Le informazioni in tempo reale disponibili a colpo d’occhio danno potere agli operatori, che portando una maggiore efficienza, produttività e sicurezza
Giuseppe Bettini, Emerson
Dopo diversi decenni di miglioramenti operativi guidati dall’automazione all’interno della produzione, i guadagni incrementali sono diminuiti. Per promuovere una maggiore produttività, efficienza e sicurezza, i gestori degli impianti devono ora cercare di potenziare digitalmente la propria forza lavoro dotandola degli strumenti per semplificare le operazioni standard, ridurre la complessità, consentire un migliore processo decisionale, fornire un accesso più rapido alla conoscenza e all’esperienza e garantire l’accesso su richiesta a informazioni e competenze indipendentemente dalla loro ubicazione.
Anche se molti di questi driver non sono nuovi, l’emergere di reti di impianti wireless e tecnologie IIoT a sostegno della trasformazione digitale delle operazioni sta contribuendo a fornire miglioramenti radicali. Una parte fondamentale di questo cambiamento è consentire una maggiore mobilità dei lavoratori con l’accesso ai dati utilizzabili che crea i benefici di una maggiore produttività, un migliore processo decisionale e una risoluzione più rapida dei problemi, contribuendo ad aumentare l’efficienza operativa complessiva.
HMI avanzata supporta i lavoratori mobile
Tradizionalmente, il monitoraggio e il controllo delle informazioni sugli impianti, sulle attrezzature e sui processi hanno visto gli operatori lavorare alle interfacce uomo-macchina fisse basate su PC (HMI) all’interno delle sale di controllo. Questi display sono spesso integrati da HMI nell’impianto vicino a una macchina specifica o un pezzo di equipaggiamento, anche se questi tendono ad offrire funzionalità limitate. Un approccio più moderno è quello di fornire ai dipendenti una maggiore mobilità attraverso durevoli tecnologie HMI mobili e portatili ad alte prestazioni. I dispositivi mobili consentono ai lavoratori di uscire liberamente dalla sala di controllo e agli operatori di mantenere le operazioni e risolvere i problemi sul campo o nell’impianto. Potrebbe essere ancora richiesto una HMI fissa per alcune applicazioni, ma molti possono beneficiare dell’introduzione di HMI mobili. Un esempio potrebbe essere la regolazione di un setpoint e l’osservazione del suo effetto. Se l’operatore ha bisogno di assistenza da parte del personale di manutenzione, può essere contattato tramite l’interfaccia utente mobile e la collaborazione può avvenire per risolvere il problema.
Realtà aumentata
Mentre la tecnologia continua ad evolversi, così fa il concetto di HMI, e l’integrazione della realtà aumentata (AR) sta ridefinendo l’interfaccia uomo-macchina. La tecnologia AR è stata introdotta per migliorare il mondo fisico dell’utente con contenuti generati dal computer. Utilizzando l’AR, è possibile aggiungere informazioni in tempo reale all’ambiente circostante, il che si rivela estremamente utile per valutare le circostanze attuali al fine di migliorare il processo decisionale. Queste informazioni audiovisive complementari sono fornite da dispositivi elettronici o informatici.
AR è adatto sia all’industria manifatturiera che a quella di processo, consentendo agli operatori di utilizzare una tecnologia integrata con strumenti di visualizzazione HMI standard per eseguire le azioni necessarie nelle varie fasi del processo, migliorando l’efficienza produttiva, ridurre il rischio di errori e ridurre al minimo i tempi di fermo della produzione o della manutenzione. AR consente agli operatori di essere immediatamente informati su qualsiasi problema o esigenza dell’impianto. Possono andare sul posto, ricevere le informazioni pertinenti in tempo reale ed eseguire operazioni guidate passo-passo e set-up direttamente sul posto.
Inizialmente, le applicazioni AR erano utilizzate principalmente con smartphone o tablet, dove le immagini catturate attraverso la webcam integrata potevano essere migliorate con informazioni elettroniche basate su esigenze specifiche e posizionamento geografico. L’introduzione di dispositivi indossabili e di realtà mista ha aumentato la gamma di applicazioni e creato nuove possibilità operative. Avendo la possibilità di indossare HMI durante il lavoro sul campo o nell’impianto lascia le mani degli operatori libere di eseguire attività come la manutenzione manuale, per mantenere i processi costantemente sotto controllo, e agire immediatamente e con precisione in base alla circostanza del processo di produzione.
Un dispositivo AR è collegato tramite Wi-Fi al PC che gestisce il sistema di supervisione a cui sono collegati i dispositivi di campo. I dispositivi vengono solitamente forniti in kit, tra cui occhiali o caschi dotati di display, fotocamere, hardware audio, connettività Wi-Fi e batterie che massimizzano la flessibilità. Sullo schermo indossabile, questi sistemi possono visualizzare informazioni dinamiche e in tempo reale pertinenti all’attività, nonché dati di processo, stato dei sistemi, informazioni relative all’ allarme, azioni richieste e informazioni utili. Gli operatori possono interpretare i comandi richiesti, come avvio, arresto, modifica dei set-point e richieste di istruzioni in base all’allarme.
Per le attività di manutenzione, i sistemi AR consentono di visualizzare la documentazione su schermo, come i manuali per la parte in manutenzione, e di comunicare in vivavoce con il centro operativo utilizzando una connessione wireless. Di conseguenza, la visibilità istantanea dei dati rilevanti riduce significativamente il rischio di errori umani durante l’esecuzione di una procedura. Uno scenario in cui l’operatore parla con una macchina, chiede informazioni, indirizza comandi o interagisce direttamente con il sistema utilizzando gesti delle mani per avviare o regolare un processo non è più fantascienza. Inoltre, la macchina può chiedere all’operatore di eseguire i comandi richiesti o le operazioni manuali come richiesto dalla circostanza, guidando l’operatore nella sua attività, evitando qualsiasi imprecisione o mancanza di efficienza.
Anche se i sistemi AR tenderanno ad essere soluzioni complementari, piuttosto che sostituire completamente le postazioni di lavoro che supportano i processi di lavoro tradizionali, la natura a mani libere di questi dispositivi offre molta più flessibilità e velocità durante le fasi operative di quanto sia possibile utilizzando sistemi di interfaccia HMI standard. I sistemi AR indossabili e mista supportano e semplificano le attività operative, fornendo una soluzione che si integra perfettamente con la supervisione e le tecnologie HMI comunemente utilizzate per gestire i sistemi di automazione e le attività di manutenzione.
Caratteristiche principali dell’AR HMI indossabile:
• Informazioni istantanee sulle operazioni da eseguire in base alla situazione
• Visualizzazione delle informazioni in tempo reale relative al sistema di automazione
• Ricevere notifiche di allarme e istruzioni pertinenti
• Accesso alla manutenzione guidata
• Scansione di codici a barre o codici QR con feedback in tempo reale relativi al contest
• Connettività e interazione con altri operatori nei centri operativi remote
• Interattivo – e/ o olografico – Viste 3D di sistemi di automazione
• Accesso alle informazioni via web
• Interattività HMI con comandi di funzionamento vocalmente guidati e puntamento gestuale
• Riconoscimento dei componenti della macchina e accesso immediato alle informazioni correlate
• Informazioni utilizzabili
L’adozione della AR e l’istituzionalizzazione delle migliori pratiche consentono ai lavoratori di aggiungere più valore che mai alle prestazioni operative e aziendali. Ad esempio, l’uso di dispositivi AR ottimizzerà le operazioni sul campo, consentendo agli operatori di interagire immediatamente con il sistema di controllo senza dover andare altrove per utilizzare una postazione di supervisione o HMI. Ciò consente all’operatore di essere più efficiente, reagire in modo appropriato alle situazioni in corso e prendere decisioni migliori.
Gli operatori di manutenzione possono intervenire più velocemente ed eseguire la manutenzione in loco utilizzando la guida in loco e soluzioni ai problemi che in ultima analisi ridurranno i tempi di inattività delle apparecchiature. Un altro vantaggio è una riduzione del tempo di apprendimento. Fornendo ai lavoratori meno qualificati e/o con esperienza l’accesso a informazioni utili e la capacità di collaborare con esperti qualificati, le organizzazioni non sono limitate dalla carenza di lavoratori qualificati o dalle restrizioni di spostamento per lavoro.
Realtà aumentata HMI
Emerson è una delle prime aziende ad offrire soluzioni AR per SCADA/HMI, fornendo ai lavoratori l’accesso immediato a una vasta gamma di dati. Grazie ai dispositivi AR indossabili e a realtà mista, gli operatori usufruiscono di una gestione dei processi semplificata e di informazioni in tempo reale relative alle apparecchiature o ai processi su cui stanno lavorando. L’AR è integrate in Movicon.NExT SCADA/HMI platform di Emerson che si traduce in un’implementazione più semplice e meno costosa e in un ritorno sull’investimento più rapido.
Sono previste applicazioni che supportano i dispositivi Android smart glass e HoloLens basati su Windows 10. Questi dispositivi possono visualizzare qualsiasi tipo di dati in tempo reale e storico o informazioni, tra cui set-up, manutenzione, guida, barra dei codici e altre funzioni. Inoltre, gli operatori possono ora dialogare vocalmente con una macchina, chiedere informazioni e impartire comandi, nonché interagire direttamente con il sistema utilizzando i gesti delle mani per controllare e impostare i processi. Inoltre, la macchina può chiedere all’operatore di eseguire i comandi necessari e dare istruzioni passo-passo per eseguire operazioni manuali sul posto, se necessario, per risparmiare tempo ed evitare errori.
La tecnologia AR HMI utilizza anche una videocamera e l’intelligenza artificiale per riconoscere le apparecchiature o parti dell’impianto. La tecnologia funzionerà su qualsiasi dispositivo mobile con una videocamera e un browser HTML5 e visualizzerà automaticamente le finestre del progetto HMI che contengono le corrispondenti informazioni pertinenti. Ciò consente all’operatore di ottenere istantaneamente tutte le informazioni rilevanti di cui ha bisogno, rendendo molto più semplice la gestione di impianti complessi.
Conclusione
L’integrazione della realtà aumentata nelle piattaforme SCADA/HMI e la conseguente disponibilità di informazioni fruibili tramite dispositivi indossabili e a realtà mista offrono il potenziale per nuovi miglioramenti di efficienza. Avere l’opportunità di indossare l’HMI mentre si lavora nell’impianto industriale offre agli operatori un maggiore controllo della situazione attuale in mano, consente loro di intervenire prontamente quando e dove il processo lo richiede e li aiuta a svolgere le attività più velocemente e prendere decisioni migliori. L’AR HMI ha il potenziale per rivoluzionare il modo in cui gli operatori gestiscono i processi, ottimizzare la produttività e ridurre i tempi di inattività.
Emerson dimostrerà le capacità di realtà aumentata di Movicon.next a SPS Italia 2022 allo stand C050, padiglione 6.
www.progea.com/soluzioni/realta-aumentata-hmi
How augmented reality HMI systems improve plant management
Real-time information available at a glance is empowering operators, leading to increased efficiency, productivity and safety
Giuseppe Bettini, Emerson
Following several decades of automation-driven operational improvements within manufacturing, incremental gains have diminished. To drive greater productivity, efficiency and safety, plant managers must now look to digitally empower their workforce by arming them with the tools to streamline standard operations, reduce complexity, enable improved decision-making, provide faster access to knowledge and experience, and secure on-demand access to information and expertise regardless of location.
Although many of these drivers are not new, the emergence of wireless plant networks and IIoT technologies supporting the digital transformation of operations is helping to provide step change improvements. A critical part of this change is enabling greater worker mobility with access to actionable data that creates the benefits of greater productivity, improved decision-making and faster resolution of issues, contributing towards increases in overall operational efficiency.
Advanced HMI supports mobile workers
Traditionally, monitoring and control of plant, equipment and process information has seen operators working at fixed PC-based human machine interfaces (HMI) within control rooms. These displays are often supplemented by HMIs on the plant floor near a specific machine or piece of equipment, although these tend to offer limited functionality. A more modern approach is to provide employees with greater mobility through durable high-performance mobile and handheld HMI technologies. Mobile devices empower workers, removing the tie to the control room and enabling operators to both maintain operations and troubleshoot issues in the field or on the plant floor. For some applications a fixed HMI may still be required, but many can benefit from the introduction of mobile HMIs. An example would be adjusting a setpoint and observing its effect. If the operator requires support from maintenance personnel, they can be contacted via the mobile HMI and collaboration can take place to troubleshoot the problem.
Augmented reality
As technology continues to evolve, so does the concept of HMI, and the integration of augmented reality (AR) is redefining the human-machine interface. AR technology has been introduced to enhance the user’s physical world with computer-generated content. By using AR, it is possible to add information in real time to the surrounding environment, which proves extremely helpful in evaluating the current circumstances in order to improve decision-making. This complementary audio-visual information is provided by electronic or IT devices.
AR is suitable for both the manufacturing and process industries, allowing operators to use technology integrated with standard HMI viewing tools to perform actions needed within various stages of the process, improving production efficiency, reducing the risk of errors and minimising production or maintenance downtime. AR allows operators to be instantly informed about any plant problem or requirement. They can go on site, receive the relevant information in real time, and perform guided step-by-step operations and set-ups directly on the spot.
Initially, AR applications were mostly used with smartphones or tablets, where images captured through the integrated webcam could be enhanced with electronic information based on specific needs and geographic positioning. The introduction of wearable and mixed reality devices has increased the range of applications and created new operational possibilities. Having the opportunity to wear HMI while working in the field or on the plant floor leaves operators’ hands free to perform tasks such as manual maintenance, to keep processes constantly under control, and act immediately and accurately based on the circumstance of the production process.
An AR device is connected via Wi-Fi to the PC that manages the supervision system to which field devices are connected. Devices usually come as a kit, including glasses or helmets fitted with displays, cameras, audio hardware, Wi-Fi connectivity and batteries that maximise flexibility. On the wearable screen, these systems can display dynamic, real-time information relevant to the task, as well as process data, systems status, alert-related information, required actions and helpful information. Operators can interpret the required commands, such as start, stop, set-point modification and instruction requests based on alerts.
For maintenance activities, AR systems make it possible to view on-screen documentation such as manuals for the part being maintained and also communicate hands-free with the operations centre using a wireless connection. Consequently, the instant visibility of relevant data significantly reduces the risk of human error when performing a procedure. A scenario in which the operator speaks to a machine, asks for information, addresses commands or directly interacts with the system using hand motions to launch or adjust a process is no longer science-fiction. Moreover, the machine may ask the operator to execute required commands or manual operations as required by the circumstance, guiding the operator in his/her activity, preventing any inaccuracy or lack of efficiency.
Although AR systems will tend to be complementary solutions, rather than completely replacing workstations that support traditional work processes, the hands-free nature of these devices provides much greater flexibility and speed during operational phases than is possible using standard HMI interface systems. Wearable and mixed reality AR systems both support and simplify operational activities, providing a solution that perfectly integrates with the supervision and HMI technologies commonly used to manage the automation systems and maintenance activities.
Key features of wearable AR HMI:
• Instant information on operations to perform according to the situation
• View real-time information related to the automation system
• Receive alert notifications and relevant instructions
• Access to guided maintenance
• Barcode or QR code scanning with real-time context-related feedback
• Connectivity and interaction with other operators at remote operations centres
• Interactive – and/or holographic – 3D views of automation systems
• Access to information via the web
• HMI interactivity with vocally-driven operation commands and gestural pointing
• Machine component recognition and instant access to related information
• Actionable information
Adopting AR and institutionalising best practices enables workers to add more value than ever to operational and business performance. For example, the use of AR devices will optimise operations in the field, enabling operators to interact immediately with the control system without having to go elsewhere to use a supervision or HMI workstation. This enables the operator to be more efficient, react appropriately to ongoing situations and make better decisions.
Maintenance operatives can intervene faster and perform on-the-spot maintenance using on-site guidance and solutions to issues that will ultimately reduce equipment downtime. Another benefit is a reduction in learning time. By providing less skilled and/or experienced workers with access to helpful information and the ability to collaborate with skilled experts, organisations are not limited by shortages of skilled workers or travel restrictions.
Augmented reality HMI
Emerson is one of the first companies to offer AR solutions for SCADA/HMI, providing workers with immediate access to a wealth of data. By means of wearable and mixed reality AR devices, operators benefit from simplified process management and real-time information relating to the equipment or process they are working on. AR is integrated into Emerson’s Movicon.NExT SCADA/HMI platform, which translates to easier, less costly implementation and a faster return on investment.
Applications are provided that support Android smart glass devices and HoloLens based on Windows 10. These devices can display any kind of real-time and historical data or information, including set-up, maintenance, guidance, code bar and other functions. In addition, operators can now dialogue vocally with a machine, ask information and give commands, as well as interact directly with the system using hand gestures to control and set-up processes. Furthermore, the machine can ask the operator to execute the necessary commands and give step-by-step instructions to carry out on-the-spot manual operations as needed to save time and avoid mistakes.
The AR HMI technology also uses a video camera and artificial intelligence to recognise equipment or parts of the plant. The technology will operate on any mobile device with a video camera and HTML5 browser, and will automatically display HMI project windows that contain the corresponding relevant information. This enables the operator to instantly obtain all the relevant information they need, making the management of complex plants much easier.
Conclusion
The integration of AR into SCADA/HMI platforms and the subsequent availability of actionable information via wearable and mixed reality devices offers the potential for new efficiency improvements. Having the opportunity to wear HMI while working in the industrial plant gives operators greater control of the current situation in hand, enables them to intervene promptly when and where the process demands it and helps them perform tasks faster and make better decisions. AR HMI has the potential to revolutionise how operators manage processes, optimise productivity and reduce downtimes.
Emerson will demonstrate the augmented reality capabilities of Movicon.NExT at SPS Italia 2022 on Stand C050, Hall 6.
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