Considérations architecturales et une voie modulaire pour l’avenir
Les opérateurs en atelier interagissent avec des machines complexes via des écrans tactiles, des tableaux de bord et des afficheurs qui doivent s’adapter aux exigences de sécurité et aux objectifs de production. Dans le même temps, les usines font face à une pénurie de main‑d’œuvre, à des objectifs de productivité ambitieux et à des préoccupations de sécurité accrues.
Les interfaces homme‑machine (IHM) enrichies par l’IA peuvent reconnaître des opérateurs individuels, rationaliser les flux de travail, réduire les erreurs humaines et appliquer les politiques d’accès. Par exemple, un accès utilisateur personnalisé par reconnaissance faciale peut identifier les opérateurs autorisés via une caméra avant de permettre l’accès à un équipement ou à une documentation. Cela réduit le risque d’interactions non autorisées et garantit que seules les personnes formées utilisent des machines critiques.
Cette capacité alimentée par l’IA constitue une mise à niveau incrémentale des architectures IHM existantes et offre aux OEM et aux intégrateurs systèmes une voie pour développer des portefeuilles de produits IHM de type « bon‑meilleur‑optimal ».
Comprendre la meilleure approche pour concevoir un tel portefeuille commence par définir l’architecture de base et les composants d’une IHM industrielle typique.
Architecture d’une IHM industrielle standard et ajout de l’IA
Une IHM industrielle conventionnelle est un système complexe qui exécute généralement un système d’exploitation embarqué (comme Linux ou Windows), communique avec des automates programmables industriels (API/PLC) et des capteurs via des ports série ou Ethernet, et affiche des écrans opérateur créés avec un outil IHM/SCADA.
Pour supporter cette fonctionnalité, une IHM industrielle standard comprend au minimum les composants suivants :
- Un écran (souvent entre 7" et 15") avec écran tactile
- Un processeur embarqué, de la mémoire et du stockage
- Un ensemble d’interfaces pour la connectivité fieldbus et Ethernet
- Un boîtier robuste conçu pour fonctionner dans des environnements industriels avec un indice de protection IP
Ajouter des capacités d’IA à l’architecture IHM conventionnelle exige davantage de ressources. Par exemple, la reconnaissance faciale repose sur des réseaux neuronaux convolutifs. Des modèles « légers » comme FaceNet ou YOLOv3Face sont disponibles et peuvent être exécutés avec OpenCV et LiteRT (TensorFlow Lite), optimisant l’inférence sur CPU et NPU.
En termes de performance, offrir une expérience fluide de reconnaissance faciale requiert une faible latence et une empreinte mémoire minimale. Bien que les modèles puissent être légers (~1 Mo de RAM), ils peuvent nécessiter au moins 1 Go de mémoire système pour gérer plusieurs processus et stocker en toute sécurité les gabarits biométriques.
Des benchmarks d’une application exemple sur le SECO App Hub montrent que l’inférence sur une NPU dédiée atteint ~36 ms de latence, tandis que l’exécution uniquement sur CPU peut dépasser 440 ms. Clairement, certains ordinateurs d’affichage conviennent mieux que d’autres aux charges de travail IA, ce qui signifie qu’une NPU ou une GPU intégrée aide à atteindre la performance en temps réel sans surcharger le CPU.
Bien entendu, des composants supplémentaires non présents dans une IHM conventionnelle sont nécessaires pour réaliser cette application d’IA :
- Module caméra avec une résolution et une qualité d’objectif suffisantes, ainsi qu’une capacité infrarouge (IR) pour les conditions de faible luminosité ; monté dans le cadre de l’écran et connecté via MIPI‑CSI ou USB
- Accélération IA en périphérie à l’aide d’un processeur avec NPU, GPU ou VPU intégrés pour décharger les tâches d’inférence
- ≥4 Go de RAM et 16 Go eMMC pour héberger le système d’exploitation, le modèle IA et les logiciels applicatifs
- Hardware root of trust, secure boot et chiffrement afin de protéger les gabarits faciaux et authentifier les opérateurs
Approches de conception pour ordinateurs d’affichage industriels prêts pour l’IA
Les fournisseurs d’équipements d’automatisation peuvent désormais proposer des gammes d’IHM comprenant une version conventionnelle, une version avec accès personnalisé et des versions avancées avec des fonctions comme l’assistance aux alertes opérateur.
Deux approches courantes de conception sont le design monolithique ou l’architecture modulaire :
- Designs monolithiques : chaque IHM est spécifiquement adaptée à un cas (afficheur de base, accès personnalisé, IA avancée). Chaque modèle utilise son propre matériel optimisé, mais maintenir plusieurs conceptions accroît le coût de développement et la complexité de la chaîne d’approvisionnement.
- Architectures modulaires : elles s’appuient sur des standards COM (computer‑on‑module) pour définir les modules de calcul interchangeables. La carte porteuse expose toutes les interfaces nécessaires (Ethernet, USB, ports série, caméra, écran, etc.), permettant de commencer avec un même écran et boîtier puis de changer de module pour évoluer d’une IHM basique à une IHM IA de haut niveau.
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En séparant le cœur de calcul embarqué de la carte de base E/S, l’architecture Modular Vision HMI de SECO permet des mises à jour de processeur sans redessiner toute l’IHM. Les standards COM comme SMARC réduisent en outre le time‑to‑market et les risques, car la même carte porteuse peut accueillir des modules Arm ou x86.
Modular Vision : une approche flexible pour des IHM prêtes pour l’IA
SECO applique son concept Modular Vision basé sur SMARC pour aligner tailles d’écran, processeurs et besoins applicatifs (IA et non‑IA). Le tableau ci‑dessous compare trois modèles Modular Vision :
| Modular Vision SKU | Taille d’écran (po) | Processeur | Performance IA (Accès personnalisé) | Tolérance environnementale | Coût |
|---|
| Modular Vision 7 MX 93 | 7 | NXP i.MX93 (dual A55 avec NPU U‑65) | Précision modérée, ~150‑200 ms ; adapté à l’authentification faciale basique. | IP65 façade ; 0 °C à 60 °C | Bas – prix d’entrée |
| Modular Vision 10.1 MX 8M‑Plus | 10.1 | NXP i.MX 8M Plus (quad A53 avec NPU 2.3 TOPS) | Haute précision, latence en temps réel (~36 ms) ; supporte multi‑visages et commandes vocales. | IP65 façade ; 0 °C à 60 °C | Moyen – équilibre coût/performance |
| Modular Vision 15.6 ASL | 15.6 | Intel Atom x7000RE (2/4/8 cœurs avec UHD Graphics) | Très haute précision via CPU avec instructions VNNI et graphiques intégrés ; extensible à la reconnaissance multi‑visages ; latence selon nombre de cœurs (12‑25 / 20‑40 / 35‑70 ms). | IP65 façade ; 0 °C à 60 °C | Élevé – performance premium |
Chacun de ces produits Modular Vision utilise la même carte de base et les mêmes options d’écran, et ne change que le module de calcul selon les besoins. Les OEM peuvent commencer avec le modèle 7" d’entrée de gamme et migrer ensuite vers les versions 10.1" ou 15.6" pour ajouter des fonctions IA avancées.
Conception avec Modular Vision
En adoptant l’architecture Modular Vision basée sur SMARC, les constructeurs de machines disposent d’une famille évolutive d’IHM partageant le même design mécanique, les mêmes connecteurs et le même environnement logiciel. Associée à une distribution Linux moderne comme Clea OS, la solution permet la gestion à distance, des mises à jour sécurisées et l’intégration aux protocoles IIoT. Les développeurs peuvent déployer des applications IA pré‑construites – comme la reconnaissance faciale disponible dans le SECO App Hub – avec TensorFlow Lite, OpenCV ou PyTorch, en toute confiance sur modules Arm et x86.
Les modèles présentés montrent comment la taille d’écran, la puissance de calcul et le coût peuvent être alignés pour divers cas d’usage IA. Avec des boîtiers robustes, des afficheurs industriels et des interfaces standardisées, ces systèmes peuvent être fabriqués et déployés à grande échelle sur la ligne de production.
Avez‑vous une application industrielle pour une IHM ? Contactez SECO pour discuter de la manière dont Modular Vision, Clea OS et les algorithmes IA peuvent répondre à vos besoins.