Creazione di HMI robuste per applicazioni robuste e difficili
Le industrie e le attrezzature per impieghi gravosi si rivolgono sempre più a tecnologie intelligenti e in rete per sfruttare appieno l'Internet of Things (IoT) e l'Intelligenza Artificiale (AI). Grazie all'incorporazione di tecnologie intelligenti, le interfacce uomo-macchina (HMI) sono diventate componenti essenziali in innumerevoli prodotti e applicazioni, grazie alla loro capacità di offrire controllo e unire dati fisici e digitali in un display user-friendly.
Gli ingegneri affrontano varie sfide materiali nella progettazione e produzione di HMI destinate a luoghi difficili. Ciò è particolarmente notevole per film, schiume, nastri e adesivi che sono importanti quanto i processori e il software alla base di ciascun HMI. Boyd è all'avanguardia nelle soluzioni che hanno rinforzato le HMI, grazie alla sua esperienza e capacità di convertire materiali resilienti in forme, dimensioni e fattori di forma quasi infiniti.
Uno sguardo alle HMI in ambienti difficili
Le HMI possono variare leggermente tra produttori, applicazioni e mercati degli utenti. Gli ingressi vanno dai pulsanti digitali capacitivi o resistivi ai pulsanti fisici e al controllo vocale. I display potrebbero essere LCD TFT ad alta definizione e ad alta risoluzione o OLED ad alte prestazioni. Le applicazioni differiscono dalle automobili di nuova generazione per l'infotainment, in un trattore high-tech per monitorare la posizione GPS o in un veicolo da costruzione per monitorare gli strumenti.
Che si tratti di una mietitrebbia da campo, di una gru, di uno skid steer, di un escavatore o di qualsiasi tipo di attrezzatura agricola o forestale, le HMI in queste applicazioni presentano sfide di progettazione ricorrenti e specifiche per l'applicazione.
Le HMI devono avere un elevato controllo della luminosità, del contrasto e dell'abbagliamento o della riflessione per la leggibilità in qualsiasi ambiente o ora del giorno. Le temperature estreme fanno sì che i materiali si espandano, si contraggano, si secchino, si gonfino o eseggano nel tempo; tutto ciò influisce sulla longevità hmI. Aggiungete alla miscela contaminanti in ingresso, come sporco, polvere e acqua, ed è chiaro che ci sono numerose sfide di resistenza agli agenti atmosferici per adesivi HMI e materiali di tenuta.
I vari componenti elettronici ed elettrici all'interno dell'HMI hanno due sfide operative uniche. In primo luogo, devono resistere alle condizioni stradali e alle vibrazioni durante le operazioni quotidiane. Questi fattori ambientali sono considerevoli per i macchinari pesanti. Devono anche scaricare il calore dell'elettronica interna e del modulo di visualizzazione, il che può compromettere le prestazioni. Per offrire l'estetica e l'esperienza utente che i consumatori si aspettano dai display di telefoni e tablet, l'HMI deve anche essere sottile, leggero e coinvolgente, il che significa dimensioni insolite e schermi sagomati per adattarsi a dashboard, specchi o pannelli di controllo.
C'è anche la questione delle interferenze elettromagnetiche (EMI), delle interferenze a radiofrequenza (RFI) e della compatibilità elettromagnetica (EMC). La nuova e più elettronica collegata in rete nelle industrie pesanti aumenta le possibilità di interferenze del segnale o di diafonia elettronica. Garantire che i dati giusti vengano ricevuti ed elaborati è la chiave per l'attività da svolgere.
È qui che schiume, nastri e altri materiali con compressione ad alte prestazioni e caratteristiche elettriche svolgono un ruolo importante. Questi materiali possono garantire che i contatti termici ed elettrici rimangano costantemente collegati, che i potenziali danni dovuti al surriscaldamento siano evitati e che le HMI siano protette da cortocircuiti, ingresso di contaminanti o guasti meccanici da vibrazioni.
Soluzioni di materiali per la robustezza
L'incollaggio è sempre più complesso per le moderne HMI. Gli assiemi HMI presentano una varietà di livelli legati insieme. Questi legami sono fondamentali per visualizzare utilità e funzionalità. Diverse superfici interagiscono con gli adesivi adesivi in base alle loro proprietà e all'energia superficiale.
I legami dello strato di visualizzazione devono avere un'adesione alla buccia appropriata, resistenza al taglio e resistenza agli urti. La resistenza agli urti impedisce al legame di fallire a causa di vibrazioni o urti. Garantire che i legami di visualizzazione forniscano prestazioni a lungo termine con guasti minimi richiede una comprensione della compatibilità energetica della superficie, dell'intervallo di temperatura, della conformabilità, della forza adesiva e altro ancora.
Sebbene le principali sfide ingegneristiche includano il ciclo di temperature estreme e vibrazioni elevate, la qualità del legame è importante. Per creare un'estetica attraente "frameless", le linee di legame devono essere precise e strette.
I modelli più vecchi con pannelli di visualizzazione standard seguivano linee di design rette che erano relativamente facili da incollare. Le HMI di nuova generazione in applicazioni in ambienti difficili presentano display multipli, forme insolite o un ampio display curvo.
Smorzatori di vibrazioni e urti, guarnizioni e guarnizioni sono componenti intrinseci del design dell'involucro HMI. Le schiume sottili e leggere sono altamente efficaci nell'assorbire vibrazioni e urti, pur essendo abbastanza flessibili da adattarsi a dimensioni predefinite dell'involucro e adattarsi al gonfiore e alla contrazione del ciclo di temperatura. Una varietà di schiume a celle aperte o chiuse può presentare un set di compressione basso, elevata durata, impermeabilità, resistenza all'olio, resistenza alla polvere e resilienza meccanica, tra le altre caratteristiche, a temperature operative ampie. I rivestimenti protettivi aggiungono una protezione aggiuntiva per le superfici ad alto contatto con resistenza integrata a graffi, abrasioni e sostanze chimiche. I nastri VHB™ 3M™ consentono un legame resistente agli urti attraverso un nucleo in schiuma viscoelastica e una pelle adesiva con buone capacità di assorbimento dell'energia per una forte potenza di tenuta e prestazioni di shock da caduta in una guarnizione classificata IPx8 per prevenire l'intrusione di acqua.
Gestione termica nelle HMI
La gestione termica è un aspetto critico per migliorare la durata dell'HMI. I display moderni presentano densità di potenza crescenti in custodie più sottili, che aumentano la densità termica. Le tradizionali tecnologie di dissipatori di calore raffreddati ad aria non sono più fattibili a causa delle configurazioni di progettazione a basso profilo e del carico termico.
La capacità di condurre e diffondere energia termica su una superficie più ampia per dissipare il calore è particolarmente critica nelle applicazioni robuste per impieghi gravosi, che spesso si trovano già in climi caldi. Un eccessivo accumulo di calore causerà il surriscaldamento di un display, con conseguente potenziale rallentamento dei tempi di risposta, malfunzionamento o arresto completo. L'esposizione continua al calore aumenta anche l'usura e riduce la durata del display.
L'implementazione di speciali diffusori di calore e materiali di interfaccia termica (TIM) è un modo affidabile per trasferire calore da un HMI. Più comunemente, il calore viene dissipato lontano dai componenti critici all'involucro del display dove il calore viene trasferito all'ambiente ambiente. Ad esempio, per dissipare il calore da sensori o processori embedded, alcuni adesivi termicamente conduttivi, film di grafite, camere di vapore o TIM possono essere soluzioni altamente efficaci. I cuscinetti e i nastri termici in silicone e acrilico sono carichi di materiali di riempimento termicamente conduttivi, rendendoli soluzioni utili per la gestione del calore. La fornitura di questi agli integratori HMI in forme pretagliate consente di risparmiare tempo e problemi di produzione critici.
Indirizzamento EMI per HMI
I moduli di calcolo integrati, i sensori e l'ampia varietà di controlli elettronici all'interno di tecnologie intelligenti e autonome causano rumore elettrico e di segnale che può interferire con l'elettronica sensibile se non gestito correttamente. La diafonia del segnale può portare a prestazioni di visualizzazione difettose, tempi di risposta più lenti, istruzioni remote non ricevute e trasferimenti di dati più lenti. L'EMI non gestita può impedire agli operatori di ricevere informazioni accurate o portare a prestazioni insufficienti o tempi di inattività delle apparecchiature, tutti gravi rischi per le grandi imprese edili, minerarie, industriali e agricole. EMI è una seria sfida di progettazione HMI ogni volta che la connettività wireless e le interfacce digitali ad alta velocità vengono sfruttate per comunicare tra i sottosistemi all'interno del veicolo.
Soddisfare gli standard EMC e garantire che il display abbia un elevato grado di integrità del segnale richiede non solo un design accurato, ma anche materiali che schermano i componenti sensibili e proteggono l'integrità del segnale. Bloccare e assorbire l'EMI con nastri di messa a terra e schermatura, schiume, polimeri e tessuti sono soluzioni comuni. I nastri conduttivi sono composti da un supporto a matrice conduttiva, come tessuti conduttivi rivestiti di nichel / rame, e supportati da un adesivo sensibile alla pressione conduttiva. Questi nastri creano una connessione elettrica tra i segnali di terra sul PCB e il pannello di visualizzazione per generare un'area di messa a terra che scherma e protegge i componenti interni dall'EMI. I nastri di trasferimento adesivo elettricamente conduttivi (ECATT) sono riempiti con particelle conduttive per aiutare a massimizzare le prestazioni EMI.
Gli assorbitori EMI come AB5000HF, AB6000HF e AB7000HF, d'altra parte, utilizzano un foglio magnetico ad alta permeabilità per assorbire segnali ad alta frequenza. Questi funzionano come nuclei in ferrite, ma invece di essere posizionati in serie / parallelo al circuito, gli assorbitori EMI possono essere tagliati in forme specifiche e assemblati con soluzioni di schermatura riflettente EMI come nastri conduttivi per ridurre al minimo la perdita di rumore EMI mentre si adattano a progetti HMI a basso profilo. La combinazione di materiali EMI schermanti e assorbenti dirige il rumore elettrico lontano dai componenti critici e assorbe anche l'EMI a campo vicino all'interno dello spazio schermato chiuso.
Per i nastri EMI, gli installatori devono applicare una pressione appropriata alla linea di legame dopo l'assemblaggio per garantire un'adesione ottimale che impegna le particelle conduttive tra i substrati per effettuare il collegamento elettrico. Senza un adeguato contatto superficiale e conducibilità, l'adesione, la resistenza alla messa a terra e le prestazioni di schermatura possono degradarsi rapidamente. Le soluzioni complete di schermatura EMI e RFI di Boyd assicurano ai progettisti di risolvere le sfide EMI in modo economico ed efficiente. Ad esempio, Boyd può combinare nastri EMI con altri materiali come guarnizioni o guarnizioni per creare una soluzione due per uno di rumore, vibrazioni e durezza con prestazioni EMI, risparmiando sui tempi e sui costi di assemblaggio.
Progettazione per l'esperienza utente
Se l'HMI non può essere facilmente visto e letto in una varietà di scenari di illuminazione, non servirà all'utente. Per migliorare la luminosità, la chiarezza e la visibilità del display HMI, vengono utilizzate pellicole e adesivi specializzati per ridurre al minimo l'abbagliamento e la riflessione, creare uno schermo vivido e ad alto contrasto e migliorare la leggibilità generale. Anche gli interruttori retroilluminati, il marchio e le targhette sono fondamentali per fornire un ambiente utente ricco e sicuro. Gli interruttori capacitivi stampati possono anche integrarsi con tecnologie retroilluminate per fornire il rilevamento tattile retroilluminato a un HMI.
Gli adesivi otticamente trasparenti (OCA) massimizzano la trasmissione della luce riempiendo gli spazi tra le intercapedini d'aria e ottimizzando l'indice di rifrazione tra l'obiettivo di copertura e il pannello del display per migliorare la leggibilità e il contrasto. Le pellicole avanzate per il controllo della luce limitano la luce in uscita dall'HMI e da altre potenziali sorgenti luminose per ridurre al minimo i riflessi sulle superfici intorno al display, come il parabrezza o i finestrini laterali. Le pellicole BEF e DBEF possono aiutare ad aumentare la quantità di luce visualizzata in un dispositivo, portando a una migliore leggibilità del dispositivo.
Boyd sfrutta le pellicole di miglioramento del display, i materiali anti-frantumazione e di rinforzo, le guide di controllo della luce, gli OCA e le pellicole di protezione del display per aiutare i produttori di HMI a costruire le HMI migliori, più luminose e più robuste possibili per applicazioni agricole e di costruzione difficili.
Badging e branding
I materiali personalizzati e specifici per l'applicazione per le HMI sono un fattore abilitante vitale per un altro aspetto: badging e branding. I produttori spesso cercano di emulare un certo aspetto e sensazione tattile per le tecnologie progressive di oggi. Inoltre, targhette interne ed esterne, loghi, finiture metalliche e accenti fanno molto per creare un'identità di marca duratura e, insieme, creano uno stile distintivo del marchio. Boyd offre una vasta gamma di materiali, tecniche di stampa e finiture decorative personalizzate che aiutano i marchi a integrare pienamente un'esperienza di marchio HMI immersiva per differenziare un aspetto più personalizzato.
Perché Boyd?
Boyd ha più di due decenni di esperienza nella conversione di precisione e ha aiutato i progettisti HMI a risolvere sfide ingegneristiche critiche con materiali avanzati. Hanno spedito più di un miliardo di componenti per display in tutto il mondo. Gli esperti e le operazioni interne possono progettare e fabbricare soluzioni di materiali avanzati in camere bianche di classe 100 per display e componenti HMI privi di contaminanti, otticamente puri che aiutano i progettisti di apparecchiature a differenziare il loro marchio e l'esperienza utente.
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