L’automazione dei processi industriali e la crescente digitalizzazione hanno, senza dubbio alcuno, apportato molti benefici sia nel settore produttivo che per i consumatori finali.
Tuttavia, molto si deve anche alla semplicità con la quale macchine estremamente complesse nel loro funzionamento (si pensi a un qualsiasi smartphone, con capacità computazionali superiori a quelle che, nel 1969, furono necessarie per far sbarcare il primo uomo sulla Luna!) divengono accessibili a tutti.
Tale cambiamento si deve anche, e soprattutto, allo sviluppo di innovative e sempre migliori HMI (“Human Machine Interface”).
Nel seguito, una breve analisi di cosa si indica col termine HMI e quale sarà l’importanza di tali strumenti anche nel futuro.
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Cos’è un’interfaccia uomo macchina (HMI, Human Machine Interface)
Con il termine interfaccia uomo-macchina (IUM o HMI), si indica il componente di un dispositivo o di un software che permette al proprio utilizzatore di agire, più o meno semplicemente, sul macchinario dallo stesso gestito, sfruttandone ogni funzione.
Un esempio chiaro di quanto sopra è rappresentato, nella vita di tutti i giorni, dal touchscreen di ogni smartphone e da tastiere, mouse e trackpad, con i quali utilizziamo il computer; dalla pulsantiera di una lavatrice, oggi anche touch e con funzionalità tali da consentire il download di programmi di lavaggio aggiuntivi tramite una app; il quadro di bordo di un’auto, che consente anche di visualizzare lo stato di singoli componenti della stessa e regolarne alcune funzioni.
A livello industriale, le HMI assumono molteplici forme, dalle più basilari, come semplici schermi dai quali il dipendente può visualizzare lo stato del macchinario ed eventuali avarie, a pulsantiere e sistemi multitouch che permettono anche di interagire in modo attivo col macchinario o con intere linee di produzione, connesse fra di loro.
Anche un semplice tablet o uno smartphone, per mezzo di una applicazione dedicata, possono essere riconvertiti in una preziosa risorsa industriale, data anche la facilità di trasporto degli stessi all’interno del complesso.
Segreto e punto di forza, dunque, di ogni HMI è la sua usabilità, la capacità di cambiare, di essere disegnata e progettata sulle competenze e sulle necessità del proprio utente finale, direzionandone l’operare per livelli ed anche con l’ausilio di colori e disegni, i quali indirizzano un chiaro messaggio altrimenti difficilmente intelligibile, se analizzato sotto forma di una stringa di codice. Il successo degli odierni smartphone (nei quali il processo di installazione e utilizzo di un qualsiasi software è talmente immediato da essere diventato iconico) ne è un chiaro esempio.
Breve storia delle HMI
Il primo modello di interfaccia uomo-macchina è rappresentato dal batch-processing: un metodo di comunicazione tramite appositi fogli forati che consentiva alla macchina di leggere l’input fornito ed elaborarne l’output. Come prevedibile, tale metodo, sebbene rivoluzionario per l’epoca, era altamente soggetto ad errori umani nella fase di input. Per tale motivo, non era un’interfaccia di semplice utilizzo. Rappresentava, tuttavia, il punto di svolta dal quale partire per lo sviluppo di nuove modalità di comunicazione con la macchina.
La comunicazione “tramite fori” venne sostituita negli anni ’60 da interfacce testuali a riga di comando, tramite le quali l’utente, cui si richiedevano comunque particolari competenze, poteva impartire, per mezzo dell’immissione all’interno di un programma di righe consecutive di testo, comandi diretti al macchinario.
Il rapporto uomo-macchina cambia del tutto con l’avvento delle interfacce grafiche (GUI, dall’inglese “Graphical User Interface”), le quali consentono di interagire con il dispositivo utilizzando elementi grafici come icone, finestre e dispositivi esterni quali tastiere e mouse. È il modello ancora oggi utilizzato dai computer, conosciuto anche come WIMP (dall’inglese “window, icon, menus, pointer”).
Con la creazione di dispositivi in grado di rilevare la pressione del tocco e la sensibilità dello stesso, sono oggi largamente utilizzati (o in fase di sviluppo) anche in ambito industriale interfacce grafiche in grado di far interagire l’utente direttamente con lo schermo, tramite l’utilizzo delle proprie dita, con funzioni avanzate per ruotare, ingrandire, ecc.
HMI e SCADA
Le interfacce uomo-macchina non possono funzionare senza essere associate a un sistema informatico distribuito che raccolga gli input forniti dall’utente per mezzo delle HMI. Questo tipo di sistema, spesso confuso con le stesse HMI, prende il nome di SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition, cioè “controllo di supervisione e acquisizione dati”), e si occupa proprio di raccogliere dati, supervisionare il funzionamento degli impianti, e trasformare in informazioni utili l’input fornito dall’utente, e viceversa.
In sostanza, rappresenta un insieme di sistemi, tra cui sensori, terminali e altro. Le HMI sono la parte visibile del sistema SCADA, senza il quale non potrebbero funzionare. Tuttavia, consentono all’utente di interagire con lo stesso, visionando costantemente lo stato del sistema, i risultati delle operazioni poste in essere dagli altri componenti del sistema SCADA, nonché di porre in essere tutte le azioni necessarie a farlo funzionare secondo le necessità dell’utente.
Un sistema combinato, dunque, che lavora sue due fronti, uno esterno e uno interno, senza dubbio essenziale all’interno di un impianto industriale complesso e di grandi dimensioni.
A cosa serve una HMI
Tutto ciò premesso, diviene più chiaro, specialmente in un contesto industriale, quanto le HMI forniscano un aiuto prezioso per intervenire tempestivamente, in modo semplice e con criterio sugli impianti, con grande beneficio della produttività e dell’operatività.
Un esempio tipico e funzionale, in ambito industriale su larga scala, delle human machine interface, sono gli impianti di trattamento delle acque e dei reflui: la necessità di gestire processi complessi e diffusi sul territorio anche a chilometri di distanza non permetterebbe, senza un sistema SCADA dotato di interfacce semplici e facilmente leggibili, di coordinare le singole lavorazioni: l’operatore, per mezzo di uno schermo, infatti, può monitorare a distanza elementi altrimenti impossibili da rilevare quali il livello delle acque, il loro pH, la presenza di determinate sostanze chimiche, nonché eventuali messaggi di allarme. Anche alcune azioni correttive possono essere poste in essere direttamente dalle HMI, semplicemente tramite l’utilizzo di un tasto.
Soluzioni software per interfaccia uomo macchina
Ad oggi, allo scopo di semplificare lo sviluppo e l’implementazione di tali forme di comunicazione con gli impianti e i macchinari, molte software house si occupano proprio di progettare e vendere protocolli di comunicazione, che funzionano con una gamma di sistemi assai ampia, accessibili in modo semplificato tramite web o tramite installazione sui dispositivi aziendali in uso.
È la logica del prodotto custom, personalizzato, dotato di widget, dashboard e persino colori interamente adattabili alle singole necessità non solo dell’impresa nella quale gli stessi sono utilizzati (grazie alla possibilità di restituire interfacce con opzioni differenti in base anche alle autorizzazioni cui l’utente dispone) ma anche ai dipendenti delle stesse (si pensi anche solo ad un interfaccia che può restituire anche dei colori idonei ai soggetti daltonici, o realizzata secondo le stesse palette del marchio aziendale).
Non solo: molte delle nuove interfacce sono realizzate in modo tale da permettere all’utente di ricevere avvisi via SMS, via e-mail o di controllare via remoto impianti localizzati in siti distanti fra loro, con visualizzazione in tempo reale di indicatori di performance relativi alla produzione.
Particolarmente innovative sono oggi le soluzioni touch, che sfruttano anche le funzionalità degli smartphone per adattare l’utilizzo dei sistemi SCADA a meccaniche oramai note a tutti gli utenti, tramite gesti semplici e di facile comprensione.
Industry 4.0 e HMI: applicazioni in Italia e nel mondo
Le principali industrie che fanno uso di HMI, ad oggi, sono la automotive e la farmaceutica, la distribuzione di acqua, gas ed energie, oltre che le industrie di trasporto.
In particolare, la crescita dell’automazione nel settore farmaceutico, a causa della crescita della domanda e della necessità di aumentare l’efficienza della produzione, ha spinto molte aziende, a livello globale, a investire nello sviluppo di sistemi tecnologici che permettano di minimizzare il contatto umano col prodotto finale, riducendo così il rischio di contaminazione.
Nel 2019, GE Heealthcare e Rockwell Automation (uno dei principali colossi mondiali nel campo dell’automazione e dello sviluppo di HMI) hanno collaborato per creare un sistema che venga incontro alle necessità produttive dell’Industria 4.0, consentendo ai ricercatori di sperimentare in modo più efficiente, nonché arrivare sul mercato più rapidamente con prodotti maggiormente personalizzati per i consumatori.
Anche in Italia si è assistito ad una crescita delle tecnologie come le HMI, al fine di allineare le capacità produttive a quelle di un mercato sempre più veloce e tecnologico.
Un esempio è Nordmeccanica, la quale ha dotato le proprie macchine di tablet che consentono di governarle da remoto. Tramite tale strumento è possibile visualizzare ed impostare i parametri per il funzionamento dei macchinari in tempo reale da qualunque posizione, accelerando di gran lunga la gestione degli stessi, riducendo gli errori e i tempi necessari per porre in essere le relative azioni correttive, secondo una logica di efficienza dei processi e delle risorse umane. Non solo: è anche possibile, tramite un link, stampare dei report sullo stato dell’oggetto del quale si fotografa l’etichetta. Tali innovazioni hanno consentito all’azienda di siglare accordi commerciali con Amcor e Siemens, per lo sviluppo anche di tecnologie a realtà aumentata.
Evoluzione e futuro delle HMI
Tutto ciò premesso, è facile intuire come le HMI tradizionali sono destinate a essere sostituite, nel futuro, da soluzioni in cloud e interconnesse, le quali, al fianco di tecnologie come cognitive computing e Internet of Things (IoT), e dagli assistenti vocali, consentiranno ai loro utilizzatori di interagire, anche a livello industriale, in modo semplice e diretto coi macchinari, nello stesso modo in cui oggi possiamo interagire coi nostri smartphone, rendendo il tessuto industriale, anche quello italiano, più competitivo ed efficiente.
Tuttavia, occorre ricordare che maggiore connessione e automazione espone le industrie a un rischio maggiore di attacchi: per tale ragione, sarà necessario accrescere anche le misure di sicurezza, al fine di garantire la business continuity e la resilienza dei sistemi.
