인간-기계 인터페이스 또는 HMI는 인간이 기계와 상호 작용할 수 있도록 하는 특정 장치 또는 소프트웨어 애플리케이션의 기능 또는 구성 요소로 정의됩니다. 일상 생활에서 마주치는 일반적인 HMI 장치의 예로는 터치스크린과 키보드가 있습니다.
산업 환경에서 사용되는 HMI는 주로 사용자를 기계, 시스템 또는 장비에 연결하는 화면 또는 터치스크린입니다. 플랜트 운영자는 HMI를 사용하여 기계와 생산 라인을 제어하고 자동화합니다. HMI는 플랜트 기계에 장착된 간단한 화면 디스플레이, 고급 터치스크린, 멀티터치 지원 제어판, 푸시 버튼, 키패드가 있는 컴퓨터, 모바일 기기 또는 태블릿일 수 있습니다.
DeepL.com으로 번역됨(무료 버전)
인간-기계 인터페이스의 진화
일괄 처리를 사용하여 기계와 상호 작용
1950년대에는 입력과 관련해서 일괄 처리가 기계를 처리하는 주요 방식이었습니다.
일괄 처리에서는 사용자가 일반적으로 펀치 카드를 사용하여 모든 세부 사항과 작업 순서를 지정해야 했습니다. 이 펀치 카드는 기계에 공급되었습니다. 기계는 펀치 카드를 평가하고 결과를 제공합니다. 일괄 처리 기술은 오류가 발생하기 쉽기 때문에 효과적인 인간-기계 상호 작용 모드가 아닙니다.
명령줄 인터페이스를 사용하여 머신과 상호 작용
명령줄 인터페이스 개발은 일괄 처리를 따릅니다. 명령줄 처리란 사용자가 기계와 상호 작용하는 보다 상호 작용적인 방식으로, 사용자가 기계에 직접 명령을 내릴 수 있도록 합니다. 이는 텍스트를 받아들이는 프로그램을 사용하여 연속적인 텍스트 줄을 입력하여 수행됩니다. 이는 1960년대에 기계를 다루는 주요 방법이었습니다.
그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여 기계와 상호 작용
그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 인간-컴퓨터 상호작용의 다음 단계를 구성합니다. 이러한 인터페이스를 통해 최종 사용자는 창, 버튼, 아이콘과 같은 풍부한 그래픽 요소를 사용하여 기계와 상호작용할 수 있습니다. 이를 WIMP 모델(창, 아이콘, 메뉴, 포인터)이라고 합니다. 참여에 사용되는 실제 장치에는 키보드 및 마우스와 같은 장치가 포함됩니다.
WIMP 이후 단계
현대 사회에서 컴퓨터와 기술의 사용이 증가함에 따라 보다 정교한 수준의 인간-컴퓨터 상호작용이 요구됩니다. 이로 인해 사용자가 물리적 핸들을 사용하여 가상 객체와 상호작용할 수 있는 터치스크린과 그립형 사용자 인터페이스가 개발되었습니다.
HMI 및 제조
SCADA 시스템에서 HMI의 역할
대부분의 SCADA(감시 제어 및 데이터 수집) 시스템은 효율적으로 작동하기 위해 내장된 HMI 구성 요소에 의존합니다. SCADA 시스템은 공장이나 시설의 주요 전체 제어 시스템이며 발생하는 모든 복잡한 작업을 조절하는 역할을 합니다.
전통적으로 생산 라인을 HMI와 통합하려면 HMI를 PLC(Programmable Logic Controller)에 연결해야 하며 HMI는 PLC에서 수신한 데이터를 표시하고 사용자로부터 PLC로 입력을 제공합니다. 이러한 그래픽 디스플레이는 종종 매우 간단합니다.
기본 HMI를 사용하면 작업자나 공장 관리자가 기계 온도, 공정 수, 기계 상태, 자재 수와 같은 일반적인 매개변수를 확인할 수 있습니다.
HMI 및 SCADA의 예
HMI와 관련된 표준 시나리오는 많은 수처리 및 폐수 처리 시설에서 발견됩니다. 이러한 시설은 종종 수처리가 스크리닝, 펌핑, 다양한 유해 미생물 및 잔류물 제거와 같은 여러 단계를 포함하기 때문에 어려움에 직면합니다. 또한 각 처리 단계는 수 킬로미터 떨어진 지역에서 발생할 수 있으므로 장비 및 프로세스를 모니터링하고 제어하는 것이 어려울 수 있습니다.
SCADA 시스템에 통합된 HMI 화면은 일반적으로 PLC에 연결되어 운영자가 수위, pH, 펌프, 용존 고형물 또는 특정 독성 화학 물질의 수준을 원격으로 모니터링할 수 있도록 합니다.
HMI는 탱크 수위에 따라 펌프를 켜고 끄는 데 사용할 수 있습니다. 또한 pH가 특정 수준 아래로 떨어지면 HMI는 일반적으로 알람을 표시하며, 이는 터치 스크린 모니터를 사용하여 조정할 수 있습니다. 이런 방식으로 HMI는 작업자가 수처리의 프로세스와 단계를 모니터링하고 제어할 수 있도록 합니다.
스마트 팩토리 환경을 위해 개발된 많은 최신 산업용 HMI는 멀티미디어 기능이 풍부합니다. 이를 통해 사용자는 기계 상태, 이메일 알림에 대한 통합 SMS 알림을 받고, 공장 현장 프로세스의 통합 비디오를 볼 수 있습니다. 보다 정교한 HMI는 여러 기계와 여러 사이트에서의 작업을 원격으로 제어하고, 공장 작업을 분석할 수 있습니다. HMI는 제조 및 공장 관련 KPI가 있는 대시보드를 표시할 수도 있습니다.
결과적으로 새로운 기술이 계속 통합됨에 따라 HMI의 역할도 빠르게 진화하고 있습니다.
공장을 위한 고급 HMI에 투자하는 주요 이점
오늘날 시장에는 플랜트 기계를 모니터링하고 제어할 수 있는 여러 가지 고급 HMI가 있습니다. 기계를 원격으로 모니터링하고 KPI 출력 대시보드를 사용하는 기능과 같은 여러 기능이 있는 고급 HMI에 투자하는 측면에서 가장 큰 이점은 플랜트 프로세스와 운영을 간소화하는 것입니다.
또 다른 주요 이점은 중요한 실시간 데이터를 쉽게 볼 수 있는 기능입니다. 현대의 고급 HMI의 이러한 속성은 플랜트 환경의 복잡성을 줄이는 데 큰 도움이 됩니다.
또한, 플랜트 소유자는 HMI를 사용하여 변화하거나 어려운 조건에 신속하게 대응할 수 있습니다. 결과적으로 가동 중지 시간이 줄어들어 효율성이 향상됩니다. 이를 통해 플랜트 소유자는 비용과 낭비를 줄이고 궁극적으로 프로세스와 수익성을 개선할 수 있는 지능형 시스템을 얻을 수 있습니다.
미래에는 에지 또는 머신 레벨의 HMI가 더욱 강력해지고 실시간으로 경쟁할 수 있는 기회를 얻게 될 것입니다.
HMI를 직접 제작해야 할까, 아니면 구매해야 할까?
공장 주인이 종종 마주치는 질문은 "HMI를 만들어야 할까, 아니면 사야 할까?"입니다. 이것은 고려해야 할 변수가 많기 때문에 쉬운 답이 없는 매우 광범위한 질문입니다. 물어봐야 할 질문 중 일부는 다음과 같습니다.
- HMI는 공장에서 어떤 프로세스와 작업을 제어해야 합니까?
- 공장에서는 어떤 기계와 매개변수를 모니터링해야 합니까?
- HMI는 얼마나 복잡해야 합니까?
- 해당 조직이 자체적으로 전문 지식과 지식을 보유하고 있습니까?
- 공장 소유자가 HMI를 설계, 개발하고 테스트할 시간이 있습니까?
- 시장에서 제품을 신속하게 현대화해야 하는 필요성과 이를 회사 내에서 실현 가능한지 여부
- 시장 역시 급속한 기술 발전을 강요하고 있으므로 동일한 고려 사항이 적용됩니다.
- 기존 사내 개발팀에 외부 기술을 도입하는 것이 가능할까?
- 사용 가능한 예산은 얼마인가요?
- 최종 목표는 무엇입니까? 연구 프로젝트를 위한 간단한 프로토타입인가요, 아니면 HMI의 완전히 로드된 작동 제어 버전인가요?
궁극적으로, 플랜트 소유자나 제조업체가 HMI를 설계, 개발 및 구축한 경험이 없다면, 구매하는 것이 더 합리적입니다. 이렇게 하면 시간을 절약하고 테스트된 솔루션을 제공할 수 있습니다. 최소한 조사를 해야 하며 제조업체나 플랜트 소유자는 자체 HMI를 설계하기 전에 컨설턴트나 전문가와 상의해야 합니다.
인간-컴퓨터 상호작용의 미래
현재, HCI의 다음 단계의 미래가 어떨지에 대한 다양한 예측이 있습니다. 클라우드 컴퓨팅, 인지 컴퓨팅, 사물 인터넷(IoT)과 같은 기술은 모두 HCI의 다음 단계 개발에 역할을 할 것으로 예상됩니다.
다음 단계의 참여에서 무엇이 나타날지 예측하는 것은 어려운 일입니다. 그러나 산업 전반에 걸쳐 생산성을 이끌어낼 더 높은 수준의 인간-컴퓨터 파트너십이 있을 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다.
산업 4.0의 요구 사항 측면에서 산업용 HMI는 HMI 전체에 영향을 미치는 새로운 기술과의 추가 통합을 보게 될 것입니다.