Considerazioni architetturali e un percorso modulare per il futuro
Gli operatori sul pavimento della fabbrica interagiscono con macchine complesse attraverso touchscreen, dashboard e display che devono adattarsi ai requisiti di sicurezza e agli obiettivi di produzione. Allo stesso tempo, gli impianti affrontano carenze di personale, obiettivi di produttività aggressivi e crescenti preoccupazioni per la sicurezza.
Gli HMI potenziati dall’IA possono riconoscere i singoli operatori, semplificare i flussi di lavoro, ridurre gli errori umani e applicare politiche di accesso. Ad esempio, l’accesso utente personalizzato tramite riconoscimento facciale può identificare gli operatori autorizzati tramite una fotocamera prima di consentire l’accesso a macchinari o documentazione. Ciò riduce il rischio di interazioni non autorizzate e garantisce che solo personale qualificato utilizzi macchine critiche.
Questa capacità guidata dall’IA rappresenta un aggiornamento incrementale delle architetture HMI esistenti e offre agli OEM e agli integratori di sistema un percorso per sviluppare portafogli di prodotti HMI di tipo “good-better-best”.
Comprendere il miglior approccio alla progettazione di tale portafoglio inizia definendo l’architettura di base e i componenti di un tipico HMI industriale.
Architettura di un HMI industriale standard e integrazione IA
Un HMI industriale convenzionale è un sistema complesso che di solito esegue un sistema operativo embedded (come Linux o Windows), comunica con i PLC e i sensori tramite porte seriali o Ethernet e mostra schermate operatore create con strumenti HMI/SCADA.
Per supportare questa funzionalità, un HMI industriale standard include almeno i seguenti componenti:
- Un display (spesso tra 7" e 15") con touchscreen
- Un processore embedded, memoria e storage
- Interfacce per connettività Ethernet e fieldbus
- Un alloggiamento robusto progettato per ambienti industriali con grado di protezione IP
L’aggiunta di capacità IA all’architettura HMI convenzionale richiede maggiori risorse. Ad esempio, il riconoscimento facciale si basa su reti neurali convoluzionali. Modelli "leggeri" come FaceNet o YOLOv3Face possono essere eseguiti con OpenCV e LiteRT (TensorFlow Lite), ottimizzando l’inferenza su CPU e unità di elaborazione neurale (NPU).
Dal punto di vista delle prestazioni, per un’esperienza fluida di riconoscimento facciale servono bassa latenza e ridotto carico di memoria. Anche modelli leggeri (circa 1 MB RAM) possono richiedere almeno 1 GB di memoria di sistema per supportare più processi e l’archiviazione sicura dei modelli biometrici.
Benchmark di un’applicazione presentata sull’SECO App Hub mostrano che un’inferenza su NPU dedicata ha una latenza di circa 36 ms, mentre con esecuzione solo su CPU può superare i 440 ms. Ciò evidenzia come computer diversi abbiano maggiore o minore idoneità ai carichi IA, rendendo una NPU o GPU fondamentale per prestazioni in tempo reale senza sovraccaricare la CPU.
Ovviamente, per realizzare un’applicazione IA sono necessari anche componenti aggiuntivi rispetto a quelli tipici:
- Modulo fotocamera con risoluzione adeguata, capacità infrarossi (IR) per condizioni di scarsa luce; montata sulla cornice del display e collegata via MIPI-CSI o USB
- Accelerazione Edge AI con processore dotato di NPU, GPU o VPU
- ≥4 GB RAM e 16 GB eMMC per ospitare sistema operativo, modelli IA e applicazioni
- Hardware root of trust, secure boot ed encryption per proteggere i modelli biometrici e autenticare gli operatori
Approcci progettuali per computer industriali HMI AI-ready
I fornitori di apparecchiature di automazione possono strutturare linee di prodotti HMI comprendendo versioni convenzionali, con accesso personalizzato e avanzate (ad esempio operator alert assistance).
Due approcci comuni sono:
- Progetti monolitici: un HMI dedicato per ciascun caso (display base, accesso personalizzato, IA avanzata). Ottimizza le prestazioni, ma aumenta costi di sviluppo e complessità nella supply chain.
- Architetture modulari: usano standard COM (computer-on-module), separando il modulo di calcolo dalla scheda carrier, che gestisce interfacce come Ethernet, USB, seriali, camera, display ecc. Questo consente di scalare facilmente dalle versioni base a quelle IA avanzate solo sostituendo il modulo.
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Grazie a questo schema, la famiglia Modular Vision HMI di SECO facilita upgrade senza ridisegnare l’intero HMI. Con standard COM come SMARC è possibile passare da soluzioni Arm a x86 mantenendo lo stesso carrier, riducendo rischi e time-to-market.
Modular Vision: un approccio flessibile agli HMI IA‑ready
SECO impiega il concetto Modular Vision basato su SMARC per offrire portafogli scalabili. La seguente tabella confronta tre modelli Modular Vision:
| Modular Vision SKU | Display size (in) | Processore | Prestazioni AI | Tolleranza ambientale | Costo |
|---|
| Modular Vision 7 MX 93 | 7 | NXP i.MX93 (dual A55 con NPU U‑65) | Precisione moderata, ~150-200 ms; adatto ad autenticazione facciale di base. | IP65 frontale; 0 °C ÷ 60 °C | Basso – fascia entry‑level |
| Modular Vision 10.1 MX 8M-Plus | 10.1 | NXP i.MX 8M Plus (quad A53 con 2.3 TOPS NPU) | Alta precisione, latenza reale ~36 ms; supporto multivolto e comandi vocali. | IP65 frontale; 0 °C ÷ 60 °C | Medio – equilibrio costo/prestazioni |
| Modular Vision 15.6 ASL | 15.6 | Intel Atom x7000RE (2/4/8 core con UHD Graphics) | Molto alta precisione, ridotta latenza (12‑70 ms); scalabile multivolto. | IP65 frontale; 0 °C ÷ 60 °C | Alto – prestazioni premium |
Tutti i modelli Modular Vision condividono baseboard e display, variando solo il modulo di calcolo. Gli OEM possono partire dal 7" e aggiornare successivamente a versioni più grandi e potenti.
Progettare con Modular Vision
Grazie all’architettura SMARC, Modular Vision consente famiglie di HMI scalabili con lo stesso design meccanico, connettori e ambiente software. Con l’uso di Clea OS, è possibile gestire dispositivi da remoto, aggiornare in sicurezza e integrare protocolli IIoT. Le applicazioni IA, come il riconoscimento facciale, sono facilmente portabili tra moduli Arm e x86.
La gamma mostra come dimensioni, capacità di calcolo e costo si combinino per casi d’uso diversi. Con display industriali rugged e enclosure certificati, i sistemi sono pronti per la produzione su larga scala.
Hai un’applicazione industriale per un HMI? Contatta SECO per discutere i tuoi requisiti.