IoT における未来の人間と機械のインターフェース（HMI）

ここ数年、ヒューマン・マシン・インターフェース（HMI）の機能を活用して、デジタル機械加工工場の拡大に向けた多大な取り組みが行われてきました。また、その使いやすさを向上させるための取り組みも大きく進められています。

この記事では、IoT、アプリケーション、そしてユーザー中心のデザインが、HMIの未来をいかに輝かしいものに変えつつあるかをご紹介します。

ヒューマン・マシン・インターフェース（HMI）とは、作業者が産業用システムに接続するための端末である。最も一般的なHMIは、機械に取り付けられた、あるいは独立した端末として設置されたタッチスクリーンディスプレイである。

HMIを利用することで、単一のインターフェースから産業プロセスの可視化、監視、制御が可能になります。

「なぜHMIを見直す必要があるのか」という問いに答えるには、製造業の歴史について少し触れておく必要があります。

その核心にあるのは、一見単純に見えるが実は奥深い問いだ。HMIは一体何のために設計されたのか？

HMIは、複雑な産業プロセスをオペレーターが理解しやすく、かつ操作しやすいように設計されています。

HMIはこの点において極めて優れた性能を発揮しましたが、その代償もありました。HMIのオペレーター端末自体が極めて複雑になってしまったのです。

産業プロセスのモデリングは難しく、ある意味、芸術とも言える。ユーザーインターフェースの設計は、産業システムのモデリングとは別物だ。2012年に、HMIの設計経験を持つある制御エンジニアが、この問題を次のように的確に要約している：

「今や、世界中の何万人ものオペレーターが、私たちが一体何をしているのかさえよくわかっていなかった時代にデザインされた、粗末な図面を見ながら、数十億ドル規模のプロセスを管理しているのです。」

彼は修辞的な効果を狙って状況を大げさに言っているのかもしれない（その過程で、個々の業界よりもむしろその方が真実味を増している可能性もあるが）、しかし本質的な点は変わらない。HMI端末は、ユーザーエクスペリエンスの観点から最適化されていなかったのだ。

この状況は変わりつつあります。しかも急速に。その主な要因は以下の通りです。

• 研究によると、HMIの設計が不十分であることは、リスクの増大と直接的な相関関係にあることが示されています。インターフェースの設計は、作業員や資産を保護する上で極めて重要です。
• この10年間で、ユーザーインターフェースの分野では革命的な変化が起きました。日常生活におけるスマートフォンの普及は、シンプルなインターフェースの威力を如実に示しています。労働者たちは、同じ原則に基づいた産業用システムを求めています。
• 製造業におけるデジタル革命は、産業プロセスとの接続、監視、および連携に新たな道を開きました。当然ながら、HMIもこうした進歩を取り入れていくことになるでしょう。

こうした進歩を踏まえると、HMIの将来はどうなるのでしょうか？

HMIの未来は、主に以下の4つの方向性に展開していきます：

1. 直感的な操作パネル
2. 工作機械上での用途
3. IIoT
4. モバイルHMI

これらは互いに補完し合っているため、順に見ていきましょう。

直感的なコントロールパネル

私たちは皆、日常生活の中で、気づかないうちに完璧に設計されたHMIを利用しています。それは、スマートフォンです。

スマートフォンが情報を整理する仕組みを考えてみてください。

画面には、整然とグリッド状に並んだアイコンが表示されます。必要な情報にアクセスするには、タッチスクリーンをタップするだけです。情報を確認したり操作を行ったりしたいときは、アプリをタップするだけです。

食事の注文、支払いの決済、タクシーの呼び出し――必要なものはすべてすぐそこにあります。そして、探すのに苦労することはありません。

しかし、製造現場を最新の水準に引き上げるには、単にスマートフォンのHMIを模倣するだけでは不十分です。重要なのは、スマートフォンのデザインに込められた原理を応用することです。

HMIに真に必要なのは、アプリケーションや情報をモジュール化する手段です。オペレーターは、目の前の画面を即座に理解し、どのような選択肢があるかを把握した上で、それに応じて行動できる必要があります。真に直感的な操作は、機能を独立した使いやすいアプリケーションに整理することで実現されます。

工作機械上でのApplications

この点は、前の点から当然の帰結として導かれる。 Applications アプリケーションは、製造プロセスの中心的な要素となりつつある。

ですから、HMIがアプリケーションを実行するのは理にかなっています。

多くのメーカーにとって、HMIはオペレーターが機械の性能や設定に関する情報にアクセスできるようにするものでなければなりません。最新のHMIでは、オペレーターは機械上で直接、機械監視アプリケーションを利用することができます。

機械に搭載された監視システムにより、オペレーターは機械の性能や状態、稼働状況に関する情報に加え、OEEやOPEといったより包括的な指標にも即座にアクセスできます。

しかし、機械への応用は機械の監視だけにとどまりません。

最新のHMIでは、機械操作用アプリも実行可能です。オペレーターや技術者は、機械から離れることなく、機械のセットアップ手順、保守の標準作業手順書（SOP）、切り替え情報、トラブルシューティング資料、および報告書フォームにアクセスできます。

また、工具管理アプリケーション（工具の所在、使用状況、使用時間を確認できる）や、より高次元のフリートパフォーマンス情報も提供されています。

最新のHMIを使えば、これらのアプリケーションすべてに1か所からアクセスできます。

IIoTHMI

ここ10年で、工場内における新たなコミュニケーション手法が登場してきた。

クラウド、スマートデバイス、オープンな通信プロトコルの成熟に伴い、プロセスのネットワーク化がこれまで以上に容易になりました。

その結果、メーカー各社は、HMIがより多様なデバイスと接続できることを期待しています。彼らは、端末だけでなく、どこからでもデバイスや機械と通信できることを求めています。

多くの点で、IIoT HMIは、直感的でアプリケーション主導型のモデルの自然な延長線上にあると言えます。

モバイルHMI

結局のところ、HMIの未来には、現在想像されているよりもはるかに幅広い種類のインターフェースが含まれることになるでしょう。

今日では、タブレットや携帯電話が、かつて機械に組み込まれた端末や独立型端末が行っていた業務の多くをすでに担っている。

こうしたインターフェースが、時計やウェアラブル端末、あるいはその他の新しい操作デバイスへと進化していくかどうかは、まだ定かではない。

しかし、その方向性は明らかだ。メーカー各社は、どこからでも自社の業務を監視・管理できるようにしたいと考えている。

そして、デジタル製造技術こそが、これを実現する鍵となるでしょう。

人間と機械のインターフェースは、これまで製造業において極めて重要な要素であり、今後もそうあり続けるでしょう。

しかし、その機能は急速に拡大している。

オペレーターの操作性を向上させ、制御機能を強化し、アプリケーションを実行するための選択肢は、かつてないほど豊富になっています。