رابط ماشین انسانی یا HMI به عنوان ویژگی یا جزء یک دستگاه یا نرم افزار خاص تعریف می شود که انسان را قادر می سازد با ماشین ها تعامل داشته باشد. برخی از نمونههای رایج دستگاههای HMI که در زندگی روزمره با آنها مواجه میشویم شامل صفحهکلیدها و صفحهکلیدهای لمسی است.
HMI های مورد استفاده در محیط های صنعتی در درجه اول صفحه نمایش یا صفحه نمایش لمسی هستند که کاربران را به ماشین ها، سیستم ها یا تجهیزات متصل می کنند. اپراتورهای کارخانه از HMI برای کنترل و اتوماسیون ماشینها و خطوط تولید آنها استفاده میکنند. HMIها میتوانند نمایشگرهای صفحهنمایش ساده نصبشده بر روی ماشینهای کارخانه، صفحههای لمسی پیشرفته، پانلهای کنترل با قابلیت چندلمسی، دکمههای فشاری، رایانههای دارای صفحهکلید، دستگاههای تلفن همراه یا تبلتها باشند.
ترجمه شده با DeepL.com (نسخه رایگان)
تکامل رابط انسان و ماشین
تعامل با ماشین ها با استفاده از پردازش دسته ای
در دهه 1950، پردازش دستهای روش غالب برخورد با ماشینها تا آنجا که به ورودی مربوط میشد، بود.
پردازش دسته ای نیاز داشت که کاربر تمام جزئیات و ترتیب کارها را مشخص کند، معمولاً از کارت پانچ استفاده می کرد. این کارت پانچ شده به دستگاه وارد شد. دستگاه کارت پانچ را ارزیابی می کند و نتایج را ارائه می دهد. پردازش دسته ای یک روش موثر برای تعامل انسان و ماشین نیست زیرا این تکنیک مستعد خطا است.
تعامل با ماشین ها با استفاده از رابط خط فرمان
توسعه رابط خط فرمان به دنبال پردازش دسته ای است. پردازش خط فرمان یک روش تعاملی تر برای کاربر برای تعامل با ماشین است و به کاربر اجازه می دهد تا دستورات مستقیم به ماشین صادر کند. این کار با وارد کردن خطوط متوالی متن با استفاده از برنامه ای انجام می شود که متن را می پذیرد. این روش اصلی برخورد با ماشینها در دهه 1960 بود.
تعامل با ماشین ها با استفاده از رابط های گرافیکی کاربر
رابط های گرافیکی کاربر (GUI) مرحله بعدی تعامل انسان و رایانه را تشکیل می دهند. این رابطها به کاربران نهایی اجازه میدهند تا با استفاده از عناصر گرافیکی غنی مانند پنجرهها، دکمهها و آیکونها با ماشینها تعامل داشته باشند. این مدل WIMP (پنجره ها، نمادها، منوها و اشاره گرها) نامیده می شود. دستگاه های واقعی مورد استفاده برای تعامل شامل دستگاه هایی مانند صفحه کلید و ماوس هستند.
فاز پس از WIMP
با افزایش استفاده از رایانه و فناوری در جامعه مدرن، سطح پیچیده تری از تعامل انسان و رایانه مورد نیاز است. این امر منجر به توسعه صفحه نمایش های لمسی و رابط های کاربری قابل گرفتن شده است که به کاربران اجازه می دهد با استفاده از دسته های فیزیکی با اشیاء مجازی تعامل داشته باشند.
HMI و ساخت
نقش HMI در سیستم های اسکادا
اکثر سیستمهای SCADA (کنترل نظارتی و جمعآوری دادهها) به منظور عملکرد مؤثر به اجزای HMI تعبیهشده متکی هستند. سیستم SCADA سیستم کنترل کلی اصلی در یک کارخانه یا تأسیسات است و مسئول تنظیم کلیه عملیات پیچیده ای است که رخ می دهد.
به طور سنتی، برای ادغام یک خط تولید با یک HMI، HMI باید به یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) متصل شود و HMI داده های دریافتی از PLC را نمایش می دهد و ورودی را از کاربر به PLC ارائه می دهد. این نمایشگرهای گرافیکی اغلب بسیار ساده هستند.
یک HMI اولیه به اپراتور یا مدیر کارخانه اجازه می دهد تا پارامترهای معمولی مانند دمای ماشین، تعداد فرآیند، وضعیت ماشین و تعداد مواد را بررسی کند.
نمونه هایی از HMI و SCADA
سناریوهای استاندارد مربوط به HMI در بسیاری از تصفیه خانه های آب و فاضلاب یافت می شود. این تاسیسات اغلب با چالش هایی روبرو هستند زیرا تصفیه آب شامل مراحل بسیاری مانند غربالگری، پمپاژ و حذف میکروارگانیسم ها و بقایای مضر مختلف است. علاوه بر این، هر مرحله از درمان می تواند در مناطقی رخ دهد که کیلومترها از هم فاصله دارند، به این معنی که نظارت و کنترل تجهیزات و فرآیندها می تواند یک چالش باشد.
یک صفحه نمایش HMI که در یک سیستم SCADA ادغام شده است، معمولاً به یک PLC متصل میشود، که سپس به اپراتور اجازه میدهد تا سطح آب، pH، پمپها، مواد جامد محلول یا سطوح برخی از مواد شیمیایی سمی را از راه دور کنترل کند.
از HMI می توان برای روشن و خاموش کردن پمپ ها بر اساس سطح مخزن استفاده کرد. علاوه بر این، اگر PH کمتر از حد معینی باشد، HMI معمولاً زنگ هشداری را نشان میدهد که با استفاده از صفحه نمایش لمسی قابل تنظیم است. به این ترتیب HMI اپراتور را قادر می سازد تا فرآیندها و مراحل تصفیه آب را نظارت و کنترل کند.
بسیاری از HMI های صنعتی مدرن که برای محیط کارخانه هوشمند ساخته شده اند، دارای قابلیت های چند رسانه ای هستند. آنها به کاربران اجازه می دهند تا هشدارهای پیامکی یکپارچه در مورد وضعیت دستگاه، هشدارهای ایمیل، و همچنین تماشای ویدیوهای یکپارچه از فرآیندهای کف کارخانه را دریافت کنند. HMI های پیچیده تر امکان کنترل از راه دور چندین ماشین و عملیات در چندین سایت و همچنین تجزیه و تحلیل عملیات کارخانه را فراهم می کنند.
در نتیجه، نقش HMI به سرعت در حال تکامل است، زیرا فناوریهای جدید به ادغام ادامه میدهند.
مزایای کلیدی سرمایه گذاری در HMI پیشرفته برای کارخانه شما
امروزه تعدادی HMI پیشرفته در بازار وجود دارد که می توانند ماشین آلات کارخانه را نظارت و کنترل کنند. از نظر سرمایهگذاری در یک HMI پیشرفته با ویژگیهای متعدد، مانند توانایی نظارت از راه دور ماشینها و استفاده از داشبوردهای خروجی KPI، مزیت اصلی سادهسازی فرآیندها و عملیات کارخانه است.
یکی دیگر از مزایای مهم این است که به راحتی می توانید داده های حیاتی را مشاهده کنید. این ویژگی های HMI های پیشرفته مدرن تا حد زیادی به کاهش پیچیدگی محیط کارخانه کمک می کند.
علاوه بر این، صاحبان کارخانه می توانند از HMI ها برای واکنش سریع به شرایط متغیر یا چالش برانگیز استفاده کنند. در نتیجه به دلیل کاهش زمان توقف کارایی افزایش می یابد. این به صاحبان کارخانه سیستم های هوشمندی می دهد که می توانند هزینه ها و ضایعات را کاهش دهند و در نهایت فرآیندها و سودآوری را بهبود بخشند.
در آینده، HMI های لبه یا سطح ماشین حتی قدرتمندتر خواهند شد و فرصت رقابت در زمان واقعی را خواهند داشت.
آیا باید HMI بسازم یا بخرم؟
سوالی که اغلب صاحبان کارخانه با آن مواجه هستند این است که "آیا باید یک HMI بسازم یا بخرم؟". این یک سوال بسیار گسترده و بدون پاسخ آسان است زیرا متغیرهای زیادی برای در نظر گرفتن وجود دارد. برخی از سوالات مطرح شده عبارتند از:
- HMI ها برای کنترل در یک کارخانه به چه فرآیندها و عملیاتی نیاز دارند؟
- کارخانه به چه ماشین آلات و پارامترهایی نیاز دارد؟
- HMI چقدر باید پیچیده باشد؟
- آیا سازمان دارای تخصص و دانش داخلی است؟
- آیا صاحب کارخانه زمان طراحی، توسعه و آزمایش HMI را دارد؟
- نیاز بازار به نوسازی سریع محصولات و اینکه آیا انجام آن در داخل شرکت امکان پذیر است یا خیر
- بازار همچنین باعث پیشرفت سریع فناوری می شود، بنابراین همان ملاحظات اعمال می شود
- آیا می توان فناوری خارجی را در تیم توسعه داخلی موجود گنجاند؟
- بودجه موجود چقدر است؟
- هدف نهایی چیست؛ یک نمونه اولیه ساده برای یک پروژه تحقیقاتی یا یک نسخه کنترل شده با کار کامل از HMI؟
در نهایت، مگر اینکه مالک یا سازنده کارخانه تجربه طراحی، توسعه و ساخت HMI ها را داشته باشد، اغلب خرید منطقی تر است. این باعث صرفه جویی در زمان و ارائه راه حلی می شود که آزمایش شده است. حداقل باید تحقیقات انجام شود و سازنده یا صاحب کارخانه باید قبل از شروع به طراحی HMI خود با یک مشاور یا متخصص مشورت کند.
آینده تعامل انسان و کامپیوتر
در حال حاضر، پیشبینیهای مختلفی درباره آینده سطح بعدی HCI وجود دارد. انتظار می رود فناوری هایی مانند محاسبات ابری، محاسبات شناختی و اینترنت اشیا (IoT) در توسعه سطح بعدی HCI نقش داشته باشند.
پیش بینی آنچه در سطح بعدی تعامل ظاهر می شود یک چالش است. با این حال، شکی وجود ندارد که سطح بالاتری از مشارکت انسان و رایانه وجود خواهد داشت که بهرهوری را در سراسر صنایع افزایش میدهد.
از نظر تقاضاهای صنعت 4.0، HMI صنعتی همچنین شاهد ادغام بیشتر فناوریهای جدید و نوظهور خواهد بود که بر کل HMI تأثیر خواهد گذاشت.