INTERFAZ HOMBRE MAQUINA
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INTERFAZ HOMBRE MAQUINA L. Arenas, A. Castilla y D. Rojas.
This Abstract — This
paper presents an analysis of the different Human Machine Interfaces that are currently available, which can range from everyday applications to industrial processes. In addition there will be a full and detailed explanation of a control-oriented HMI brain is BCI. Este documento presenta un análisis de las diferentes Resumen — Este Interfaces Hombre Maquina que se pueden encontrar actualmente, las cuales pueden ir desde aplicaciones cotidianas hasta procesos industriales. Además se hará una explicación completa y detallada de una HMI orientada a un control cerebral, es decir BCI. Index Terms — Control,
Machine, Interface, Human.
Palabras Claves — Control,
Maquina, Interfaz, Humano.
II. INTERFAZ HOMBRE MAQUINA HMI es una interfaz que nos permite la interacción entre un humano y una máquina, las cuales varían ampliamente, desde paneles de control para plantas nucleares hasta botones de entrada en un celular. Una interfaz hombre maquina es la que permite que el usuario u operador del sistema de control o supervisión, supervisión, interactué con los procesos. [1] Dos componentes son necesarios en una interfaz hombre máquina: Primero está la entrada, un usuario humano necesita de algún medio para decirle a la máquina que hacer, hacerle peticiones o ajustarla. Segundo la interfaz requiere de una salida, que le permita a la maquina mantener al usuario actualizado acerca del progreso de los procesos, o la ejecución de comandos en un espacio físico. Una adecuada interfaz hombre maquina busca, en primer lugar obtener el estado del proceso de un vistazo. Se persigue entonces: [2] Captar la situación en forma rápida. Crear condiciones para la toma de decisiones correctas. Que los equipos se utilicen en forma óptima y segura. Garantiza la confiablidad confiablidad al máximo. Cambiar con facilidad los niveles de actividades del operador.
I. INTRODUCCIÓN n la actualidad los sistemas de control son de vital importancia de los procesos industriales modernos y la manufactura, debido a que dan un desempeño óptimo de los sistemas dinámicos mejorando la producción, disminuyendo la repetitividad y las operaciones rutinarias, eliminando las probabilidades de error, entre otras cosas. Pero para que un sistema de control sea óptimo es necesario dar mucha importancia a la etapa de diseño e implementación del sistema. La necesidad actual que se presenta tiene que ver con la forma en que los seres humanos interactúan y se relacionan con las máquinas, siempre con el fin de hacer un óptimo aprovechamiento de las tecnologías informáticas. Esto a través de interfaces que permiten al usuario u operador ingresar y recibir información de una manera fácil, rápida, y lo más cercano a una comunicación humana, esto se define como una interfaz hombre máquina. En los sistemas de control, se busca hacer que por un lado los procesos sean llevados de la forma más desatendida posible, aunque no se puede dejar por fuera la interacción de los humanos, en este caso los operadores de las máquinas, los cuales deben ingresar información a las máquinas y equipos, que posteriormente va a ser procesada por el sistema de control, para dar una respuesta optima que pude ser analizada por el operario.
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Manuscrito creado para la asignatura de Control Clásico en manos del docente Ing. Carlos Días Sáenz, Msc., para el día 20 de Septiembre de 2011. L. Arenas, estudiante de Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del Caribe. (email:
[email protected]) A. Castilla, estudiante de Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del Caribe. (email:
[email protected]) D. Rojas, estudiante de Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del Caribe. (email:
[email protected])
III. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LAS HMI Los aspectos esenciales que se realizan en la comunicación hombre maquina son: [3] A. Indicación del estado del proceso:
Para ello se pueden utilizar: equipos convencionales, terminales de video, impresoras, registradores, diodos emisores de luz (LED). Para la selección en pantallas se pueden emplear: mouse, teclado, lápiz óptico, touch screen. B.
Tratamiento e indicación de alarmas (buscan informar al operador de una situación anormal):
Las alarmas se pueden representar:
En la propia pantalla, mediante símbolos que aparecen intermitentemente, cambios repetidos de color en el nombre de alguna variable o grupo, intermitencia de textos, mensajes etc.
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Mediante el uso de videos específicos. Mediante indicación sonora. Utilizando impresoras para imprimir los mensajes de alarma.
C. Ejecución de acciones de mando:
Estas se pueden realizar por técnicas convencionales (pulsadores, interruptores, potenciómetros, etc.), o mediante teclados, lápiz óptico, mouse, pantallas táctiles, etc. Las características del puesto de mando deben estudiarse cuidadosamente. Con el puesto de mando se debe buscar comodidad para el operador: temperatura estable, presión atmosférica ligeramente superior al exterior, muebles cómodos y funcionales, buena iluminación. IV. TIPOS DE HMI Interfaz de manipulación directa es el nombre de una clase general de interfaces de usuario, que permiten a los usuarios manipular los objetos que se les presenten, con las acciones que correspondan al menos vagamente con el mundo físico. Los siguientes tipos de interfaz de usuario son los más comunes: [4] A.
Las interfaces gráficas de usuario (GUI) aceptan la entrada a través de un dispositivo como el teclado de la computadora y el ratón, y proporcionar una salida gráfica en la pantalla del ordenador. Hay por lo menos dos principios diferentes utilizados en el diseño de interfaz gráfica de usuario: Interfaces de usuario orientada a objetos (OOUIs) e Interfaces orientadas a aplicaciones .
B.
Interfaces basadas en Web de usuario o interfaces de usuario web (IUF), son una subclase de interfaces gráficas de usuario que aceptan una entrada y proporcionar una salida mediante las páginas web que se transmiten a través de internet y vistos por el usuario mediante un navegador web.
C.
Las pantallas táctiles son dispositivos que aceptan una entrada a través del tacto de los dedos o un lápiz. Se utiliza en una amplia cantidad de dispositivos móviles y muchos tipos de punto de venta, procesos industriales y máquinas, máquinas de autoservicio, etc.
D.
Las interfaces de línea de comandos, donde el usuario proporciona la entrada al escribir una cadena de comando con el teclado del ordenador y el sistema proporciona una salida de impresión de texto en la pantalla del ordenador. Utilizado por los programadores y administradores de sistemas, en los ambientes científicos y de ingeniería, y por los usuarios de computadoras personales de tecnología avanzada.
E.
Las interfaces de voz del usuario, que acepta la entrada y proporcionar una salida mediante la generación de mensajes de voz. La entrada del usuario se realiza
2 pulsando las teclas o botones, o responder verbalmente a la interfaz. F.
Multi-pantalla de interfaces, el empleo de múltiples pantallas para proporcionar una interacción más flexible. Esto se emplea a menudo en la interacción de juegos de ordenador, tanto en las galerías comerciales y, más recientemente, etc.
V. APLICACIÓN DE LAS HMI Las HMI son ampliamente utilizadas en la sociedad actual, su uso puede ir desde el control de un video juego hasta el control de una planta de producción. Para controlar una misma aplicación se pueden utilizar diferentes tipos de HMI solo que unos proveen un mejor control e interfaz que otros. Uno de los grandes avances de la tecnología son las interfaces BCI o Brain computer interface. [5] A. ¿Qué es un sistema BCI?
Es cualquier sistema de comunicación que traduce las intenciones del usuario, registradas a partir de las señales eléctricas, magnéticas, térmicas o químicas que genera nuestro cerebro, en órdenes que son interpretadas y ejecutadas por una máquina o un ordenador. De esta forma, un sistema BCI crea un nuevo canal que permite a los usuarios interactuar con su entorno únicamente mediante su actividad cerebral, sin utilizar por tanto el sistema nervioso periférico ni, en consecuencia, el sistema muscular. Uno de los objetivos para los cuales fueron creados los BCI, es para permitirles a las personas con alguna discapacidad física poder controlar algún dispositivo electrónico como ordenadores, neuroprotesis, brazos robóticos o algún sistema Mecatrónico. B. Modelo Funcional
El modelo funcional de un sistema BCI está compuesto por tres componentes principales ( ver Fig. 1).
Fig. 1. Diagrama del modelo funcional de un sistema BCI. [6] a. Adquisición de señal
Objetivo es el registro de la actividad cerebral del usuario y su adecuación al bloque de procesado de señal. Se trata por tanto de capturar el fenómeno neurológico que refleja las intenciones del usuario mediante sensores (electrodos en el cuero cabelludo, microelectrodos implantados en la superficie del córtex) y preparar la
INTERFAZ HOMBRE MAQUINA señal registrada para su procesado posterior mediante etapas de amplificación y digitalización. Aunque para el procesado en tiempo real y, en consecuencia, para el funcionamiento del sistema BCI no resulta necesario almacenar la señal registrada, casi todos los sistemas BCI incorporan esta etapa con objeto de permitir posteriores análisis y procesados de la misma. b. Procesado de la señal
Recibe la señal digitalizada y la transforma en los comandos que entiende el dispositivo sobre el que usuario está actuando. Este bloque funcional se divide en tres etapas que actúan de forma secuencial: Cancelación de artefactos, componente que se encarga de eliminar los artefactos (ruido debido a otro tipo de actividad bioeléctrica como por ejemplo la que resulta del movimiento ocular o muscular) que contaminan la señal de entrada. Una gran parte de los sistemas BCI no incluyen esta etapa de procesado mientras que otros la consideran parte de la obtención de características. Obtención de características, que traduce la señal cerebral de entrada en un vector de características en correlación con el fenómeno neurológico asociado a la señal. Dependiendo del entorno de trabajo, esta etapa puede recibir otros nombres: reducción de ruido, filtrado, preprocesador o detección / clasificación de pico. Traducción de características, que transforma el vector de características en una señal de control adecuada al dispositivo que se pretende controlar. Cuando la señal de control generada es un valor discreto (conjunto de posibles valores), se habla de clasificación de características. También existen otros términos para referirse a esta etapa, como función de decodificación (utilizada normalmente por los investigadores que trabajan con microelectrodos implantados).
3 sistema BCI, sino que puede ser el propio usuario del sistema o, en el caso más deseable, algoritmos automáticos que ajustan el comportamiento del sistema en función de los resultados obtenidos y el feedback del usuario. VI. CONCLUSIÓN Toda interacción de un dispositivo que sea capaz de comunicarse con un usuario, entregando una respuesta específica ante cierta entrada es considerada como una Interfaz Hombre Maquina. Se puede notar que el uso de las HMI se han masificados en los últimos años debido a la gran necesidad de permitir una comunicación amigable entre un usuario y una máquina, así encontrándolos en la mayoría o totalidad de dispositivos tecnológicos de hoy. El uso de las HMI en la industria moderna son parte esencial en el óptimo funcionamiento de un proceso, ya sea para definir parámetros por el operador, controlar procesos o para hacer un análisis de los resultados. Ante la creciente demanda de las HMI se han desarrollado nuevas aplicaciones que integran una comunicación directa con el cerebro humano, permitiendo el control de prótesis y también usada para asistir, mejorar o reparar la parte cognitiva, sensorial o motriz de un paciente. REFERENCIAS
c. Aplicación
Bloque funcional que recibe los comandos de control y realiza las acciones correspondientes en el dispositivo a través del controlador del mismo. En algunos sistemas BCI, la señal procesada es expandida o transformada a través del interfaz de control, por ejemplo, en el caso de un menú que permite diferentes acciones sobre el dispositivo (comandos) que son seleccionadas mediante el movimiento de un cursor (señal procesada). Este bloque también puede incorporar una pantalla que proporcione feedback al usuario. d. Configuración
Permite a un operador definir los parámetros del sistema, como por ejemplo, determinadas variables para las diferentes etapas del procesado de señal. El operador no tiene por qué ser una persona técnica que ajuste el
[1] Human Machine Interface - What is Human Machine Interface? – Autor Desconocido – WisGEEK community - http://www.wisegeek.com/whatis-human-machine-interface.htm . [2] Recurso digital: Universidad del Cauca. Interfaz Hombre-Máquina Autor Desconocido [PDF]. Disponible: ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIET/DEIC/Materias/SW%20para% 20aplicaciones%20Industriales%20I/Teoria/3%20Interfaz%20Hombremaquina.pdf. P. 85 – 86. [3] Recurso digital: Universidad del Cauca. Interfaz Hombre-Máquina Autor Desconocido [PDF]. Disponible: ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIET/DEIC/Materias/SW%20para% 20aplicaciones%20Industriales%20I/Teoria/3%20Interfaz%20Hombremaquina.pdf. P. 86. [4] User interface – Types – Enciclopedia Libre Wikipedia en Ingles – Autor Anónimo
―Comunidad
de
Autores‖
http://en.wikipedia.org/wiki/User_interface#Types. [5] Introducción a los sistemas Brain Computer Interface, D. Galindo Merchán. http://www.lacofa.es/index.php/general/introduccion-a-lossistemas-brain-computer-interface. [6] Imagen tomada de: Introducción a los sistemas Brain Computer Interface, D. Galindo Merchán. http://www.lacofa.es/index.php/general/introduccion-a-los-sistemasbrain-computer-interface. .
INTERFAZ HOMBRE MAQUINA BIOGRAFÍAS Laura Vanessa Arenas Montaño, estudiante de Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del Caribe, Investigador del grupo GIIM en la Facultad de ingeniería de la Universidad Autónoma del Caribe, Técnico en Diseño Gráfico y Web. Barranquilla, Atlántico. (Email:
[email protected]), Cel.: 3004523524 Cód. 250910298 Arturo José Castilla De Cuba, estudiante de Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del Caribe, Investigador del grupo GIIM en la Facultad de ingeniería de la Universidad Autónoma del Caribe, Técnico en Análisis y Programación de Computadores. Barranquilla, Atlántico. (Email:
[email protected]) Cel.: 3005000039 Cód. 251016012
Danilo Alfonso Rojas Méndez, estudiante de Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del Caribe, Barranquilla, Atlántico. Curso Sena Virtual (AutoCAD 2D y 3D, PLC I e Identificación y análisis de circuitos integrados y compuertas lógicas) (Email:
[email protected]) Cel.: 3002443554 Cód. 250910028
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