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人机界面 (HMI) 软件开发以及它如何使工业企业受益

2022-07-08 1260

在工业领域工作是一个激动人心的时刻。第四次工业革命已经彻底改变了我们的生活和工作方式,而且才刚刚开始。

最有趣的发展之一是人机界面 (HMI) 软件。HMI 软件是一种尖端技术解决方案,旨在彻底改变工业流程和任务。Statistica 预测,到 2026 年,全球 HMI 软件市场将以 10.3% 的复合年增长率增长,达到 72.4 亿美元。在本文中,我们将确切了解 HMI 软件是什么,它是如何工作的,以及它如何使企业受益应用工业过程。

什么是人机界面软件?

人机界面 (HMI) 软件是指提供图形用户界面 (GUI) 以帮助操作或监控工业自动化机器和设备的软件和定制APP开发解决方案。

HMI 软件通常具有由仪表板组成的 UI,用于控制机器、机器组或整个系统并与之通信。仪表板通常具有输入/输出控制功能和显示在图形界面上的实时数据可视化。

简单人机界面的一个简单示例是汽车仪表板。驾驶员可以通过仪表板上的按钮或控制杆(或触摸屏功能)来控制汽车的许多操作,例如开关灯、立体声调音和音量、加热器和空调等。驾驶员还可以接收数据反馈,例如如车速、油温、发动机转速等。

与工业 HMI 软件的不同之处在于,所有控件和数据都在一个屏幕上可用,从而为操作员提供方便和高效。屏幕可以显示在计算机显示器、平板电脑、智能手机,甚至可穿戴设备上,例如头戴式 AR(增强现实)智能眼镜或护目镜。

HMI 软件如何工作?

大多数工业机械使用可编程逻辑控制器 (PLC) 系统来控制机器的工作方式并使某些功能自动化。HMI 解决方案与 PLC 系统集成,因此当 HMI 设备上的输入发生更改时,它会在机器中创建输出动作。

例如,传送带可以使用 PLC 控制传送带的速度和方向,使用 HMI 软件可以使操作员远程调整速度。PLC 系统还可以使用传感器和摄像头来帮助进行数据采集或捕获图像,并与 HMI 软件进行通信,从而使操作员能够更好地进行监督控制。

大多数现代人机界面和 PLC 系统通过云服务器和无线互联网进行通信,而不是直接的有线连接。HMI 软件仪表板通常显示在触摸屏设备上。

一般来说,有 3 种主要的 HMI 系统类型:

  • 数据处理程序 - 数据处理程序选项最适合需要大量数据反馈和生产报告的任务或流程。用于数据处理程序的 HMI 软件设置可能包括数据记录、警报处理、显示数据趋势以及各种图表和图形等功能。

  • 按钮替换器 - 按钮替换器选项非常适合替换物理按钮,并且可以在一个位置控制所有机器操作,包括开/关开关。

  • 监督者- 监督者 HMI 屏幕通常用于 Windows APP和移动设备。它提供了比其他类型更直观的用户界面,非常适合大型生产工厂的决策,例如 MES 或 SCADA 系统。

 

HMI 软件用例

HMI 软件可用于任何使用机械、工业设备、复杂流程或需要由人工操作员控制或监控的机器人硬件的工作场所。工业环境的示例可以是生产或制造设施、装配线、工程工厂和炼油厂。

HMI 软件还可用于自动化任务以及人与机器之间的交互,例如自动售货机或家用电器。

为了说明 HMI 软件如何在现实生活中应用,这里有一些 HMI 软件的具体使用案例。

数控车床

计算机数控 (CNC) 车床是高速旋转一块材料并应用切削工具对其进行成型和精加工的机器。直到最近,CNC 车床还使用带有按钮、LED 和固定电脑显示器或内置屏幕的大型控制台。机器级 HMI 解决方案有助于使 CNC 车床更易于操作和监控。已实施 HMI 软件来控制 CNC 车床的制造企业报告说,它还有助于减少错误、提高生产率并提高机器可靠性。

塑胶成型

由于使用有毒化学品和高温,塑料模具的生产可能很危险。对于注塑、挤出或热成型等工艺,HMI 软件可以与 PLC 系统集成,以提供完整的运动和温度控制和监控。

机械臂控制

如今,大多数中型到大型装配线都使用机器人自动化。尽管许多任务是完全自动化的,不需要人工控制或监督,但一些操作仍然需要人工参与和机器监督。HMI 软件可以与增强现实 (AR) 解决方案集成,使危险的装配任务更加安全,因为工程师或操作员可以远程执行任务。

应用定制 HMI 软件有什么好处?

  • 易于使用。如果您将运行 HMI 软件仪表板的触摸屏设备的简单性与具有多个按钮、控制杆、开关、刻度盘、计算机控制台、LED 灯和仪表的传统工业设备的复杂性进行比较,很快就会发现 HMI软件更易于操作员学习和使用。

  • 提高生产力和效率。HMI 软件将机器(或机器组)的所有控制和监控功能集成到一个方便的仪表板或平台中,这意味着操作员可以更有效地工作。传统机械可能需要操作员从一个位置走到另一个位置以访问各种控制面板,但 HMI 软件无需这样做,从而节省了时间。

  • 提高了员工的安全性。HMI 软件通过在机器操作员和机器本身之间创造更多距离来提高安全性。HMI 软件不使用连接或有线连接到机器的按钮和控件,而是通过无线手持设备提供远程访问。可以使用将图像传送到设备的摄像机对机器进行目视检查,而不是让操作员靠近机器并冒着受伤的风险。此外,对于涉及危险材料的工业过程,HMI 软件减少了接触它们的机会。

  • 增加了可靠性。机器可靠性是任何工业设施的管理者或所有者最关心的问题之一。HMI 软件还充当监控软件,通过提供对位于机器内的传感器和摄像头捕获的监控数据的实时访问,帮助提高机器的可靠性。例如,对于汽车制造行业,物联网传感器可以部署为汽车软件工程的一部分, 以自动收集数据并将其传输到云端,然后显示在 HMI 屏幕上。收集的数据可用作预测性维护计划的一部分,旨在在问题导致机器故障之前解决问题。

  • 更少的人为错误。操作员错误会导致健康和安全、维修成本和生产力损失方面的严重问题。HIM 软件减少了操作员出错的机会,因为它可以自动化一些控制系统或在出现错误时覆盖某些过程。易用性还降低了首先发生错误的可能性,并且不太可能错过警报。

  • 降低成本。上面列出的大多数好处都有助于整体降低费用和成本。通过实施 HMI 软件可以节省的主要成本是维护成本和员工培训。由于机器可靠性的提高和预测性维护技术的应用能力,机器故障和维修停机时间将会减少。UI 的用户友好性意味着操作人员可以比按钮、开关和控制台的复杂布置更快地接受培训和再培训。

  • 高投资回报率(ROI)。HMI 软件提供了良好的投资回报率。实施 HMI 软件、进行 HMI 编程以及购买必要的移动设备作为 HMI 屏幕的相对较小的初始支出将很快被降低的成本和提高整体生产力所抵消。

概括

人机界面 (HMI) 软件开发是工业过程和机械监控的下一件大事。近年来,我们看到革命性技术出现在前沿,特别是在制造业,如机器人技术、计算机自动化、云系统等。

机器级 HMI 软件代表了从传统手动操作控制到现代数字、基于云的控制系统的自然演变,这些控制系统使用触摸屏设备来管理机器操作和维护的大部分方面。好处显而易见 - 提高生产力和效率、降低成本、提高可靠性和更安全的工作环境。

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