Les interfaces homme-machine portables

Le 18/01/2018 à 13:30

L restent la seule option à la fois mobil 'accès aux données de production et l'interaction avec les machines sont rendus de plus en plus simples. Les fabricants d'équipements comme les éditeurs de solutions logicielles proposent des moyens de lire des informations à distance, à partir de n'importe quel terminal connecté. Ces solutions peuvent même être utilisées pour commander des machines. Mais attention : si cela est techniquement faisable, des questions de sécurité sont en jeu. Il faut donc bien faire la part des choses entre les inter-faces homme-machine (IHM) portables, dotées de fonctions de sécurité, et les interfaces de supervision mobiles. « Nous observons que la salle de conduite est petit à petit complétée par des outils mobiles. Les travailleurs se déplacent, constate Fabien Rigaud, responsable marketing et communication de l'éditeur de logiciels Arc Informatique . Ils veulent en effet pouvoir accéder aux informations de production avec des terminaux comme des tablettes PC, ou plus couramment des smartphones. La quantité de données brassées dans les usines est en forte progression. Il est possible de rencontrer 3 000 variables là où l'on n'en utilisait encore que 500 il y a quelques années. » En effet, de nombreux équipements sont dotés de serveurs web intégrés. Grâce à cela, un simple navigateur permet à n'importe quel terminal d'accéder à des informations.

Un accès personnalisé

Ce mode d'accès aux données a de nombreux avantages. « Ce système peut convenir aussi bien aux tablettes PC standard qu'aux interfaces homme-machine ou aux Panel PC de conception industrielle », précise Olivier Rambaldelli, en charge du marketing chez B&R Automation (groupe ABB). Les données peuvent s'adapter à l'utilisateur : chacun ayant ses propres identifiants de connexion, il pourra n'accéder qu'aux données qui lui sont utiles. C'est également un moyen de sécuriser l'accès : tout le monde ne dispose pas des mêmes droits pour interagir avec une machine.

L'arrêt d'urgence : une fonction obligatoire ?

La présence de fonctions comme le bouton d'arrêt d'urgence ou la poignée « homme mort » est un argument important en faveur des pupitres portables filaires, lorsqu'il s'agit de piloter une machine. En effet, ces fonctions ne peuvent pas être effectuées avec une tablette PC ou un smartphone, qui ne sont dotés généralement que d'un écran tactile. Pourtant, certains pupitres filaires ne disposent pas de ces fonctions. « Si la machine n'est pas soumise à une norme de sécurité, cela n'est pas nécessaire, argumente Claudine Stoufflet, responsable des produits interfaces homme-machine chez Schneider Electric. Proposer, ou non, ces fonctions reste à la discrétion de l'utilisateur ou du fabricant. » « Si l'installation est située dans un îlot grillagé, par exemple, et qu'il y existe déjà un arrêt d'urgence, l'interface mobile peut s'en passer, complète Yves Etcheberry, responsable produit chez Siemens. Nous vendons autant de modèles avec arrêt d'urgence que sans. »

Pour Schneider Electric, les modèles dotés de cette fonction sont les plus vendus.

Cela se prête bien à la maintenance : « en cas de problème, une alarme peut être remontée au responsable de maintenance, explique Yves Etcheberry, responsable produit chez Siemens. Il lui sera possible de se connecter au serveur web intégré via un tunnel sécurisé, et ainsi obtenir des informations sur la situation. » Cela permet d'évaluer si, par exemple, quelqu'un doit se déplacer et, le cas échéant, qui est la personne la mieux adaptée. Des systèmes de messageries intégrées ont parfois pour but de simplifier les échanges entre collègues.

Sur place, un smartphone peut remplacer une documentation trop volumineuse : un simple code à flasher (QR Code) peut d'ailleurs donner accès à ces informations directement en ligne.

À partir de ce type de technologies simples, il est même possible d'aller plus loin et de donner des informations contextuelles. C'est par exemple ce que fait le logiciel PCVue d'Arc Informatique.

Les différents pupitres portables présentent des différences en termes d'ergonomie. Certains sont par exemple dotés de poignées pour une meilleure prise en main.

B&R Automation

« En intérieur, des balises Bluetooth, des QR Codes ou des puces RFID permettent de situer la personne dans son environnement, précise Fabien Rigaud . Elle est alors informée automatiquement, via son téléphone, des données qui la concernent, à ce moment-là, selon les machines qui se trouvent devant elle. » Cela simplifie la navigation sur l'interface, en évitant de chercher pour obtenir les informations souhaitées. Les données sont traitées par un serveur, ce qui évite de saturer les capacités de calcul du terminal mobile. Ce nouveau mode de fonctionnement permet donc un accès aux informations plus dynamique que celui des IHM classiques.

« La possibilité d'utiliser des interfaces sur clients légers est une demande que l'on retrouve désormais de façon régulière dans les cahiers des charges, notamment dans l'industrie automobile, observe Olivier Jourdon, responsable grands comptes chez Mitsubishi Electric. Mais cette volonté de faire remonter des données et des alarmes ne se fait pas au détriment de l'interface homme-machine ! La tablette numérique et le smartphone restent des produits de diagnostic. » Pour la commande en revanche, l'interface homme-machine reste indispensable.

Cela n'est pourtant pas une question de limite technologique. Aujourd'hui, la technologie permettant l'accès à distance à des informations sur les machines pourrait aussi permettre de les piloter. « Nous sommes capables de piloter des robots avec une tablette numérique, assure Houari Derraz, ingénieur d'applications en automatismes industriels chez Mitsubishi Electric. Mais la sécurité n'est pas suffisante aujourd'hui, alors cela reste en interne, en laboratoire. » D'abord, les ta-blettes numériques ou les smartphones sont dépendants du réseau, générale-ment le Wi-Fi. « On ne fait pas encore assez confiance au réseau, estime Fabien Rigaud (Arc Informatique). Il faudra d'abord sécu-riser cet aspect avant de commander le process de cette façon ».

En effet, il faut pouvoir gérer une perte de réseau sans danger. « Il existe aujourd'hui des commandes radio capables de faire passer un arrêt d'urgence, note Claudine Stoufflet, responsable des produits interfaces homme-machine chez Schneider Electric. Mais cette technologie ne figure pas sur nos terminaux mobiles. Cela n'est pas répandu, on trouve ces commandes plutôt sur des applications ciblées, comme le levage. » Les connexions WLAN classiques, elles, peuvent être sécurisées avec le principe « Black Channel », destiné à assurer un fonctionnement redondant et en temps réel, compatible avec des applications de sécurité. Sigmatek propose ainsi une IHM portable sans fil, basée sur ce type de connexion. « Le Wi-Fi classique, lui, res-tera limité au relevé d'informations », estime Fabien Rigaud (Arc Informatique).

La connexion filaire des interfaces homme-machine industrielles portables assure une sécurité que les systèmes sans fil classiques ne peuvent pas garantir.

Mitsubishi Electric

L'accès à distance à une machine pose en plus d'évidentes questions de sécurité : « il reste un problème majeur : un opérateur non prévenu peut toujours être dans la zone dangereuse », prévient Olivier Jourdon (Mitsubishi Electric). « Pour la commande, sur le terrain, rien ne remplace les interfaces portables conçues à cet effet », ajoute Olivier Rambaldelli (B&R Automation). En effet, ni les tablettes numériques ni les smartphones ne sont dotés des fonctions physiques nécessaires à la sécurité : pas de bouton d'arrêt d'urgence, ni de poignée de sécurité de type « homme mort ». « On ne peut pas forcément mettre en œuvre ces fonctions avec une interface tactile », indique Olivier Rambaldelli.

Les interfaces homme-machine portables, compatibles avec les fonctions de commande, sont des systèmes qui peuvent s'approcher, dans la forme, des tablettes industrielles. Elles reproduisent les fonctions d'une IHM classique. « Ces pupitres mobiles sont toujours développés à partir de ce que l'on a conçu pour les interfaces fixes. C'est-à-dire qu'ils disposent au moins des mêmes fonctionnalités », précise Yves Etcheberry (Siemens). Les pupitres mobiles sont généralement dotés de fonctions de sécurité, comme un bouton d'arrêt d'urgence encastré dans le boîtier et facile à activer, ou une poignée d'assentiment à trois positions. « Cette dernière doit être maintenue en position intermédiaire pour activer le mouvement », explique Olivier Rambaldelli (B&R Automation). Cela évite tout déclenchement accidentel, en cas de chute du terminal par exemple, et empêche le fonctionnement en cas de perte de connaissance ou de crispation de l'opérateur. De plus, ces appareils se connectent aux machines à l'aide d'un câble. Ainsi, « si l'on déconnecte l'interface, la machine ne peut pas redémarrer », précise Houari Derraz (Mitsubishi Electric). La liberté de déplacement est donc moins importante qu'avec un système utilisant une connexion sans fil. Mais ces interfaces ont leur utilité : « certaines installations avec armoire électrique peuvent être déjà dotées d'un pupitre fixe , illustreYves Etcheberry (Siemens). Mais lorsque l'on pilote un convoyeur et que quelque chose ne va pas, qu'il y a un bourrage ou que l'on entend un bruit, il est possible de s'approcher de la source du problème tout en gardant le contrôle sous la main. » Cela concerne donc les industries disposant de longues machines, comme le secteur automobile. « Si l'on veut faire des essais manuels sur une machine avec une interface fixe, on ne peut pas toujours avoir dans son champ visuel l'endroit sur lequel il faut intervenir », ajoute Houari Derraz (Mitsubishi Electric). Un pupitre portable permet ainsi de travailler seul dans des situations qui auraient, sinon, requis deux opérateurs.

La présence d'un bouton d'arrêt d'urgence ou d'une poignée d'assentiment constitue une sécurité absente des terminaux mobiles grand public. Mais elle n'est pas nécessaire au pilotage de toutes les machines.

Omron

Une autre motivation pour utiliser ces systèmes est l'interdiction sur certains sites de la connexion Wi-Fi ou 3G. Les systèmes filaires permettent alors d'avoir une certaine mobilité. Enfin, les pupitres portables peuvent aussi répondre aux problèmes de dégradation : « sur certains sites extérieurs ou isolés, il peut être risqué de laisser une interface fixe , com-mente Claudine Stoufflet (Schneider Electric). Cela impose une sécurité mécanique, comme une porte fermée à clé. Si l'on veut éviter la contrainte d'une connexion sans fil sécurisée, alors il faut une connexion filaire. Le choix de la solution se fait au cas par cas, en fonction du coût et du type d'interface à utiliser. Il n'y a pas de règle générale ».

La mobilité permise par les interfaces portables dépend de plusieurs facteurs. D'une part, la longueur du câble : « les nôtres peuvent mesurer de 2 à 25 mètres , précise Yves Etcheberry (Siemens). La longueur n'a aucune influence sur le temps de réponse du système, mais si le câble est long, il faut le gérer, c'est-à-dire ne pas se prendre les pieds dedans, éventuellement le porter. La longueur peut alors être une contrainte. » Ainsi, avec une machine de forme complexe, il peut être préférable de choisir un câble court, pour éviter de le nouer ou le coincer. Un grand câble sera mieux adapté aux longues allées, telles que l'on peut en trouver dans le secteur de la logistique. Il pourra éventuellement rester à demeure lorsque le terminal est débranché.

Des applications pour terminaux mobiles classiques permettent d'afficher à distance le même contenu que les interfaces homme-machine.

Schneider Electric

L'autre élément permettant la mobilité est le boîtier de connexion. Il est possible d'en installer plusieurs sur une même machine, si celle-ci est de grande envergure. Il est alors envisageable de localiser l'opérateur en fonction de son point de connexion. « La connectique, Ethernet ou Modbus, l'alimentation et l'arrêt d'urgence : tout passe par le même câble », décrit Claudine Stoufflet (Schneider Electric). « La connexion s'effectue via un connecteur concentrique push-pull », ajoute Olivier Rambaldelli (B&R Automation). Si le principe est le même d'un fabricant à l'autre, le type de connexion, en revanche, est propre à chacun.

Plusieurs caractéristiques entrent en jeu dans le choix d'une interface homme-machine portable, sachant qu'elles ont une influence sur le confort d'utilisation du système. Outre les boutons de sécurité, ces outils disposent également de touches de fonctions personnalisables. « Cela n'existe évidemment pas sur les tablettes 100 % tactiles, note Olivier Rambaldelli. Mais il est important pour l'opérateur d'avoir des touches préprogrammées. Cela est plus confortable, en particulier lorsqu'il doit activer des fonctions répétitives. Il évite ainsi de naviguer sur une interface tactile. » Boutons et interface tactile sont donc complémentaires. Mais le nombre de touches proposées varie selon les modèles. Ces dernières peuvent être encastrées, de sorte à ne pas être activées par erreur en cas de choc : c'est une sécurité supplémentaire.

Des modèles ergonomiques

La taille de l'écran change également d'un appareil à l'autre. « Ce choix dépend de la quantité de données à afficher, des fonctions spécifiques dont on peut avoir besoin, comme l'utilisation de recettes ou d'un langage de programmation, indique Houari Derraz (Mitsubishi Electric). Mais ce sont des questions que l'on retrouve sur une IHM standard. » La taille de l'écran, qui varie de 1,45 à 10,4 pouces, tout comme le nombre de touches, influe sur les dimensions et, donc, la masse de l'appareil. Celui-ci peut grimper jusqu'à 3 kilogrammes sur certains modèles. Un pupitre plus lourd risque de fatiguer plus rapidement l'utilisateur. Pour compenser cela, certains modèles disposent d'une poignée, permettant de poser l'appareil sur un support mural ou de l'attacher avec une sangle.

Les visualisations web

« Aujourd'hui, les utilisateurs veulent des visualisations confortables, dynamiques et intuitives, note Olivier Rambaldelli, en charge du marketing chez B&R Automation . Les solutions logicielles permettant d'utiliser les standards du Web répondent à cette exigence. » Qu'elles soient utilisées sur un pupitre opérateur, un smartphone ou une tablette numérique, les technologies web apportent une ergonomie comparable à celle des applications grand public, avec des éléments visuels dynamiques. De plus, elles permettent « un développement relativement intuitif, à la portée des automaticiens , argumente Olivier Rambaldelli. Pas besoin de connaissances en langage HTML 5, JavaScript ou CSS : tout se programme graphiquement. On sélectionne et dispose les fonctions voulues, selon les besoins. » De plus, « les pages dédiées aux accès web peuvent s'adapter automatiquement aux tailles d'écran différentes », ajoute Yves Etcheberry, responsable produit chez Siemens.

Avec ces nombreux avantages, cette façon d'aborder les interfaces est aujourd'hui largement répandue chez les fabricants et les éditeurs.

La puissance de calcul dépend, elle aussi, des besoins de visualisation de l'interface. « Ces appareils ont la même puissance qu'un PC », précise Olivier Rambaldelli (B&R Automation). Le fabricant équipe ses pupitres portables de processeurs ARM Cortex A8 ou A9, ou Intel sur le modèle haut de gamme. « Le modèle le plus puissant peut faire tourner des applications sur Windows, continue Olivier Rambaldelli. Les autres permettent d'afficher des visualisations basées sur des outils web [voir encadré page 48]. » Selon les besoins en termes de puissance, les calculs peuvent être effectués « dans le terminal ou sur un automate auquel on le connecte. C'est un choix qui revient au client », complète Claudine Stoufflet (Schneider Electric).

Le système « Black Channel » permet d'établir une connexion sans fil sécurisée, à partir d'un réseau WLAN classique. Il est ainsi possible de l'utiliser pour des fonctions de sécurité.

Sigmatek

Le choix de la taille de l'écran dépend de la quantité d'informations à afficher sur l'interface. Mais un grand écran implique un terminal plus lourd à porter.

Schneider Electric

La supervision ne se limite plus aux PC. Sur le terrain, des applications permettent d'afficher des informations contextualisées, selon la localisation de l'utilisateur.

Les IHM portables sont conçues pour une utilisation en milieu industriel. Elles sont donc plus robustes que les tablettes PC classiques ou que les smartphones. Cette conception industrielle comprend généralement un boîtier permettant à l'équipement d'absorber les chocs.

L'étanchéité est également de mise : les fabricants proposent souvent un indice de protection IP65, y compris sur les câbles et les connexions.

Malgré les différences entre les deux approches, le périmètre des applications des IHM portables et celui des applications pour smartphones et tablettes numériques peuvent se recouper. La ligne rouge de la sécurité n'est pas toujours si nette. « Lorsque l'on est face à la machine, il est moins risqué de démarrer un moteur en passant par une application mobile, note Fabien Rigaud (Arc Informatique). Certains de nos clients envisagent de supprimer complètement les pupitres opérateurs, et de remplacer les interfaces par un simple QR Code. » « Il faut programmer correctement les fonctions du programme. Pour certaines, il faut interdire l'accès à distance », ajoute Houari Derraz (Mitsubishi Electric).

Schneider Electric, avec son application Vijeo Designer, permet d'accéder par Wi-Fi à la même interface que sur le pupitre. « En pied de machine comme en supervision, nous avons des solutions web qui permettent de se connecter au superviseur et de conduire l'installation, détaille Yves Etcheberry (Siemens). Mais cela s'adresse surtout aux responsables de la production, qui souhaitent obtenir des informations. Ils ne vont pas démarrer ou arrêter l'installation à distance. Les utilisateurs doivent être conscients des risques potentiels. »

Attention, le remplacement d'un pupitre par une applica- A tion sur smartphone ne représentera pas automatiquement un gain économique : « ce qui n'est pas fait localement, sur la machine, devra être fait ailleurs, précise Fabien Rigaud (Arc Informatique). Cela impliquera une infrastructure réseau plus complexe, et une intelligence sur serveur plutôt que dans chaque terminal. Tout cela ne sera pas forcément moins cher. » Quoi qu'il en soit, « aujourd'hui, de plus en plus d'utilisateurs demandent des accès aux informations via tablette numérique ou smartphone , observe Claudine Stoufflet (Schneider Electric). C'est un changement qui va se faire progressivement ».

Et à l'avenir ? Les interfaces portables pourraient intégrer encore de nouvelles technologies. « Nous envisageons le développement de l'intelligence artificielle », in-dique Fabien Rigaud (Arc Informatique). À l'instar des réseaux sociaux, dont les algorithmes sont capables de nous proposer des contenus ciblés, les interfaces homme-machine pourraient apprendre de la navigation des opérateurs. « Lorsqu'il revient sur une machine, le système pourrait lui “pousser” les informations à contrôler. Un nouvel opérateur pourrait ainsi bénéficier des habitudes d'un collègue plus ancien. Contextualiser l'information et apprendre des comportements, pour moi, c'est l'avenir », estime Fabien Rigaud. Le mode d'accès à l'information pourrait lui aussi évoluer : « à l'avenir, on peut imaginer l'usage de montres connectées ou de la réalité augmentée », imagine-t-il.