Lista di controllo per l'integrazione di PC industriali con touch panel a montaggio su pannello per i costruttori di macchinari
In un progetto di automazione industriale, un PC industriale touchscreen con montaggio su pannello può sembrare un componente standard. Tuttavia, gli aspetti che incidono sui tempi di sviluppo e sui costi di manutenzione a lungo termine spesso non sono la velocità del processore, la capacità di memoria o la risoluzione dello schermo, bensì i dettagli di integrazione che vengono alla luce solo dopo che l’armadio di comando e la struttura della macchina sono già stati definiti.
L'apertura nel pannello è corretta? C'è spazio sufficiente sul retro per il computer, i connettori e le curve dei cavi? I tecnici possono raggiungere i collegamenti senza rimuovere altri componenti di controllo? Il nuovo sistema comunicherà con i PLC, gli scanner e i dispositivi seriali esistenti? Se dopo alcuni anni fosse necessaria la sostituzione dell'unità, sarà possibile ripristinare in modo efficiente l'immagine del sistema operativo approvata e la configurazione dell'applicazione?
Se tali questioni vengono affrontate prima della pubblicazione del progetto, la maggior parte dei problemi può essere risolta attraverso la progettazione meccanica, la scelta delle interfacce I/O o una configurazione adeguata della piattaforma. Se invece vengono individuate durante l’assemblaggio finale, possono avere ripercussioni sull’involucro, sul cablaggio, sul software e sul processo di convalida.
La seguente lista di controllo in dieci punti aiuta i costruttori di macchine, gli integratori di sistemi e i team di ingegneri a gettare basi concrete prima di implementare un PC industriale touchscreen con montaggio su pannello.
Definire l’applicazione prima di selezionare il processore
Il primo passo non è confrontare le CPU, bensì definire quali funzioni debba svolgere il PC industriale con pannello touch.
Un sistema utilizzato per il controllo di base delle macchine, l'inserimento dei parametri e la visualizzazione degli allarmi presenta requisiti informatici diversi rispetto a una piattaforma che esegue contemporaneamente la registrazione dei dati, l'elaborazione delle immagini, l'accesso al database e la comunicazione con più sistemi di fabbrica.
Una capacità di elaborazione insufficiente può influire sulle prestazioni delle applicazioni e sulla reattività degli operatori. Una capacità di elaborazione eccessiva può aumentare i costi, il consumo energetico e il fabbisogno termico senza apportare un valore aggiunto significativo.
Si inizi documentando il software, il volume di dati previsto, le periferiche, i processi concomitanti e le funzionalità future realistiche. Il processore, la memoria e lo spazio di archiviazione potranno quindi essere selezionati in base a un carico di lavoro definito.
La piattaforma più adatta non è necessariamente quella con le specifiche tecniche più elevate. È quella in grado di svolgere le attività richieste in modo costante per tutto il ciclo di vita previsto della macchina.
Verificare la cornice anteriore e l'apertura nel pannello
Un PC da incasso viene solitamente integrato nell'anta di un armadio di comando, nell'involucro di una macchina o in una console operatore. Le sue dimensioni frontali, l'apertura di montaggio e il metodo di fissaggio devono pertanto essere definiti in fase di progettazione meccanica.
Due prodotti con lo stesso formato dello schermo non hanno necessariamente la stessa cornice frontale, la stessa profondità del telaio o gli stessi requisiti di ritaglio. Riservare lo spazio basandosi esclusivamente sulle dimensioni dello schermo può causare problemi di installazione al momento del montaggio della prima macchina.
Il disegno tecnico deve confermare:
- Dimensioni complessive della cornice anteriore
- Apertura consigliata nel pannello
- Interfaccia tra il computer e l'anta dell'armadio
- Posizione e spazio operativo delle clip di fissaggio
- Materiale del mobile e spessore dei pannelli
- Distanza dai pulsanti, dagli indicatori e dai componenti adiacenti
Per un confronto più ampio tra i diversi approcci di installazione, consultare la guida di BIS su Opzioni di montaggio del Panel PC.
Spazio libero posteriore di riserva e accesso per la manutenzione
Il fatto che in un disegno CAD ci sia spazio sufficiente per il telaio non garantisce che l'installazione sia effettivamente possibile.
Lo spazio posteriore complessivo deve comprendere il telaio, i connettori, le spine, il raggio di curvatura dei cavi, gli elementi di fissaggio e lo spazio necessario per le mani e gli attrezzi del tecnico. Se i cavi installati vengono schiacciati contro i componenti adiacenti, i connettori potrebbero risultare difficili da rimuovere e l'anta dell'armadio potrebbe non funzionare correttamente.
Un modello utile per il calcolo dello spazio libero posteriore dovrebbe includere:
- Profondità effettiva del telaio
- Lunghezza dei connettori di alimentazione e di segnale
- Requisiti relativi alle curve dei cavi
- Canali per cavi e componenti di controllo nelle vicinanze
- Spazio necessario per il funzionamento dei componenti di montaggio
- Percorso di rimozione in vista di una futura sostituzione
Si tratta di un semplice controllo tecnico, ma può evitare costose modifiche meccaniche in un secondo momento.
Creare una matrice I/O invece di contare le porte
Le apparecchiature per l'automazione industriale possono collegarsi a PLC, sensori, lettori di codici a barre, telecamere, lettori di tessere, stampanti, infrastrutture di rete e dispositivi seriali già esistenti. Il team di progetto dovrebbe elaborare una matrice I/O completa, anziché limitarsi a verificare che il computer disponga di porte USB, LAN e COM.
La matrice dovrebbe riportare:
- Tipo e quantità dell'interfaccia
- Scopo di ciascuna connessione
- Protocollo di comunicazione e requisiti relativi ai dati
- Posizione e orientamento del connettore
- Lunghezza del cavo e metodo di fissaggio
- Eventuali condizioni di isolamento o specifiche del progetto
- Esigenze realistiche di espansione futura
La presenza di una porta non la rende automaticamente idonea. Un connettore posizionato dietro una clip di montaggio o troppo vicino a una canalina per cavi può rendere il montaggio e la manutenzione inutilmente difficili.
Una configurazione I/O adeguata consente di ridurre il numero di adattatori esterni, hub e cavi aggiuntivi. Ciò semplifica la distinta dei materiali, riduce i possibili punti di guasto e rende più efficiente la risoluzione dei problemi.
Verifica delle apparecchiature e dei software esistenti
Molti progetti di automazione industriale prevedono l'aggiornamento di una piattaforma di controllo esistente piuttosto che la progettazione ex novo. Un nuovo computer potrebbe comunque dover comunicare con PLC di vecchia generazione, dispositivi seriali, controllori dedicati o altre periferiche che continuano ad avere un valore operativo.
Prima dell'acquisto, verificare che:
- Sistema operativo e software applicativo
- Programma HMI o di gestione della produzione
- Driver periferici
- PLC e apparecchiature di comunicazione
- Configurazione di rete e autorizzazioni
- Funzioni di avvio automatico e di ripristino in caso di eccezioni
- Processo di aggiornamento e ripristino
“Compatibile in teoria” e “convalidato nell’ambiente di destinazione” non sono la stessa cosa. Realizzare un prototipo con il software e le periferiche effettivi è solitamente più economico che risolvere i problemi di compatibilità dopo l’avvio della produzione.
Valutare le condizioni termiche all'interno dell'armadio
Le condizioni operative di un PC industriale da pannello non sono determinate solo dalla temperatura ambiente dello stabilimento. Il telaio posteriore è solitamente collocato all’interno di un armadio di comando contenente alimentatori, PLC, azionamenti e altre apparecchiature che generano calore.
Anche quando si sceglie un computer senza ventola, il team di progetto dovrebbe valutare:
- Temperatura interna prevista del mobile
- Ubicazione delle fonti di calore adiacenti
- Circolazione dell'aria intorno al computer
- Ostruzione delle superfici di dissipazione del calore
- Strategia di ventilazione o raffreddamento dell'armadio
- Carico di lavoro del software e durata di funzionamento
Un'architettura senza ventola elimina un componente meccanico in movimento, ma non sostituisce una corretta progettazione termica. La gestione del calore dovrebbe essere presa in considerazione già in fase di progettazione dell'armadio, anziché essere considerata un intervento correttivo da effettuare dopo l'assemblaggio.
Verifica del funzionamento tattile e dell’ergonomia nel flusso di lavoro reale
La tecnologia touch dovrebbe essere scelta in base alle effettive procedure operative, non semplicemente confrontando i nomi delle diverse tecnologie.
Gli ingegneri dovrebbero stabilire se gli operatori indossano i guanti, quali gesti sono richiesti, con quale frequenza vengono inseriti i dati e quali dimensioni devono avere i comandi del software. Anche l’altezza di installazione, l’angolo di visione, la luce ambientale e i riflessi influiscono sull’usabilità.
Durante la fase di valutazione, utilizzare l'interfaccia HMI prevista e verificare:
- Se i comandi più utilizzati siano facilmente raggiungibili
- Se il testo e gli avvisi sono chiaramente visibili
- Se l'operatore sia in grado di mantenere una postura naturale
- Se l’interfaccia provoca tocchi accidentali
- Risposta al tocco nelle condizioni operative previste
- Comfort durante l'uso prolungato
Il successo di un'interfaccia utente dipende dall'interazione tra il software, il touchscreen, la posizione di installazione e la struttura della macchina.
Pianificare in anticipo il processo di manutenzione e ripristino
Una volta che le apparecchiature entrano in produzione, la parte più costosa di un guasto spesso non è il computer di ricambio, bensì il tempo necessario per diagnosticare il problema, smontare il sistema, ripristinare il software e riavviare la produzione.
Il progetto dovrebbe definire:
- Chi effettua la diagnosi iniziale?
- Come si rimuove il computer dall’involucro
- Se un ricambio può utilizzare lo stesso alloggiamento e gli stessi cavi
- Chi è il proprietario dell'immagine del sistema operativo e chi ne cura la manutenzione?
- Come viene eseguito il backup delle applicazioni e delle impostazioni
- Come vengono verificate la comunicazione e le funzioni dopo la sostituzione
- Quali unità o componenti di ricambio è opportuno tenere a disposizione in loco?
La standardizzazione delle piattaforme hardware, delle immagini software e delle configurazioni I/O sulle linee di produzione correlate può ridurre il numero di unità di ricambio e le procedure di risoluzione dei problemi necessarie.
Questi risparmi potrebbero non riflettersi nel prezzo di acquisto dell'unità, ma si mantengono per tutta la durata di vita della macchina.
Confermare le aspettative relative al ciclo di vita e alla gestione del cambiamento
I macchinari industriali rimangono spesso in produzione e in servizio più a lungo rispetto ai prodotti informatici destinati al grande pubblico. La pianificazione del ciclo di vita dovrebbe quindi andare oltre la semplice domanda su per quanto tempo un determinato modello sarà disponibile.
La discussione dovrebbe vertere sui seguenti punti:
- Periodo di produzione previsto
- Periodo di servizio richiesto
- Strategia di approvvigionamento dei componenti chiave
- Notifica di modifica di un prodotto o di un componente
- Alternative al termine del ciclo di vita
- Effetti su interruttori automatici, montaggio e cablaggio
- Possibili modifiche al driver o all'immagine di sistema
- Responsabilità della convalida a seguito di una modifica
I costruttori di macchinari non hanno necessariamente bisogno di hardware che non cambi mai. Hanno bisogno di cambiamenti che siano prevedibili, comunicati e gestibili.
Se ogni aggiornamento della piattaforma richiede nuovi disegni tecnici, modifiche ai cavi e la convalida del software, eventuali risparmi iniziali sugli acquisti possono essere rapidamente assorbiti dai costi delle attività di progettazione.
Personalizzare solo per rimuovere gli ostacoli reali all'integrazione
La personalizzazione OEM o ODM dovrebbe risolvere un problema ingegneristico ben definito. A seconda della piattaforma scelta e delle condizioni del progetto, ciò può riguardare la configurazione degli I/O, il posizionamento dei connettori, le combinazioni hardware, le impostazioni del firmware, le immagini di sistema, le strutture di montaggio o l’aspetto esterno.
Prima di richiedere una personalizzazione, suddividi i requisiti in tre categorie:
- Funzioni essenziali: La macchina non può funzionare senza di essi.
- Miglioramenti in termini di efficienza: Riducono il lavoro di assemblaggio, implementazione o manutenzione.
- Preferenze: Influiscono principalmente sull'aspetto o sulla familiarità dell'utente.
Questa classificazione aiuta a tenere sotto controllo i costi di sviluppo e l'ambito della convalida. Una maggiore personalizzazione può comportare anche ulteriori responsabilità in termini di disegni, approvazione dei campioni, collaudi, gestione dei materiali e controllo delle versioni.
Per una trattazione più approfondita del processo di personalizzazione, consultare Come progettare un PC industriale personalizzato per applicazioni OEM.
Verifica finale dal prototipo alla produzione
Una volta selezionata la piattaforma iniziale, la validazione dovrebbe basarsi sulla configurazione di produzione prevista, anziché su un esempio che sia semplicemente simile.
Il piano di verifica dovrebbe comprendere:
- Installazione nell'armadio e nel pannello veri e propri
- Cablaggio completo e collegamenti delle periferiche
- Sistema operativo e software applicativo di destinazione
- PLC e comunicazione in ambito industriale
- Carico di lavoro informatico previsto
- Avvio, arresto e ripristino in caso di eccezioni
- Backup e ripristino dell'immagine di sistema
- Procedura di rimozione e sostituzione
- Distinta base definitiva e registri delle revisioni
Il costruttore di macchinari, l'integratore di sistemi e il fornitore di computer dovrebbero inoltre stabilire la titolarità dei disegni meccanici, delle immagini del software, dei verbali di collaudo, delle approvazioni delle modifiche e delle revisioni di produzione.
Una chiara attribuzione delle responsabilità riduce le lacune informative quando il progetto passa dalla fase di prototipo alla produzione su larga scala.
Conclusione: le specifiche tecniche mettono in moto la macchina; la pianificazione dell'integrazione la mantiene in funzione
Un PC industriale con touchscreen a incasso è un'interfaccia fondamentale tra gli operatori, le apparecchiature di controllo e le informazioni di produzione. Per garantirne un'implementazione di successo non basta trovare un computer con specifiche tecniche adeguate. Il sistema deve inoltre adattarsi all'alloggiamento, collegarsi correttamente, supportare un'implementazione efficiente del software, consentire una manutenzione pratica e rimanere gestibile per tutto il suo ciclo di vita.
Per i costruttori di macchine e gli integratori di sistemi, l’approccio più efficace consiste nell’esaminare l’integrazione meccanica, l’I/O, le condizioni termiche, il flusso di lavoro dell’operatore, la manutenzione e la pianificazione del ciclo di vita prima che l’armadio di controllo e l’architettura software siano definiti in via definitiva.
Una scheda tecnica illustra la composizione di un prodotto. Una checklist completa di integrazione permette di stabilire se quel prodotto sia effettivamente adatto alla macchina e al relativo piano di produzione.
Stai progettando una nuova macchina automatizzata o aggiornando una piattaforma di controllo esistente? Condividi i disegni dell'armadio elettrico, l'elenco degli I/O, i requisiti software, l'ambiente operativo e il volume stimato con BIS per discutere di un PC industriale con schermo tattile adatto al montaggio su pannello e di un approccio di integrazione OEM o ODM.
Domanda 1:
Quali informazioni è necessario verificare prima di scegliere un PC industriale touch a pannello?
A1:
Prima di selezionare la configurazione del processore, della memoria e dello spazio di archiviazione, verificare il software applicativo, il carico di lavoro informatico, l'apertura nel pannello, lo spazio libero sul retro, l'elenco delle porte I/O, la compatibilità delle periferiche, l'ambiente operativo e la procedura di manutenzione.
Domanda 2:
Perché le dimensioni del foro per il pannello non dovrebbero basarsi esclusivamente sulle dimensioni dello schermo?
A2:
I prodotti con lo stesso formato dello schermo possono presentare dimensioni della cornice, profondità del telaio, aperture e componenti di montaggio diversi. Il progetto dell'involucro deve seguire il disegno tecnico approvato e includere gli spazi liberi necessari per i connettori, i cavi, la dissipazione termica e la manutenzione.
Domanda 3:
Quando è opportuno prendere in considerazione la personalizzazione OEM o ODM?
A3:
Si dovrebbe prendere in considerazione la personalizzazione quando un prodotto standard non è in grado di soddisfare i requisiti essenziali relativi a I/O, connettori, montaggio, hardware o implementazione software, e quando la modifica apporta un valore misurabile in termini di integrazione o manutenzione.
