua-sto. Funzioni come monitor ed edit del programma Ladder PLC, backup e restore del programma PLC, schermate di debug per ogni componente del sistema, comu-nicazione diretta con i più comuni data-base e altre funzioni avanzate concorrono a ridurre i tempi di fermo e aumentare la produttività”. Per Caliari Phoenix Contact, in un concetto di Smart Factory, le piatta-forme di interfacciamento uomo-macchi-na avranno un ruolo sempre più centra-le, con funzionalità evolute, connessione Ethernet, interfacciamento con altre pe-riferiche e modalità di presentazione del-le informazioni il più user friendly possi-bile e, stante la crescente quantità di da-ti da rendere disponibile all’operatore si as-sisterà all’adozione di display di dimensio-ni maggiori oppure display capacitivi (mul-titouch). “Inoltre in un concetto di Indu-stry 4.0 non è pensabile che l’HMI pos-sa sempre memorizzare in locale i da-ti necessari o che sia collegato esclusiva-mente a un controllore locale. Ciò significa che aumenteranno le visualizzazioni basa-te su Web sia con connessione di rete ca-blata che wireless per consentire acces-si più semplici in mobilità”. L’introduzio-ne di compiti nuovi per gli operatori nel-la Smart Factory è in fase di compimen-to, ma si tratta di un processo graduale, e un punto di partenza è, per Palazzolo (Schneider Electric), andare verso una più flessibile personalizzazione dell’interfaccia HMI, per fornire a profili utente diversi, o in momenti diversi, contenuti specifici nel-la forma più adatta. “Quello che già og-gi occorre fare è lavorare sull’uso dell’in-terfaccia, specie se si presenta all’opera-tore la possibilità di lavorare con strumenti quali smartphone, tablet; l’evoluzione tec-nologica esterna al mondo della fabbrica corre molto più veloce che in passato, e le persone apprezzano la possibilità di usa-re strumenti e modalità operative che già hanno appreso nella vita quotidiana”. n

Una proposta di ultima

generazione pronta per le sfide future GIOVANNI

MANDELLI, Product Manager

PLC, HMI di Mitsubishi

Electric

Piattaforme HMI in un ottica di

Smart Factory MARCO CALIARI,

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Solutions di Phoenix Contact

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