ヒューマン マシン インターフェースとは何ですか？

その名前が示すように、HMIは人間が機械、システム、またはデバイスと対話できるようにする任意のタイプのインターフェースです。HMIユーザインターフェイスは、オペレータに情報を提示し、コマンドを入力できるようにすることで、双方向通信用に設計されています。よくある誤解ですが、HMIは単なるタッチパネルではありません。オペレータが機能を実行したり情報を受け取ったりするために触ったり、見たり、聞いたり、使用したりするさまざまな要素が含まれます。これには、電気機械式ボタン、スイッチ、視覚的および聴覚的なステータスインジケータ、デジタルキーを備えたグラフィカル ユーザー インターフェース（GUI）を備えた多層タッチスクリーンが含まれます。

HMIシステムの目的

HMIの主な目的は、オペレータと機械間の効率的かつ効果的な通信を促進することです。ユーザーフレンドリーなヒューマン マシン インタラクションを提供することで、HMIはオペレータが機械、システム、またはプロセスの監視と制御を容易にします。この相互作用は、デバイスのオン／オフなどの単純な機能から、システムパラメータの設定や問題のトラブルシューティングなどのより複雑な操作まで多岐にわたります。すべてのオペレータインターフェイスの背後には、通常、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）があり、タッチパネルの場合はHMIと直接統合することもできます。

産業用HMIパネル

産業用ヒューマン マシン インターフェイスは、製造、エネルギー、輸送、医療など、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。これらのHMI操作パネルは、過酷な環境に耐えるように設計されており、厳しい条件下でも信頼性の高い性能を提供します。

産業用HMIのアプリケーション

産業用HMIパネルは、次のような幅広いアプリケーションで使用されます。

• 製造：製造プロセスの監視と管理、機械の管理、製品品質の確保
• エネルギー：発電・配電システムの監督、再生可能エネルギー源の管理、エネルギー効率の最適化
• 輸送：鉄道、地下鉄、空港などの輸送システムを監督し、安全で効率的な運営の確保
• ヘルスケア：医療機器の管理、患者データの監視、患者の安全性と快適性の確保
   

産業用HMIの課題と設計上の考慮事項

産業用HMIの設計には、次のような固有の課題があります。

• 過酷な環境：産業用HMIは、極端な温度、湿度レベル、埃、振動に耐えるように構築する必要があります。
• 信頼性：これらのインターフェイスのパフォーマンスは、連続使用であっても、一貫性と信頼性がなければなりません。
• セキュリティ：機密データの保護を確保し、役割や権限の管理などを通じて、不正なシステムアクセスを防止する必要があります。
• カスタマイズ：産業用HMIは、各業界の特定のニーズと施設の運用要件に合わせて調整する必要があります。
   

HMIのコンポーネント

HMIパネルまたはシステムは、シームレスなユーザーエクスペリエンスを提供するために連携するさまざまなハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントで構成されています。これらのコンポーネントには、以下が含まれます。

• タッチパネル：これらは現在最も一般的なHMIデバイスであり、オペレータはタッチベースの入力を介して機械と対話できます。
• 電気機械式ボタンとスイッチ：多くのHMIには、触覚フィードバックを提供する物理的なボタンやスイッチも含まれており、特にタッチパネルが適さない環境では特にそうです。
• ステータスインジケータ：視覚および聴覚インジケータは、オペレータに機械の状態を警告し、問題を迅速に評価して対応できるようにします。
• グラフィカル ユーザー インターフェース（GUI）：GUIは、機械の機能と動作を視覚的に表現し、オペレータが機械を理解し、制御しやすくします。
• 接続性：HMIをPLC、センサー、アクチュエータなどの他のデバイスまたはシステムに接続する通信チャネル。
   

HMIを成功させる鍵

HMIコントローラのユーザーフレンドリー性は、ユーザーとHMIを使用するコンテキストの徹底的な理解にかかっています。HMIを設計する前に、将来のオペレータの多様な人口統計と、その特定のニーズ、機能、および制限を考慮することが不可欠です。このユーザー中心のアプローチにより、HMIは直感的で効率的で、すべてのユーザーがアクセスできるようになります。

ユーザーを理解する

ユーザーの十分に根拠のある定義には、次のようなさまざまな要因の分析が含まれます。

• ユーザーの人口統計： 教育レベル、技術的習熟度、または関連する可能性のあるその他の要因 
• ユーザーの役割：オペレータの特定のタスクと責任。役職（通常のユーザー、管理者など）によって異なる場合があります。
• 物理的な場所：照明、温度、騒音、振動レベル、埃、水、化学物質への暴露、HMIを屋内または屋外で使用するかどうかなどの要因を含む操作環境
• 実行するタスク：HMIを使用してオペレータが実行する必要がある特定のアクション
   

ユーザー中心のアプローチを採用する

効果的なHMIを作成するには、ユーザー中心のアプローチを採用することが重要です。これには、以下が含まれます。

• ユーザー調査の実施：調査、インタビュー、観察を通じて、ユーザーのニーズ、好み、問題点に関するデータを収集する
• ユーザビリティの設計：学習しやすく、使用効率が高く、エラーのリスクを最小限に抑えるインターフェイスの作成
• 試作とテスト：HMIの最終実装前に潜在的な問題を特定して対処するための試作の開発とユーザビリティテストの実施
• 反復的な改善：ユーザーフィードバックと変化する要件に基づいてHMIを継続的に改良
   

適切に設計されたHMIの利点

優れた設計のHMIには、次のような多くの利点があります。

• ユーザーエクスペリエンスの向上：直感的で使いやすいインターフェースにより、オペレータの満足度と生産性が向上します。
• 効率を高める：合理化されたワークフローと情報への容易なアクセスにより、オペレータはタスクをより迅速かつ正確に実行できます。
• 安全性の向上：明確かつ簡潔な方法で情報を提示することで、オペレータは情報に基づいた意思決定を行い、エラーのリスクを減らすことができます。
• 状況認識の向上：HMIはリアルタイムのデータとアラートを提供することができ、オペレータはシステムのステータスについて常に情報を得て、あらゆる問題に迅速に対応できます。これは今日の工場では特に重要であり、1人のオペレーターが直接隣に置かない複数の機械を担当することがよくあります。

モバイルおよびウェアラブルHMIの利点

モバイルデバイスとウェアラブルをHMIシステムに統合すると、次のような多くの重要な利点があります。

• 移動性の向上： オペレータは施設内のどこにいても機械を制御できるため、発生する問題に迅速に対応できるようになります。
• 状況認識の強化：ウェアラブルは、オペレータにアラートと重要なデータをリアルタイムで提供し、機械のステータスとパフォーマンスに関する最新情報を常に把握できるようにします。
• 効率性の向上：モバイルデバイスとウェアラブルは、情報と制御機能への容易なアクセスを提供することで、機械の管理に必要な時間と労力を削減し、運用を合理化します。
   

将来のHMIトレンド

技術とユーザーニーズが進化し続けるにつれ、HMIの機能も進化します。最近または新たに出現したトレンドのいくつかは、オペレータインターフェイスを変革し、よりインテリジェントで適応力の高いものにすることを目指しています。

• インダストリー4.0の完全な展開には、リアルタイムのデータ交換とリモート監視を可能にするために、HMIとモノのインターネット（IoT）、より具体的には、産業用モノのインターネット（IIoT）の接続が含まれます。これにより、高度な分析が容易になり、予測インサイトやシステムパフォーマンスの最適化に使用できます。
• 人工知能（AI）と機械学習（ML）により、HMIシステムはユーザーとのやり取りから学び、個々の好みに適応することができます。これにより、オペレータのニーズを予測する、よりパーソナライズされた効率的なインターフェイスが実現します。例えば、AI主導のHMIは履歴データを分析して潜在的な問題を予測し、予測メンテナンスの推奨事項を提供し、ダウンタイムを削減し、生産性を向上させることができます。
• 拡張現実（AR）と仮想現実（VR）は、HMI体験をより没入型でインタラクティブなものにすることで、HMI体験に革命をもたらすよう設定されています。ARは、デジタル情報を物理的環境にオーバーレイできるため、オペレータは自分の視野内でデータや指示を直接表示できます。また、VRでは複雑なシナリオをシミュレートできるため、オペレータは安全で制御された環境でスキルを練習し、洗練することができます。
• 音声認識と自然言語処理（NLP）技術もHMIに統合され、オペレータは音声コマンドを発行するだけで機械を制御できるようになりました。これにより操作が簡素化され、インターフェースとの物理的な「実践的な」やり取りの必要性が軽減されます。音声対応のHMIは、口頭でのフィードバックを提供し、コミュニケーションを強化し、全体的なユーザーエクスペリエンスを向上させることもできます。
• 指紋や顔認識などの生体認証は、HMIのセキュリティと使いやすさを向上させることができます。これらの技術により、特定の機械制御機能には権限のある人員のみがアクセスできるようになり、不正使用のリスクが軽減され、運用の安全性が向上します。