Human Machine Interface: come rappresentare al meglio i dati di impianto per il monitoraggio in real time

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Human Machine Interface: come rappresentare al meglio i dati di impianto per il monitoraggio in real time

Ferdinando Borda | ott 26, 2020

Il Real Time Monitoring è la visualizzazione dei dati di un impianto o un sistema in tempo reale, tramite strumenti quali applicazioni web disponibili sia su PC che su dispositivi mobile.

L’esigenza comune, oggi ancora più che in passato, è infatti quella di avere accesso ai dati di impianto da qualsiasi posto: che ci si trovi in sala controllo, all’interno del proprio ufficio, da casa con l’accesso remoto o addirittura in viaggio da mobile. Questo strumento quindi è molto potente per le realtà industriali in quanto l’accesso in tempo reale ai dati contribuisce al raggiungimento di obiettivi di performance, all’abbattimento dei consumi e alla supervisione della qualità dei prodotti.

Di contro ai vantaggi che si possono trarre dal monitoraggio in tempo reale e dalla facile fruizione dei dati, il timore più diffuso è quello che un sistema di monitoraggio accessibile da più piattaforme esponga dati sensibili ad attacchi che minano la sicurezza aziendale. Non si può però rinunciare a un importante vantaggio competitivo a fronte di un rischio mitigabile, che può essere ridotto al minimo selezionando  piattaforme e  architetture che rispondono ai vari standard di cybersecurity industriale. 

Il primo elemento necessario per la costituzione di un sistema di Monitoraggio in Real Time è sicuramente un sistema di raccolta e storicizzazione dei dati di impianto, ruolo coperto da database di tipo Historian oppure da piattaforme IoT

Ma non è sufficiente: i dati privi del loro contesto infatti sono spesso di difficile interpretazione e fruizione. Per questo è indispensabile un secondo ingrediente, ovvero un set di rappresentazioni grafiche che elabori ed esponga in modo efficiente i dati agli utenti. Queste rappresentazioni, denominate Human Machine Interface (HMI), ovvero interfacce uomo-macchina, sono gli strumenti tramite i quali gli utenti monitorano attivamente le performance di impianto.

Il tema della fruizione dei dati è centrale per i sistemi di Monitoraggio in Real Time. Il rischio di avere rappresentazioni grafiche povere e confuse è infatti quello di perdere gran parte del potere dato dal monitoraggio continuo. 

 

Human Machine Interface - Linee guida di implementazione: good design VS bad design

 

Linee guida di implementazione per le Human Machine Interface

Le HMI con prestazioni scadenti vengono spesso citate infatti come fattori che contribuiscono in modo significativo al verificarsi di gravi incidenti, come riporta uno studio dell’Abnormal Situation Management Consortium. Diffuse da anni, le HMI hanno subito un profondo aggiornamento a seguito di studi sulla percezione dell’occhio umano e sull’attenzione, che hanno portato alla pubblicazione della ANSI/ISA-101.01-2015 Human Machine Interfaces for Process Automation Systems. La ISA101 fornisce i criteri per la rappresentazione dei dati di processo in maniera usabile, chiara e produttiva, con i seguenti vantaggi:

  • una migliore consapevolezza della situazione da parte dell’operatore, 
  • una migliore sorveglianza del processo, 
  • una riduzione nei tempi di rilevamento e di risposta a situazioni anomale.

Le linee guida si possono tipicamente raggruppare in quattro categorie: di seguito riportiamo le principali per ciascuna categoria. 

 

DISPLAY

La progettazione dei display utilizza metodi context-sensitive che focalizzano le informazioni rilevanti. 

Tale metodologia context-sensitive infatti riduce le informazioni visualizzate contemporaneamente sullo schermo, andando così a diminuire il disordine visuale. Un display ordinato e pulito permette all’utente di focalizzarsi sulle attività che ne richiedono l’attenzione, senza distrarsi con dati e informazioni non rilevanti.

Nell’immagine di seguito si più notare come la rappresentazione di sinistra non sia efficace nella comunicazione, in quanto si limita a fornire il livello del serbatoio in real time. Meglio l’immagine centrale che indica i valori soglia entro cui può muoversi il livello; meglio ancora l’immagine di destra che indica l’andamento nel tempo del livello del serbatoio. 

Human Machine Interface: progettazione efficace dei display (immagine tratta da “The High Performance HMI Handbook” by Bill Hollifield, Dana Oliver, Ian Nimmo, Eddie Habibi)

Immagine tratta da “The High Performance HMI Handbook” by Bill Hollifield, Dana Oliver, Ian Nimmo, Eddie Habibi

 

NAVIGAZIONE E INTERAZIONE

Questo gruppo di linee guida si propone di velocizzare e rendere facilmente accessibili determinate azioni/schermate che richiedono l’attenzione dell’utente:

  • Elaborazione di uno schema di navigazione tra display semplice e netto che permetta di saltare dei passaggi nel muoversi tra schermate. Da ogni livello della gerarchia display deve essere possibile raggiungere facilmente i livelli più alti, posizionandosi di conseguenza sulla schermata desiderata con pochi click.
  • fornire tempi di risposta rapidi durante la navigazione tra display: un tempo di risposta troppo lento potrebbe instaurare il dubbio che il sistema non stia funzionando correttamente
  • Scegliere la dimensione degli oggetti selezionabili e la distanza tra di essi in modo tale che gli operatori possano selezionare la zona desiderata senza incorrere in possibili errori. 

 

STILE SCHERMO E COLORI

L’applicazione di questo gruppo di linee guida permette di focalizzare l’attenzione dell’utente sui punti realmente importanti, evitando al contempo distrazioni dovute a grafiche e animazioni troppo complesse e colorate.

  • L’intensità dei colori deve essere consistente con il grado di attenzione richiesto
  • Lo stile delle animazioni deve focalizzare l’attenzione sui punti critici del processo o sulle attività legate alla sicurezza. L’abuso e l’uso inappropriato di queste ne diminuisce l’efficacia
  • Gli oggetti e le apparecchiature devono essere disegnati senza dettagli non necessari, minimizzando anche la complessità delle relazioni tra le apparecchiature 
  • La visualizzazione di informazioni dettagliate e di supporto, quindi non sempre necessarie, deve essere possibile solo on-demand
  • Impostare un codice dei colori in modo che sia consistente e univoco: il colore degli allarmi sarà utilizzato esclusivamente per gli allarmi in modo tale da non creare confusione agli operatori
  • Le combinazioni di colori utilizzate devono avere contrasto adeguato
  • Impostare uno sfondo neutro che massimizzi la leggibilità, senza causare affaticamento della vista

Nell’immagine di seguito si può notare come l’informazione sullo stato di funzionamento di una pompa possa trarre in inganno l'osservatore. Il colore rosso, ad esempio, viene tipicamente associato ad un malfunzionamento e non una situazione di not running. La rappresentazione di destra con colori neutri è quindi nettamente chiara e meno fuorviante.

Human Machine Interface: progettazione schermo e colori (Immagine tratta da “The High Performance HMI Handbook” by Bill Hollifield, Dana Oliver, Ian Nimmo, Eddie Habibi)

Immagine tratta da “The High Performance HMI Handbook” by Bill Hollifield, Dana Oliver, Ian Nimmo, Eddie Habibi

 

SIMBOLI, LINEE, TESTO E NUMERI

I simboli, le linee, i testi e i numeri hanno ruoli ben definiti nel complesso delle rappresentazioni per questo è bene considerare le seguenti linee guida:  

  • I simboli vengono utilizzati per rappresentare lo stato degli elementi del processo e gli oggetti di controllo, mentre le linee e le frecce vengono usate per indicare i flussi di materiale e le relazioni di controllo. 
  • Usare testi e numeri leggibili dalla posizione abituale degli operatori: L’utilizzo corretto di testi e numeri deve essere rapportato anche in base alla posizione e alla distanza che tipicamente assume l’utente nel leggere lo schermo. Quando questi non sono correttamente dimensionati, si possono incontrare delle difficoltà e male interpretare i dati di processo, i messaggi o anche gli allarmi sullo schermo
  • I codici e le abbreviazioni utilizzate devono essere consistenti e comprensibili agli utilizzatori

 

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