Широкий формат в системах Человеко-машинного Интерфейса и его преимущества
Системы управления используются в широком спектре промышленных приложений и позволяют осуществлять администрирование таких комплексных объектов, как ветряные электростанции, крупные нефтеперерабатывающие и автомобильные заводы. Но, несмотря на разнообразие выполняемых функций, и областей применения, подобные системы имеют характерную общую черту – наличие мониторов, как неотъемлемой части системы человеко-машинного интерфейса (ЧМИ).
Для большинства пользователей ЧМИ работа с монитором является единственным путем непосредственного взаимодействия с системой. Однако технологии промышленных мониторов не стоят на месте и непрерывно совершенствуются. К последним тенденциям можно отнести увеличение соотношение сторон экранов мониторов, а также появление новых возможностей управления благодаря современным мультисенсорным экранам.
При грамотном применении, широкоформатные мониторы системы ЧМИ позволяют значительно повысить производительность, как разработчиков промышленных приложений, так и операторов готовых системы управления. Однако для достижения максимального результата помимо устройств ЧМИ необходимо также тщательно подбирать программное и аппаратное обеспечение системы в целом.
Данная статья рассматривает ряд вопросов, включая причины перехода мониторов на широкий формат, преимущества, которые при этом получает пользователь, а также условия для успешной реализации системы ЧМИ. В заключении будет приведено несколько примеров эффективных систем ЧМИ на базе широкоформатных мониторов.
ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМАТА ЭКРАНА
Значительное влияние на процесс эволюции промышленных мониторов для систем управления оказывают современные тенденции в области персональных компьютеров. В первую очередь изменения коснулись соотношения сторон (формата) дисплеев, а также интерфейсов управления благодаря появлению технологии Multi-touch для сенсорных экранов. При этом если новый формат мониторов уже широко представлен в продуктовых линейках ведущих производителей, то внедрение технологии Multi-touch находится на начальной стадии.
На данный момент рынок персональных компьютеров успешно перешел от формата экранов 4:3 к широкому формату 16:9 и 16:10. По данным аналитической фирмы DisplaySearch, процент новых моделей мониторов формата 16:9 и 16:10 в 2007 году составил, порядка 40% и согласно прогнозам их доля выросла до 90% в 2012 году.
Таким образом, большая часть мониторов для персональных компьютеров в настоящее время имеет исключительно широкий формат.
Кроме того, данная тенденция коснулась ноутбуков, которые также оснащаются дисплеями подобного формата. Поэтому разработчики и пользователи промышленных компьютеров используют рабочие мониторы формата 16:9 или 16:10, за исключением устаревших систем и установок.
В то время, как переход на широкий формат экрана в сфере персональных компьютеров практически завершен, внедрение мультисенсорных экранов (Multi-touch) находится на начальной стадии.
Несмотря на то, что сенсорные экраны широко распространены, большинство из них распознает только одно касание. В связи с этим их функционал аналогичен эффективности компьютерной мыши и позволяет выполнять только несложные действия, такие, как нажатие кнопок, перенос объектов и изменение размера рабочих окон.
С другой стороны, мультисенсорные экраны широко используются в качестве интерфейса ввода данных в смартфонах, планшетных компьютерах и других мобильных устройствах.
Последние версии операционной системы Microsoft Windows 7 и 8 поддерживают мультисенсорную технологию по умолчанию и распознают до 5 одновременных касаний. Данные версии ОС Microsoft обеспечивают возможность широкого внедрения этих преимуществ в промышленные приложения. Выход ОС Windows 8 позволяет мультисенсорным дисплеям стать нормальным явлением, как в корпоративных, так и промышленных системах.
Однако скорость распространения мультисенсорной технологии зависит от того, как быстро ОС Windows 8 будет распространяться, и насколько широко будет использоваться.
Но этот процесс достаточно затруднителен, поскольку многие предприятия уже успешно используют предыдущие версии ОС Windows. Учитывая относительно недавний переход корпоративных ИТ-систем на ОС Windows 7, аналитическая компания Gartner прогнозирует, что порядка 90% предприятий отложит широкое внедрение новой операционной системы до 2014 года. Данный прогноз был оглашен в рамках конференции, проведенной накануне выхода ОС Windows 8 в конце 2012 года. По оценке аналитической компании IDC, при годовом объеме 351 млн отгруженных персональных компьютеров во всем мире порядка 87,8 млн пришлось на тот же квартал.
Вместе с тем, персональные компьютеры больше не являются единственным вычислительным инструментом.
По прогнозам компании IDC, в 2012 году будет продано порядка 117 млн планшетных компьютеров, в 2013 эта цифра составит 166 млн, а к 2016 – 261 млн. Последняя цифра включает в себя 11% планшетных компьютеров на базе ОС Windows, которая по прогнозам должна быть достигнута всего за 4 года начиная от одного процента на сегодняшний день. Кроме того, по прогнозам компании Gartner к 2016 году порядка 39% предприятий будут использовать планшетные компьютеры на базе ОС Windows 8 и ультрамобильные компьютеры.
Тенденция носить свои мобильные устройства с собой привела к тому, что сотрудники предприятий стали использовать в работе личные планшетные компьютеры и смартфоны. Эксперты предполагают, что эта тенденция вынудит предприятия активно применять подобные устройства, которые могут оснащаться, в том числе мультисенсорным дисплеем.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Широкий формат экрана и поддержка технологии Multi-touch являются следствием последних тенденций в компьютерной индустрии. Их внедрение обеспечивает ряд преимуществ, как для разработчиков, так и конечных пользователей промышленных приложений и систем ЧМИ.
Одним из преимуществ данных тенденций для конечных пользователей является увеличение производительности труда. Данный факт был обнаружен в ходе исследования, проведенного Университетом Юты в 2008 году для японского производителя мониторов NEC. Замена 18-дюймовых мониторов с соотношением сторон экрана 4:3 на 24-дюймовые широкоформатные мониторы позволила значительно сократить среднее время, требуемое для выполнения поставленных задач. Так при работе с текстом среднее время сократилось на 52%, а в случае работы с электронными таблицами – на 29%.
Можно утверждать, что возрастание производительности происходит исключительно за счет увеличения числа пикселей экрана. Однако в том же исследовании сравнивались два монитора с диагональю 20 дюймов и форматом 4:3 с одним 24-дюймовым широкоформатным монитором.
При использовании последнего производительность была почти на 10% выше при работе с текстом и немного выше для работы с электронными таблицами. Таким образом, в результате данного исследования выяснилось, что применение широкоформатных мониторов само по себе повышает производительность труда пользователя.
Мультисенсорные экраны позволяют производить такие операции, как изменение масштаба выбранной области на дисплее, а также выбор и поворот объектов.
Для операторов в области управления производственными процессами и промышленной автоматизации данные функциональные особенности означают более широкие возможности системы человеко-машинного интерфейса, которые позволяют осуществлять следующие действия:
- Уменьшение или увеличение масштаба изображения для подробного изучения деталей установок;
- Горизонтальная прокрутка рабочей области для отображения важных элементов в поле зрения;
- Манипулирование двумя руками для оптимизации процесса управления;
Перемещение между экранами одним движением пальца. Если система ЧМИ содержит 3D данные, то требуемые объекты могут быть легко повернуты в необходимой плоскости. Доступ к элементам управления может быть получен с помощью движения двух пальцев. Кроме того, при помощи жестов может быть обеспечен и безопасный вход в систему.
Все эти возможности обеспечивают большую функциональность и гибкость системы ЧМИ для конечного пользователя. Более того, многие из новых функций – изменение масштаба, «щипок», горизонтальная прокрутка и поворот – являются знакомыми пользователям благодаря широкому распространению планшетных компьютеров и смартфонов.
Однако преимущества широкоформатных дисплеев и мультисенсорных экранов коснутся не только конечных пользователей. Разработчики также получат дополнительные возможности.
С одной стороны, согласно последним тенденциям, вероятнее всего разработчик использует на своем рабочем месте персональный компьютер с широкоформатным монитором.
Однако в процессе создания проекта он должен иметь в виду, что промышленные объекты могут содержать дисплеи предыдущих поколений с соотношением сторон 4:3 и разрабатываемый пользовательский интерфейс должен отображаться на них корректно.
Это означает, что разработчик должен оперировать различными пропорциями, что неизбежно отрицательным образом сказывается на его производительности.
Следовательно, переход на широкий формат на конечном промышленном объекте позволит повысить производительность разработчика при конструировании пользовательского интерфейса. Это, бесспорно, является одним из самых важных преимуществ применения широкоформатных дисплеев на промышленных объектах.
Значительно расширит возможности разработчика и применение мультисенсорного экрана. Те задачи, которые требовали нескольких шагов при однократном нажатии пальца, могут быть решены намного проще при помощи множественного касания. Например, при использовании сенсорного экрана с поддержкой только одного касания (Single-touch) процесс масштабирования осуществляется следующим образом: выбор точки, ее перенос для образования выделенной области и выбора требуемого масштаба. Мультисенсорный интерфейс позволит произвести процесс масштабирования двумя пальцами, раздвинув их на экране для увеличения или сдвинув для уменьшения. В этом случае масштабирование будет намного эффективнее, чем в случае управления одиночным касанием.
ОСОБЕННОСТИ ВНЕДРЕНИЯ
Для того, чтобы воспользоваться преимуществами возросших функциональных возможностей, однако, требуются некоторые дополнительные затраты на проектирование аппаратной и программной части проекта. Некоторые функциональные возможности являются уникальными для широкоформатных дисплеев и мультисенсорных систем ЧМИ, в то время как остальные являются стандартными для систем управления.
Прежде всего, широкоформатные мониторы обычно имеют большее количество пикселей, чем дисплеи формата 4:3. К примеру, рассмотренные в описанном выше исследовании от 2008 года 18-дюймовые мониторы имели разрешение, порядка 1280x1024 пикселей, в то время как 24-дюймовые широкоформатные мониторы обычно имеют разрешение 1920x1200 или 1920x1080 пикселей. Несложные расчеты показывают, что монитор с большей диагональю экрана имеет на 43% больше пикселей.
Увеличение числа пикселей означает, что процессор и графическая подсистема должны будут одновременно обновлять число пикселей, почти в полтора раза больше, чем раньше. Поэтому графическая нагрузка на систему при этом увеличивается.
Кроме того, применение мультисенсорного интерфейса может привести к еще большим затратам ресурсов системы. Таким образом, возрастет число пикселей, которые будут отображать информацию, а также появятся новые виды манипуляций с сенсорным экраном. Все это упрощает процесс взаимодействия оператора с пользовательским интерфейсом системы, однако требует большей вычислительной мощности системы.
Для конечной системы управления это означает необходимость использования двуядерных или более мощных процессоров. При этом точная конфигурация, конечно, будет зависеть от конкретных задач и бюджета проекта. С другой стороны, использование процессоров недостаточной вычислительной мощности может сократить или даже исключить любые преимущества от внедрения новых технологий.
Аналогично, внедрение мультисенсорных широкоформатных систем ЧМИ может привести к необходимости пересмотра всего существующего интерфейс пользователя. Появление возможности легкого увеличения или уменьшения объектов требует пересмотра их расположения в проекте, качества отображения и того, что будет показываться в результате максимального увеличения.
Тот же алгоритм следует применить к объектам, которые могут быть повернуты. Содержит ли рабочий экран 3D изображения установок или систем? Как пользователь может получить к ним доступ? Как сконфигурировать рабочий экран, чтобы получить наиболее практичное и простое в использование решение?
Список возможных изменений, который можно внести в пользовательский интерфейс, может быть весьма обширен. Подобный пересмотр проекта быстро окупится, поскольку внесенные изменения сделают пользовательский интерфейс более функциональным и простым в освоении.
Это может быть особенно актуально, поскольку пользователи могут легко перейти на широкоформатные мультисенсорные системы ЧМИ, используя предыдущий опыт работы с другими Мультисенсорными устройствами и операционными системами.
Таким образом, при грамотной модернизации пользовательского интерфейса переход на широкоформатные системы ЧМИ может принести ряд преимуществ.
Конечно, все эти новые технологии не смогут изменить основных требований, присущих системам управления. Во-первых, часть промышленных приложений работают в окружающей среде с высокой температурой, зачастую без использования какого-либо активного охлаждения. Таким образом, увеличение вычислительной мощности не должно приводить к сильному росту потребления электроэнергии. Процессоры с низким энергопотреблением при этом являются идеальным решением для промышленных приложений.
Кроме того, существуют требования к прочности системы. В промышленных средах часто присутствует пыль, вибрации, экстремальные значения температуры окружающей среды, а также повышенная влажность. Системы управления должны успешно функционировать в этих жестких условиях с низким показателем аппаратного сбоя.
ПРИМЕРЫ ПРОДУКЦИИ
Линейка продукции компании Advantech содержит системы, использующие преимущества описанных выше новых технологий. Например, Advantech предлагает сенсорные и стационарные панельные компьютеры с широким форматом экрана. Панельные компьютеры оснащены дисплеем высокого разрешения с диагональю от 18.5 до 21.5 дюймов. Передняя панель сенсорных компьютеров выполнена литьем под давлением из алюминиево-магниевого сплава и имеет степень защиты NEMA4/IP65, в то время как стационарные панельные компьютеры имеют степень защиты IP65 со всех сторон и пыле- и влагозащищенные разъемы M12. Обе модели панельных компьютеров выполнены в элегантном тонком корпусе, отмеченном наградой.
Панельные компьютеры отображают до 16.7 млн цветовых оттенков при помощи более чем одного или двух миллионов пикселей в зависимости от диагонали модели. Кроме того, панельные компьютеры имеют широкие возможности расширения благодаря поддержке интерфейса сенсорного экрана, работы со стандартными сетями, а также наличию различных промышленных интерфейсов. К последним относятся последовательные интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485, сетевой интерфейс Ethernet, видеоинтерфейс HDMI, аудиоинтерфейс и USB. Однако подобные функциональные возможности требуют высокой вычислительной мощности. Промышленные панельные компьютеры Advantech оснащаются одними из самых производительных графических ускорителей в отрасли.
SPC / TPC
Несмотря на то, что планшетные компьютеры Advantech оснащены мощными процессорами, эффективное системное проектирование и особое внимание к разработке конструкции привели к снижению энергопотребления.
Это в свою очередь дает неоспоримое преимущество – небольшое количество выделенной тепловой энергии, что значительно облегчает процесс охлаждения системы без применения вентиляторов.
Данный подход позволяет увеличить ресурс системы по ряду параметров. Безвентиляторные системы не накапливают пыль в корпусе, а также не содержат механических вращающихся компонентов, которые часто выходят из строя.
Инновационные решения при этом выходят за рамки аппаратной части. Например, программное обеспечение для ЧМИ и диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) практически всегда содержат более одного рабочего экрана. На практике это означает, что оператор начинает свою работу с первого экрана, после чего переходит на второй, третий, четвертый и т. д. Возвратиться назад обычно позволяет кнопка «домой», которая отображает главный рабочий экран программы. Это позволяет быстро вернуться к главному экрану, однако не позволяет перейти к какому-либо важному промежуточному рабочему экрану.
Специалисты компании Advantech реализовали в промышленных панельных компьютерах специальную кнопку «Home». Это позволяет пользователям по-прежнему иметь простой доступ к главному рабочему экрану из любого другого. Однако, разработчики также включили специальную кнопку «I» или интеллектуальную кнопку. Эта кнопка поддерживает возможность определения выполняемой функции пользователем, что обеспечивает более простое управление системой. Она также позволяет получить быстрый доступ к специальным приложениям, таким, как управление яркостью в целях реализации энергосберегающего режима, а также других экранов из любого приложения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итог, следует заметить, что компьютерная индустрия уже успешно перешла на использование широкоформатных дисплеев, в то время как эстафета переходит к промышленным приложениям. В то же время, применение мультисенсорных технологий уже практически стали повсеместной нормой. И промышленные приложения управления будут реализовывать эти новые функциональные возможности.
Переход на широкий формат экрана принесет выгоду не только конечным пользователям, но и разработчикам, позволяя последним сократить время разработки пользовательских интерфейсов для широкоформатных дисплеев и используя широкоформатные дисплеи. Мультисенсорный экран, в свою очередь, упростит процесс выполнения задач и взаимодействие с интерфейсом конечных пользователей, и позволит разработчикам создавать более гибкие приложения.
Тем не менее, для эффективного применения всех преимуществ требуется большая вычислительная мощность процессора, поскольку широкий экран имеет большую полезную площадь и требует разработки нового интерфейса пользователя. Вычислительная система, наделенная всеми перечисленными качествами ко всему прочему должна обладать низким энергопотреблением и высокой надежностью, что является критически важными критериями для любых промышленных систем.
Однако, существуют решения, обладающие достаточной вычислительной мощностью и простотой использования и это иллюстрирует линейка продукции компании Advantech. Таким образом, обзор полной картины преимуществ широкого формата делает очевидной ту пользу, которую могут принести широкоформатные системы ЧМИ.
