رابط انسان و ماشین یا HMI یا نمایشگر به عنوان ویژگی یا مولفه یک دستگاه خاص یا برنامه نرم افزاری تعریف می‌شود که انسان را قادر می‌سازد با ماشین‌ها درگیر و تعامل کند. برخی از نمونه دستگاه‌های مشترک رابط ماشین انسان که در زندگی روزمره با آن‌ها روبرو هستیم شامل صفحه‌های لمسی و صفحه کلید است.
HMI مورد استفاده در زمینه صنعتی بیشتر صفحه نمایش یا صفحه لمسی هستند که کاربران را به ماشین‌ها، سیستم‌ها یا دستگاه‌ها متصل می‌کنند. اپراتورهای کارخانه برای کنترل و اتوماسیون ماشین آلات و همچنین خطوط تولید آن‌ها از HMI استفاده می‌کنند. HMI ها می‌توانند نمایشگرهای ساده نصب شده بر روی ماشین‌های کارخانه، صفحه نمایش لمسی پیشرفته، صفحه کنترل چند لمسی، دکمه‌های فشاری، رایانه‌های دارای صفحه کلید، دستگاه‌های تلفن همراه یا رایانه لوحی باشند نمونه ای از کاربرد این رابط‌ها می‌باشد.
روند تکاملی رابط‌های انسان و ماشین یا HMI
HMI نیز مانند هر وسیله دیگری در طول تاریخ یک روند تکاملی را طی کرده و با انجام اصلاحات مختلف به دستگاه‌های امروزی تبدیل شده اند. در ادامه به برخی از این اصلاحات اشاره می‌شود:
تعامل با ماشین آلات با استفاده از پردازش دسته ای
در طول دهه 1950 ، پردازش دسته ای از نظر وارد کردن ورودی، حالت غالب کنترل کردن ماشین آلات بود. پردازش دسته ای به کاربر نیاز داشت تا تمام جزئیات و توالی کار را مشخص کند و معمولاً از کارت پانچ استفاده می‌کرد. این کارت پانچ درون دستگاه قرار می‌گرفت. دستگاه کارت پانچ را ارزیابی کرده و نتایج را ارائه می‌داد. پردازش دسته ای یک حالت کارآمد از تعامل انسان و ماشین نبود زیرا این روش به احتمال زیاد به ایجاد خطا منجر می‌شد.
تعامل با ماشین آلات با استفاده از رابط‌های خط فرمان
توسعه رابط‌های خط فرمان به دنبال پردازش دسته ای انجام شد. پردازش خط فرمان روشی تعاملی بیشتر برای تعامل کاربران با ماشین‌ها است و به کاربر اجازه می‌دهد دستورات مستقیم را به دستگاه صادر کند. این کار از طریق وارد کردن سطرهای متوالی متن، با استفاده از برنامه ای که متن را می‌پذیرد، انجام می‌شود. این حالت غالب تعامل با ماشین آلات در طول دهه 1960 بود.
تعامل با ماشین آلات با استفاده از رابط‌های کاربر گرافیکی
رابط کاربر گرافیکی (GUI) مرحله بعدی تعامل انسان و ماشین را تشکیل داده است. این رابط‌ها به کاربران نهایی امکان می‌دهد تا با استفاده از عناصر گرافیکی مانند پنجره‌ها ، دکمه‌ها و آیکون‌ها با ماشین‌ها تعامل برقرار کنند. این حالت به عنوان مدل WIMP (پنجره ، نماد ، منوها و اشاره گر) نامیده می‌شود. دستگاه‌های واقعی مورد استفاده برای تعامل شامل صفحه کلیدها و دستگاه‌هایی مانند ماوس بودند.
مرحله پس از WIMP
با افزایش استفاده از رایانه و فناوری در جامعه مدرن، نیاز به سطوح پیچیده تری از تعامل انسان و ماشین وجود داشت. این امر منجر به ایجاد صفحه‌های لمسی و رابط‌های کاربری قابل فهم می‌شود که به کاربران امکان می‌دهد با استفاده از دسته فیزیکی با اشیا مجازی تعامل برقرار کنند.
HMI ها و صنعت تولید
نقش رابط‌های انسان و ماشین در سیستم‌های SCADA
بیشتر سیستم‌های SCADA (کنترل نظارتی و اکتساب داده‌ها) برای کارایی مؤثر به اجزای HMI جاسازی شده متکی هستند. سیستم SCADA اصلی ترین سیستم کنترل اصلی در یک کارخانه یا واحد تولیدی است که وظیفه تنظیم کلیه عملیات پیچیده در حال انجام را بر عهده دارد.
به طور سنتی، برای ادغام خط تولید با HMI ، باید به یک کنترل کننده لجیک برنامه نویسی (PLC) متصل می‌شد و HMI داده‌های دریافت شده از PLC را نمایش می‌داد و ورودی PLC را از کاربران می‌گرفت. این نمایشگرهای گرافیکی بسیار ساده هستند.
HMI پایه به اپراتور یا مدیر کارخانه اجازه می‌دهد تا پارامترهای معمولی مانند درجه حرارت دستگاه (های) ، تعداد پردازش ، وضعیت ماشین (های) و تعداد مواد را بررسی کند.
یک نمونه عملی از HMI و SCADA
در حال حاضر تعداد زیادی HMI در سطح پیشرفته در بازار وجود دارد که امکان نظارت و کنترل ماشین آلات کارخانه را فراهم می‌کند. سود اصلی، از نظر سرمایه گذاری در یک سطح پیشرفته Human Machine Interface با قابلیت‌های متعدد از جمله توانایی نظارت از راه دور ماشین‌ها و خروجی داشبورد با KPI، ساده سازی فرایندها و عملیات کارخانه است.
مزیت اصلی دیگر توانایی دیدن داده‌های کلیدی و در زمان واقعی به راحت ترین شکل ممکن است. این ویژگی‌های HMI سطح پیشرفته امروزی، به میزان زیادی در کاهش پیچیدگی محیط کارخانه کمک می‌کنند. علاوه بر این ، صاحبان کارخانه می‌توانند با استفاده از رابط انسان و ماشین به سرعت به شرایط تغییر پذیر یا چالش برانگیز پاسخ دهند. در نتیجه، با کاهش زمان خرابی، کارایی بهبود می‌یابد. این امر به صاحب کارخانه اجازه می‌دهد تا دارای سیستم‌های هوشمندی باشد که هزینه و اتلاف را کاهش می‌دهد و در نهایت فرایندها و سودآوری را بهبود می‌بخشد.
آیا باید HMI را بسازم یا بخرم؟
معمولاً سوالی که صاحبان کارخانه با آن روبرو هستند این است که “آیا باید HMI را بسازم یا بخرم؟” این سوال بسیار گسترده ای است و هیچ پاسخ ساده ای وجود ندارد زیرا متغیرهای زیادی برای بررسی وجود دارد. برخی از سوالات برای پرسیدن عبارتند از:
- HMI را برای کنترل کدام فرآیندها و عملیات در کارخانه نیاز دارید؟
- کدام دستگاه‌ها و پارامترها باید در کارخانه کنترل شوند؟
- HMI تا چه حد باید پیچیده باشد؟
- آیا این تجارت تخصص و دانش داخلی دارد؟
- آیا صاحب کارخانه وقت طراحی ، توسعه و آزمایش HMI را دارد؟
- بازار نوسازی سریع محصول را مورد توجه قرار می‌دهد و بررسی می‌کند که آیا این کار در داخل در شرکت امکان پذیر است
- بازار همچنین باعث بهبود سریع فن آوری نیز می‌شود
- آیا می‌توان از فناوری خارجی در تیم‌های توسعه داخلی موجود استفاده کرد
- بودجه موجود چقدر است؟
- اهداف نهایی چیست؟ یک نمونه اولیه ساده برای یک پروژه تحقیقاتی، یا یک نسخه کنترل شده کاملاً بارگیری شده از HMI؟
در نهایت ، مگر اینکه صاحب کارخانه یا تولید کننده تجربه ای در طراحی، توسعه و ساخت HMI ها داشته باشد، معمولاً خرید منطقی تر است. این کار باعث صرفه جویی در وقت و ارائه راه حلی می‌شود که قبلاً آزمایش شده است. حداقل باید تحقیقات انجام شود و تولید کننده یا صاحب کارخانه قبل از شروع طراحی HMI خود با یک مشاور یا متخصص صحبت کنند.
آینده تعامل انسان و ماشین
در حال حاضر پیش بینی های مختلفی در مورد آینده ای که برای سطح بعدی تعامل انسان و ماشین وجود دارد. انتظار می‌رود فناوری هایی مانند رایانش ابری، محاسبات شناختی و اینترنت اشیا ((IoT) در پیشرفت سطح بعدی تعامل انسان و ماشین نقش داشته باشند.
پیش بینی آنچه به عنوان سطح بعدی تعامل ظاهر می‌شود، یک چالش بزرگ است. با این حال، شکی نیست که در سطح بعدی مشارکت انسان و ماشین وجود خواهد داشت که بهره وری را در صنایع مختلف هدایت می‌کند. از نظر تقاضای صنعتی 4.0 ، HMI های صنعتی همچنین شاهد تلفیق بیشتر فن آوری های جدید و نوظهور هستند که به طور کلی HMI ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
