Авторизация
Забыли пароль?
Сброс пароля
Вернуться к авторизации

IIoT-экосистема для умной лаборатории

12 сентября ‘19

Заказчик: Американский медтех-стартап

Операционная система, веб-портал и мобильное приложение для управления микробиологической лабораторией

Агентство-исполнитель кейса

Digital-агентство Атвинта

- Создание и дизайн сайтов- Разработка сложных веб-сервисов- SEO, контекстная реклама, SMM- Поддержка и развитие Интернет-проектов

1. Вводная задача от заказчика, проблематика, цели

Заказчик

Американский стартап, который поставляет оборудование и программное обеспечение на предприятия здравоохранения и в биотехнологические лаборатории США. В основе стартапа идея умной лаборатории: единого ИТ-пространства для лабораторного оборудования с возможностью удаленного управления, дистанционного проведения исследований и обмена полученными данными. В перспективе — внедрение machine learning.

Проблема и задача

У компании были чертежи будущего инкубатора. По задумке это микробиологическая камера со встроенным модулем для регуляции температуры и подключаемыми модулями для управления составом атмосферы внутри нее.

Для производства продукта компании были нужны инвестиции и предпродажи. А для этого необходимо презентовать готовый продукт, продемонстрировать его инновационность и привлекательность для покупателей.

Стартап обратился в Атвинту, чтобы мы оживили эту систему при помощи IIoT-технологий* и сделать ее более удобной для пользователей, чем уже существующие аналоги.

Перед Атвинтой стояли задачи:

  • Разработать прошивку для модулей и утилиту для координации работы модулей.
  • Создать интерфейс промышленного оборудования, чтобы отслеживать ход эксперимента, фиксировать текущее состояние и тренд изменения показателей.
  • Разработать веб-сервис и мобильное приложение для удаленного управления и наблюдения за лабораторными исследованиями.
  • Спроектировать программное обеспечение для накопления и хранения результатов данных для внедрения машинного обучения в перспективе.

*IIoT — сокращение от Industrial Internet of Things, т.е. «Промышленный Интернет вещей». Эти технологии схожи с IoT на потребительском рынке. Отличие — в дополнительной безопасности и стабильность работы системы, разграничении по правам доступа, защите от случайного ввода и изменения данных.

Аналитика

Особенность проектирования софта для «умных вещей» — разобраться не только с пользовательским взаимодействием через интерфейс, но и понять принцип работы самого устройства. Если по-простому, нам предстояло сначала изучить, как будет работать электроника, и только потом браться за разработку интерфейса и программирование.

Устройство прибора: как работает электроника

В общем виде прибор должен работать так:

  • В металлическую камеру встроен модуль для управления температурой внутри него.
  • Дополнительно к камере подключают модули для управления концентрацией газов: кислорода, азота и углекислого газа.
  • Исследователь настраивает параметры для модулей и отслеживает, как изменение факторов среды влияет на поведение исследуемого образца.
  • Пользователи управляют оборудованием в самой лаборатории или дистанционно. В лаборатории параметры задают через дисплей микробиологического инкубатора, дистанционно — через веб-сервис или мобильное приложение.

Мы привлекли к работе специалиста по электронике и автоматизированным системам управления. По его консультациям заказчик в США собрал прототип будущего продукта, а мы параллельно создали эмулятор: к Raspberry Pi с экраном подключили микроконтроллер, имитирующий работу реального оборудования.

Горбаров Илья Анатольевич

Генеральный директор, Digital-агентство Атвинта

Во время переговоров мы обсуждали с заказчиком, что они консультируют нас по электронике со своей стороны, а мы в России собираем эмулятор для тестирования нашей разработки. После подписания контракта выяснили, что у них нет ничего, кроме чертежей оборудования и идеи. Пришлось всю электронику прикидывать самостоятельно.

2. Описание реализации кейса и творческого пути по поиску оптимального решения

Логика интерфейса: как управлять оборудованием

После того, как разобрались с технической стороной приступили к прототипированию взаимодействия пользователей с устройством.

Итак, прибор с помощью модулей температуры, влажности, O2, CO2 и N2 меняет микроклимат внутренней камеры и передает исследователю информацию о текущем состоянии эксперимента.

Эксперимент начинается с того, что пользователь задает сессию — параметры для модулей и время их работы.

Например, задана сессия, чтобы температура через 3 часа поднялась до значения Х. Датчик автоматически через 3 часа повысит температуру, а исследователь будет мониторить, как изменятся показания остальных датчиков после повышения температуры.

Нужно было понять, как пользователь будет взаимодействовать с устройством, какие шаги при настройке он должен совершить, к чему приведет то или иное взаимодействие, как оно отразится на работе электроники.

Потребности пользователей сводятся к четырем функциям:

  • Создавать сессии: задавать параметры среды и срок эксперимента;
  • Отслеживать текущее состояние эксперимента и прогноз по ближайшим изменениям параметров настройки;
  • Смотреть подробные данные по каждому отдельному параметру;
  • Авторизоваться разным пользователям.

На первый взгляд достаточно сделать в интерфейсе 4 экрана: экран смены авторизации, экран создания сессии, экран мониторинга, экран с подробными данными. В действительности, когда мы стали расспрашивать, какую информацию и в какой момент нужно выводить, оказалось, что навигация гораздо запутаннее.

Мы построили сценарии: через какие экраны пользователь проходит, чтобы попасть в нужный раздел. Получился сториборд со всеми экранами, которые понадобятся для управления оборудованием.

Потребности пользователей: какую информацию будут считывать

Заказчики опросили медиков и лаборантов и узнали, что для них важно при проведении исследований, какую информацию они хотят видеть в первую очередь и чего не хватает в существующих устройствах. Эта информация стала для нас опорной при разработке интерфейса.

Например, узнали, что исследователю важно с любого экрана видеть текущее состояние эксперимента: когда и во сколько началась сессия, когда она закончится и сколько уже длится.

Мы учли эту потребность и сделали визуальный прогресс-бар внизу каждого экрана.

Проектирование интерфейса

Итак, с помощью интерфейса исследователи управляют работой электронных модулей и получают информацию от датчиков. Управлять можно через интерфейс самого микробиологического инкубатора, десктопный веб-сервис или мобильное приложение.

В первую очередь спроектировали интерфейс для лабораторного оборудования, после чего адаптировали его к десктопу и мобайлу. Делать наоборот нельзя: интерфейс IIoT-девайса напрямую завязан со спецификой работы электронной части продукта, в то время как требования для веб-сервиса и мобильного приложения — гибче.

При проектировании нужно было решить две головоломки:

— как упростить запуск исследовательской сессии, если каждый из пяти модулей должен настраиваться отдельно;

— как уместить все информацию о ходе эксперимента на небольшом экране.

Конструктор для создания независимых сессий

Сессия — это промежуток времени между началом и окончанием эксперимента. Сессия задается параметрами температуры, влажности и газового состава внутри оборудования в разные периоды эксперимента. По этим параметрам модули управляют состоянием внутри камеры, опираясь на показания датчиков.

Например, для исследования нужно в течение часа поддерживать постоянную температуру 30°С. При этом первые полчаса эксперимента будем повышать концентрацию CO2 до заданного уровня, а вторые полчаса — снижать его содержание в камере.

В момент запуска сессии температурному модулю передается целевая температура, которую он будет поддерживать на протяжении эксперимента, параллельно модулю CO2 передается целевое содержание углекислого газа. Через полчаса модулю CO2 будет передано другое значение концентрации. Он запустит проветривание камеры и снизит содержания газа.

Отсюда вытекают особенности экрана сессии:

  • По каждому модулю нужна возможность настраивать параметры отдельно;
  • Для некоторых модулей параметр сессии может вообще не задаваться, а только отслеживаться;
  • Время длительности сессии и целевые значения по каждому параметру должны легко считываться независимо от остальных.
  • Сессию настраиваем через сенсорный экран, а значит пользователю должно быть удобно нажимать, не прицеливаясь.

Мы сделали обозначения сессии в виде кирпичиков-кнопок.

Длина кирпичика визуально показывает, сколько времени поддерживается целевое значение каждого показателя: температуры, влажности или концентрации газа.

Ширина блока спроектирована исходя из средней площади нажатия пальцем. При нажатии на кнопку-кирпичик открывается окно настройки.

Получился конструктор эксперимента, где параметры сессии складываются в диаграмму для удобного восприятия структуры и последовательности опыта.

Максимум данных на маленьком экране

Диагональ экрана микробиологического инкубатора — всего 7 дюймов, или 17,8 см. Для сравнения — это размер мобильного телефона. Например, у iPhone Xs Plus экран 6,5 дюймов. И на этом экране необходимо показать все данные по каждому модулю: как менялись за время эксперимента показатели температуры, содержания азота, кислорода, углекислого газа. А ведь эксперимент может длиться неделями! И на экране нужны отчеты с данными за все время. Кроме того, каждый показатель имеет свои единицы измерения: температура — в градусах Цельсия или Фаренгейта, содержание газов — в процентах.

На экране мониторинга мы свели графики по каждому параметру в одну систему координат. По горизонтальной оси показывается время длительности эксперимента, по вертикальной — значение параметра. При этом вертикальная ось для каждого параметра со своей шкалой.

Для большего упрощения восприятия сделали для каждого модуля свой цвет графика. На шкале флажком соответствующего цвета отмечено текущее значение параметра.

Еще один экран, где нужно скомпоновать данные — история сессий. На этом экране сделали еще большее упрощение графиков по каждому параметру. Здесь по каждому параметру пользователь видит общий тренд в виде графика и границы изменения показателей за время каждой сессии. Детальный отчет открывается при клике на плашку сессии.

Обратите внимание на упрощенные графики. Это не просто символические иконки, а миниатюра большого графика с экрана состояния.

Горбаров Илья Анатольевич

Генеральный директор, Digital-агентства «Атвинта»

Основатель стартапа — медик по образованию. Он знает потребности в лабораторном оборудовании для этой сферы, и насколько неудобно и непонятно то, что предлагают другие компании: интерфейс скорее запутывает, чем помогает запустить эксперимент, датчики дают погрешность, данные выводятся неточно.

3. Результаты сотрудничества

Наш заказчик еще в процессе разработки заключил предварительные контракты на поставку с несколькими исследовательскими институтами в США. После релиза они презентовали продукт инвесторам и привлекли 15 млн. долларов на производство и развитие продукта.

Микробиологический инкубатор выпущен на рынок, поставляется медицинские и научно-исследовательские предприятия. В будущем на базе разработанного программного обеспечения компания планирует реализовать концепцию «умной лаборатории», которая объединяет в себе различные устройства, анализирует данные с помощью искусственного интеллекта и помогает проводить сложные исследования благодаря технологиям машинного обучения.

На Tagline Awards 2018 проект получил серебро в номинации «Mobile, AR, VR, IoT». В феврале 2019 разработка принесла нашему агентству 2 место на всероссийском конкурсе «Золотое приложение».

4. Заключение

Подробное описание о разработке дизайна, о технологиях, про адаптацию под устройства читайте на сайте: https://clck.ru/J4qzx

Агентство-исполнитель кейса

Digital-агентство Атвинта

- Создание и дизайн сайтов- Разработка сложных веб-сервисов- SEO, контекстная реклама, SMM- Поддержка и развитие Интернет-проектов