机器自动化用户将受益于与接口和5G连接相关的移动人机界面开发。
作者:Leandro Coeli, ADISRA LLC合伙人
随着人类和机器将共同协作将数据转化为知识的新时代的到来，人机界面(HMI)将在这一不断扩大的数字转型中发挥越来越重要的作用。第一步是数字化，将物理动作和模拟信号转换成数字形式。更重要的是数字化，即利用技术来改变业务流程，实现新的价值创造或收入模式。
数字化道路上的一个趋势是从集中式或本地化流程向分散式架构的转变，在分散式架构中，人机界面的移动性成为关键。工业物联网(IIoT)领域的持续发展正在为颠覆性行业模式创造机会，反过来又推动了新型人机界面技术的发展。
扩展接口
目前的人机界面是基于显示的，使用触摸屏、键盘和指向设备。未来的人机界面将包括更广泛的界面，如自然语言处理、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)和基于语音的人机界面。
人机界面将意识到被动的用户输入，如位置。这将允许用户在靠近设备时接收设备健康状况的通知，使用移动设备上的HMI软件定位自己和设备(图1)。
移动人机界面可以具有位置感知功能，因此用户可以自动接收到附近设备的通知和可见性。由ADISRA
移动人机界面也在不断发展，在多种形式的因素上变得更加直观和易于使用，如手表、可穿戴设备和其他类型的新兴控制设备。根据IDC的数据，可穿戴设备市场预计将在2020年增长9.4%，出货量为3.682亿部，到2024年将达到5.268亿部(参考文献1)。对于工业自动化用户来说，可穿戴设备正因提高生产率和安全性而变得越来越受欢迎。
无论HMI拥有什么样的形式，它都需要收集和表示最重要的数据，以便用户能够生成解决业务用例所需的见解。
移动人机界面的作用
成功的数字化和随后的数字化工作将依赖于工业物联网的硬件、软件和网络元素，但将面临连接和安全方面的基础性挑战。数据收集、分析、可视化和警报的正确组合可以使移动人机界面成为技术组合的关键部分。所有数字化的工厂或机器数据可以提供效益，并应连接。移动人机界面可以在靠近设备和设备的地方操作来获取数据，因此可以很好地成为任何数字转换解决方案的一部分。
通过网关或直接与现场设备进行远程连接，允许用户监控和故障排除他们的设备，无论他们是站在设备旁边还是数千英里以外，最大限度地减少停机时间，并节省不必要的现场行程。许多机器制造商和系统集成商现在安装他们的设备和系统，以提供与远程项目站点的广泛连接，以进行监控，甚至将分布式机器作为一种服务来操作。
最强大的人机界面是建立在使用HTML5和OPC UA等标准在移动设备上部署应用程序的最新技术之上的。至少，作业人员需要远程监控设备的情况，并做出明智的决定，然后根据这些信息采取行动。设计良好的人机界面可以帮助他们轻松地可视化和识别重要信息，如关键性能指标(kpi)和整体设备有效性(OEE)(图2)。
至少，现代的人机界面必须在任何移动平台上提供良好的可视化，无论用户是在目标机器附近还是在世界各地。由ADISRA
5G支持移动人机界面
当Wi-Fi提供足够的性能时，现场移动HMI首次成为现实，同样，当蜂窝数据连接达到足够的吞吐量时，异地远程HMI成为现实。这一发展的下一步是5G。
5G将改变远程和移动HMI的制造应用。目前在美国，有6家运营商在特定城市提供5G技术，而欧洲有14家运营商提供5G技术。在无线工业物联网WANscape中，有三个主要的5G用例:
-海量机器类型通信(mMTC)
-增强流动宽频(eMBB)
-超高可靠低延迟通信(URLLC)
mMTC提供可扩展的连接与广泛的区域覆盖。这个用例基于大量的设备。智能城市、智能计量和智能物流将是一些很好的应用实例。
eMBB更适用于高数据速率和宽频谱范围的数据驱动应用，如沉浸式视频会议和3D视频。
URLLC支持对关键任务和实时应用程序的超可靠和低延迟连接，其设计目标是延迟亚毫秒，错误率低于1毫秒。潜在的应用包括自动驾驶汽车、智能电网、工厂自动化、机器人控制和AR/VR应用。
在一些城市使用5G技术，移动HMI可以访问更大的数据容量，减少延迟，同时保持安全标准。与传统技术相比，传感器、控制器、远程机器监控和操作员HMI操作将受益于性能的提高。
根据代表全球移动网络运营商利益的贸易协会GSMA最近的一项研究，5G将在未来15年为北美经济贡献6570亿美元，其中19%来自制造业和公用事业(参考文献2)。
虽然数字消费者是5G应用的很大一部分，但过去几年对工业自动化5G的关注一直在增加。5G Enabled Manufacturing (5GEM)项目创建了一个基于无线和移动5G通信的制造生产系统生命周期实例，包括设计、部署、运行和维护阶段。
项目分为四个阶段:
-网络和云架构
-5G通信专注于监控和预测性维护
-信息分发给联网机器操作员和无人驾驶车辆
-云扫描无线电规划，涉及无线电传播能力。
该项目证明了5G可以有效地应用于工业自动化。
人机界面和数字孪生
移动人机交互技术发挥越来越重要作用的另一个领域是数字双胞胎。数字孪生兄弟是物理对象或机器的虚拟表示。在将这些变化应用到物理世界之前，运营商可以使用HMIs在虚拟数字孪生世界中探索潜在的昂贵安装和变化，而没有风险(图3)。
新的5G技术将提供响应灵敏的人机交互体验，即使对于AR/VR和数字双胞胎等新兴的高带宽应用也是如此。由ADISRA
此外，用户可以从数字双胞胎中收集和检查数据，以更好地理解、学习和推理机器操作和性能。数字双胞胎与人机界面技术完美结合，产生更灵活的交互模式，提高机器效率和操作安全。随着5G提供的快速响应时间，像这样的模拟解决方案正在变得实用，这需要在移动人机界面和数字双胞胎之间交换大量数据。
安全性和完整性
由于5G技术旨在支持各种关键任务用例，它提供了内置的安全系统和认证，与之前的移动标准相比有了很大改进。身份验证和密钥管理都是蜂窝网络保护运营商、网络以及设备与用户之间通信的关键组成部分。5G移动网络还提供额外的服务，如保证审计、强端到端加密和多种可针对不同用例定制的识别方法。
在5G变得更加普及之前，运营商可以通过长期机器进化(LTE-M)实现多接入边缘计算(MEC)。LTE- m，更具体地说，LTE Cat1，提供快速数据速率(高达1mbps)，完全移动客户端，并兼容5G。MEC的使用使运营商能够控制特定蜂窝数据流量的路由，以便在网络边缘进行处理。它允许对低延迟和安全敏感使用的蜂窝通信进行优先级排序。MEC根据操作人员的设置确定高优先级和低优先级数据。
下一代机器移动人机界面
用于机器可视化的传统人机界面是一项成熟的技术，移动人机界面也越来越普遍。然而，最新的移动人机界面正在获得令人印象深刻的界面、计算、分析和位置感知功能。这些技术的发展为操作人员提供了方便的监测设备健康状况的途径，并提供了有关机器操作条件的丰富信息，使他们能够快速响应，减少机器停机时间。
越来越多地采用5G连接提供了高网络可用性和带宽，并结合了低延迟，使人机界面能够与数字双胞胎等先进解决方案接口。先进的移动人机界面及其支持技术是自动化机械数字化转型的关键部分。
ADISRA,有限责任公司
www.adisra.com
数字，全由ADISRA提供
参考文献1:全球可穿戴设备市场在2020年复苏前将面临短期影响https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS46138520
参考文献2:移动经济，北美，https://www.gsma.com/mobileeconomy/wp-content/uploads/2020/03/GSMA_MobileEconomy2020_North_Am.pdf
了下:人机界面•操作界面•监视器
