좋은 화면 디자인은 결코 부수적인 요소가 아니다. 운영 효율성에 직접적인 영향을 미치기 때문이다. 그러나 40여 년 전 HMI가 소개된 이래로, 화면 설계는 여전히 전문 기술과 지식이 필요하며, 많은 시간이 소요되는 ‘복잡한’ 작업이다. 이제 새로운 화면 디자인 소프트웨어를 통해 이 과정을 단순화하고, 효과적인 화면을 심플하고 빠르게 디자인할 수 있는 시대, ‘HMI 디자인 4.0세대’가 도래했다. 그 핵심은 바로, 새로운 레이아웃과 템플릿으로 더 나은 인터페이스를 통한 화면 설계에 유연성 제공이다.

 

HMI 디자인 역사의 개요

1) HMI 디자인 1.0세대
1980년대로 돌아가보면, 기계와 장비의 그래픽 인터페이스를 만들기 위해 프로그래밍 가능한 디스플레이 장치(이하 HMI라고 함)와 원초적인 프로그래밍 소프트웨어가 있었다. HMI 화면 디자인 전용 소프트웨어가 출현하기 전에 HMI를 생성하고 설계하려면 컴퓨터 프로그래밍 기술과 고급 컴퓨터 언어 지식이 필요했고, HMI 개발 및 유지보수는 시간과 비용이 많이 들었다(이 단계를 HMI 디자인 1.0세대라고 부를 수 있음). 그러나 이후 HMI 디자인 소프트웨어의 도입으로 HMI 화면을 생성하고, 유지하기 위한 작업량이 점차 줄어들기 시작했다.

2) HMI 디자인 2.0세대
HMI 디자인 2.0세대는 HMI 디자인 소프트웨어의 두 개의 축이 있다. 첫째, 화면 디스플레이를 그리기 위한 그래픽 컴포넌트, 두 번째는 화면 작업 프로그래밍을 위한 운영 컴포넌트다. 운영 컴포넌트는 화면 태그라는 특수 명령을 설정해야 했고, 이러한 화면 태그를 구성하는 데에도 어느 정도 전문 지식이 필요했으며, 디자인과 운영 측면에서 많은 개선의 여지가 있었다.

3) HMI 디자인 3.0세대
90년대에 이르자 Windows 운영체제는 많은 가능성을 열어주었다. 산업계가 Windows 소프트웨어 어플리케이션을 채택함에 따라 HMI 설계는 그래픽 컨포넌트와 운영 컴포넌트를 통합하기 시작하였고, 그래픽 파트의 속성을 간단히 변경하여 작업을 프로그래밍 할 수 있게 되었다. 태그 설정과 같은 HMI 설계에 대한 전문 지식이 필요 없어졌고 화면 생성이 훨씬 단순해졌지만, 파트/오브젝트 배치 및 속성 변경과 같은 요소는 수년간 정적으로 유지되었으며, 여전히 HMI 설계에 필요한 시간 또한 크게 줄어들지 않았다.

4) HMI 디자인 4.0세대
최근 다양한 HMI 설계 방법 및 개념이 새롭게 도입되면서 불필요한 작업 단계를 없애고, 이전에 생성된 리소스를 재사용함으로써 HMI 설계 시간이 크게 단축되었다. HMI 디자인 4.0세대는 결국 설계 프로세스의 간소화를 통한 운영자의 효율성과 전체 작업 생산성이 향상을 의미한다. <표 1>은 단계별 HMI 설계의 진화를 보여준다.
  

화면 디자인의 최신 트렌드

HMI 설계에 소요되는 시간을 분석 결과, 대형 HMI의 화면(기본 화면) 대수는 일반적으로 500개를 초과하며, 화면당 파트/오브젝트 수는 100개를 초과한다. 한 개의 파트라도 만드는 데 소요되는 시간과 노력을 고려하면, HMI 화면을 설계하는 데 시간이 얼마나 걸리는지 알 수 있다. <그림 2> 참조

아래 설문조사에 따르면 HMI 디자이너의 약 59%가 스크립트를 사용하지만, 스크립트의 개발 및 유지보수는 화면 디자이너에게는 큰 부담이다. <그림 3> 참조

 스마트폰과 같은 사용자 인터페이스 혁신은 산업용 HMI 설계에 큰 영향을 미쳤으며, 이제 사용자는 스마트폰처럼 보다 명확하고 사용하기 쉬운 인터페이스와 화면 설계를 기대한다. <그림 4> 참조

HMI 디자인 세대 Part 1 : HMI 레이아웃

기존의 HMI 디자인 소프트웨어에서 화면을 생성하려면 HMI와 일치하는 해상도를 가진 “기본 화면”으로 알려진 페이지에 파트를 그린다. 이러한 파트를 그릴 때 X 및 Y 좌표와 해당 폭 및 높이를 파트의 속성으로 지정한다. 이러한 속성은 화면 해상도에 대한 절대값처럼 동작하며, 다른 화면 해상도로 다른 HMI 장치에서 동일한 화면 데이터를 사용하려면 모든 단일 요소의 위치를 조정해야 한다. 또한, 화면의 일부를 다른 곳에서 재사용하면 다른 페이지에서 원래 화면의 파트의 상대적 위치를 변경할 수 없으므로 좋은 레이아웃을 만들 수 있는 자유도가 제한된다. <그림 5> 참조

이제 HMI 디자인 4.0세대에서 사용 가능한 레이아웃 화면은 HMI 해상도에 의존하지 않는 새로운 화면 디자인 방법을 제공한다. 아래 이미지는 그리드 레이아웃의 예다. 그리드 레이아웃에는 테이블과 같은 행과 열이 있다. 화면에 구성요소를 그릴 때 구성요소를 셀에 놓으면 셀 크기에 맞게 파트의 크기가 자동으로 조정된다. <그림 6> 참조

격자는 전체 화면의 해상도를 기준으로 행과 열로 나뉘어져 있기 때문에 화면 해상도가 변경되더라도 원래의 레이아웃을 기준으로 파트의 위치를 동일하게 유지할 수 있다. 또한, 전체 화면에 격자 레이아웃을 사용하는 것 외에도 격자 프레임을 레이아웃 프레임이 있는 화면의 일부에 적용할 수도 있다. 이를 통해 크기를 조정할 수 있는 콘텐츠를 재사용할 수 있다. <그림 7> 참조

기본 화면에서 파트를 그리는 것과 비교하여 그리드 레이아웃 화면은 파트의 위치를 정밀하게 조정할 필요가 없으므로 ‘왼쪽 정렬 ‘ 및 ‘균등하게 정렬’과 같은 명령이 전혀 필요하지 않기에, 화면에 파트를 그리는 시간이 줄어든다. 행과 열만 있는 간단한 화면 레이아웃은 파트 배치를 제한할 수 있다. 그러나 HMI 디자인 4.0세대를 사용하면 셀을 결합하고, 하나 이상의 셀에서 추가 그리드를 그려 화면의 조합도를 높일 수 있다. 이 기능은 레이아웃이 제공하는 자유도를 상당히 향상시킨다. <그림 8> 참조

 그리드 레이아웃을 사용하면 화면에 파트를 그리고, 화면을 구상하는 데 필요한 시간과 노력을 크게 줄이고, 화면 레이아웃의 자유도를 높일 수 있다. 이렇게 하면 화면 재사용을 많이 할 수록 전체 HMI 설계 시간이 단축된다.

화면 디자인의 현 시점

HMI 디자인 4.0세대는 화면을 처음부터 새로 디자인할 필요 없이 미리 설정된 기능과 모양을 가진 템플릿 개념을 도입했다. 테마별 템플릿을 사용하여 원하는 모양과 느낌(Look and feel)을 제공하고, 색상 설정 템플릿을 사용하여 화면 변경을 위한 색상 테마 및 내비게이션 템플릿을 정의함으로써 HMI 디자인의 시간과 노력을 크게 줄일 수 있다. 또한 HMI 디자인이 완료된 후에도 색상 테마와 템플릿을 변경할 수 있기 때문에 전체 디자인을 방해하지 않고 세부적으로 조정할 수 있다. <그림 9> 참조
 
테마 및 색상 설정 템플릿을 사용하면 화면을 더 빠르고 쉽게 디자인할 수 있을 뿐만 아니라 소프트웨어 패키지의 일부로 제공되는 사전에 디자인되고(Pre-designed), 사용자에게 친숙한 화면 옵션을 사용하여 즉시 통합 화면을 만들 수 있다. 예를 들어, 색상 세트와 테마를 사용하지 않으면, 모든 가동 중지 스위치가 빨간색으로 결정된 후에도 화면 하나하나의 파트들이 각각의 다른 빨간 색상을 갖게 될 수 있지만, 색상 세트를 사용하면 이런 일을 예방할 수 있다.

테마를 사용하면 파트 속성의 기본값을 변경한 다음 해당 파트를 등록하여 다른 파트에 사용할 수 있다. 예를 들어, 파트 제목의 글꼴 크기를 평소보다 큰 20 포인트로 설정하려면, 파트의 텍스트 글꼴 크기를 20으로 편집하여 제목 텍스트의 기본 글꼴 크기로 저장할 수 있다. 그 후에는 더 이상 파트의 글꼴 크기를 변경할 필요가 없다.
중소 규모 HMI의 경우 화면 수와 화면 탐색 작업이 단순해 보일 수 있지만, 화면 변경 작업 설정은 매우 복잡하다. 예를 들어, 화면 변경 스위치의 경우 대상 화면 번호를 지정해야 한다. 화면 구성이 변경되거나 대상 화면 번호가 변경될 때마다 모든 변경 화면 스위치의 설정을 검토하고 편집해야 한다. 이는 유지보수에 소요되는 시간을 증가시킨다. HMI 디자인 4.0세대는 내비게이션 템플릿에서 이 문제를 제거한다.

내비게이션 템플릿은 화면 변경을 자동으로 구성한다. 화면 변경 메뉴 디자인은 템플릿으로 설정되며, 화면 구조에 따라 화면 변경 화면 번호가 자동으로 구성된다. 탐색 템플릿을 새 템플릿으로 바꾸면 메뉴 모양을 변경할 수 있다. 그러나 화면 구조는 변경되지 않으므로 모든 화면 설정을 검토할 필요가 없다. <그림 10> 참조

HMI 디자인 4.0세대의 두 가지 핵심 요소는 템플릿을 사용하여 화면 데이터의 재사용율을 높이고, HMI 화면 디자인에 필요한 시간을 줄이는 것이다. 최초의 HMI가 출시된 지 40년이 지났으며, 오랫동안 스크린 디자인 방식에 있어 실질적인 혁신은 없었다. 오늘날 자동화 및 제어시스템의 사용자는 HMI를 통해 더 많은 것을 요구하고 있으며, 사용자 인터페이스는 그 어느 것보다도 생산 효율성과 직결되어 있다.

HMI 프로세스에서 사용되는 PLC 통신 설정 및 스크립트와 같은 HMI 화면 디자인의 일부 측면에는 여전히 많은 시간과 노력이 필요한 것은 사실이지만, HMI 디자인 4.0세대의 혁신적인 기능은 이전보다 운영 및 비용 측면에서의 효율성을 획기적으로 높였다.

슈나이더 일렉트릭 Pro-face는 작업 현장에서 시작되는 모든 단계별 혁신을 시도함으로써, GP Series HMI와 같은 동급 최고의 장치를 만들어왔다. 슈나이더 일렉트릭 프로페이스는 Pro-face Blue 스크린 디자인 소프트웨어로 만든 사용자 친화적인 디스플레이와 사용하기 쉬운 스마트 장치로 운영자에게 항상 최상의 고객 경험을 제공하고자 노력한다.

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