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 تا با ماشین ها درگیر شود و با آنها تعامل داشته باشد. برخی از نمونه‌های معمولی دستگاه‌های رابط ماشین انسانی که در زندگی روزمره با آنها مواجه می‌شویم، شامل صفحه‌کلیدها و صفحه‌کلیدهای لمسی است. HMI های مورد استفاده در زمینه صنعتی بیشتر صفحه نمایش یا صفحه لمسی هستند که کاربران را به ماشین ها، سیستم ها یا دستگاه ها متصل می کنند.
اپراتورهای کارخانه از HMI برای کنترل و اتوماسیون ماشین آلات و همچنین خطوط تولید خود استفاده می کنند. HMI ها می توانند نمایشگرهای صفحه نمایش ساده ای باشند که روی ماشین های کارخانه نصب شده اند، صفحه نمایش های لمسی پیشرفته، پانل های کنترلی با قابلیت چندلمسی، دکمه های فشاری، رایانه های دارای صفحه کلید، دستگاه های تلفن همراه یا تبلت.
روند تکامل HMI در تجهیزات صنعتی
در طول دهه 1950، پردازش دسته‌ای روش غالب درگیر شدن با ماشین‌ها از نظر ورود ورودی بود. پردازش دسته ای به کاربر نیاز داشت تا تمام جزئیات و توالی یک کار را مشخص کند، معمولاً از کارت پانچ استفاده می کرد. این کارت پانچ به دستگاه وارد شد. دستگاه کارت پانچ را ارزیابی کرد و نتایج را ارائه کرد. پردازش دسته‌ای روش کارآمدی برای درگیری انسان و ماشین نبود، زیرا این تکنیک احتمال خطا را بالا می‌برد.
توسعه واسط های خط فرمان به دنبال پردازش دسته ای انجام شد. پردازش خط فرمان یک روش تعاملی تر برای کاربران برای درگیر شدن با ماشین ها است و به کاربر اجازه می دهد تا دستورات مستقیم به ماشین صادر کند. این کار از طریق وارد کردن خطوط متوالی متن، با استفاده از برنامه ای که متن را می پذیرد، انجام می شود. این شیوه غالب درگیر شدن با ماشین ها در دهه 1960 بود.
رابط های گرافیکی کاربر (GUI) مرحله بعدی تعامل انسان و ماشین را تشکیل می دهند. این رابط‌ها به کاربران نهایی اجازه می‌دهند تا با استفاده از عناصر گرافیکی غنی مانند پنجره‌ها، دکمه‌ها و نمادها با ماشین‌ها درگیر شوند. به این مدل WIMP (پنجره، نماد، منوها و اشاره گر) گفته می شود. دستگاه‌های واقعی مورد استفاده برای درگیر شدن شامل صفحه کلید و دستگاه‌هایی مانند ماوس بودند.
با افزایش استفاده از رایانه و فناوری در جامعه مدرن، نیاز به سطوح پیچیده تری از تعامل انسان و ماشین وجود داشت. این منجر به توسعه صفحات لمسی و رابط های کاربری قابل درک می شود که به کاربران امکان می دهد با استفاده از یک دسته فیزیکی با اشیاء مجازی درگیر شوند.
کدام HMI برای شما مناسب است
اکثر سیستم‌های SCADA (کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها) به منظور عملکرد مؤثر به اجزای HMI تعبیه‌شده متکی هستند. سیستم SCADA سیستم کنترل اصلی و کلی در یک کارخانه یا کارخانه است که مسئول تنظیم کلیه عملیات پیچیده در حال وقوع است.
به طور سنتی، برای ادغام یک خط تولید با یک HMI، HMI باید به یک کنترل کننده منطق برنامه ریزی (PLC) متصل می شد و HMI داده های دریافتی از PLC را نمایش می داد و ورودی PLC را از کاربران می داد. این نمایشگرهای گرافیکی بسیار ساده هستند. HMI پایه به اپراتور یا مدیر کارخانه اجازه می دهد تا پارامترهای معمولی مانند دمای ماشین(ها)، تعداد پردازش، وضعیت ماشین(ها) و تعداد مواد را بررسی کند.
یک مثال عملی از HMI و SCADA
یک سناریوی استاندارد شامل HMI در بسیاری از تصفیه خانه های آب و فاضلاب اتفاق می افتد. این تاسیسات اغلب با چالش هایی روبرو هستند زیرا تصفیه آب شامل مراحل متعددی مانند غربالگری، پمپاژ و حذف میکروارگانیسم ها و باقیمانده های مضر مختلف است. همچنین، هر مرحله از درمان می تواند در مناطقی انجام شود که کیلومترها از هم فاصله دارند، به این معنی که نظارت بر تجهیزات و فرآیندها یک چالش است. صفحه نمایش HMI که در سیستم SCADA ادغام شده است معمولاً به PLC متصل می شود و اپراتور می تواند سطح آب، pH، پمپ آب، سطح مواد جامد محلول یا یک ماده شیمیایی سمی خاص را از راه دور کنترل کند.
هشدارها را نمایش می‌دهد
پمپ آب را می توان بر اساس سطح مخزن با استفاده از رابط انسان و ماشین روشن یا خاموش کرد. علاوه بر این، HMI معمولاً در صورتی که PH کمتر از حد معینی باشد، هشدارها را نمایش می‌دهد و با استفاده از صفحه نمایش لمسی می‌توان آن را تنظیم کرد. 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 امروزی که برای محیط کارخانه هوشمند توسعه می یابند، غنی از چند رسانه ای هستند. آنها به کاربران اجازه می‌دهند تا هشدارهای پیامکی یکپارچه در مورد وضعیت ماشین‌ها، هشدارهای ایمیلی، و همچنین تماشای ویدیوهای یکپارچه از فرآیندها را در طبقه کارخانه 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. HMI ها همچنین می توانند داشبوردهایی را با KPIهای مربوط به تولید و کارخانه نمایش دهند. بنابراین نقش HMI به سرعت در حال تکامل است زیرا فناوری های جدید به طور مداوم در حال ادغام هستند.
مزایای کلیدی سرمایه گذاری در HMI پیشرفته برای یک کارخانه
در حال حاضر تعداد زیادی HMI سطح پیشرفته در بازار وجود دارد که امکان نظارت و کنترل ماشین آلات کارخانه را فراهم می کند. مزیت اصلی، از نظر سرمایه گذاری در سطح پیشرفته رابط ماشین انسانی با قابلیت های متعدد مانند توانایی نظارت بر ماشین ها از راه دور و خروجی داشبورد با KPI، ساده سازی فرآیندها و عملیات کارخانه است. مزیت اصلی دیگر، توانایی دیدن داده های کلیدی و بلادرنگ در نوک انگشتان است. این ویژگی های HMI سطح پیشرفته امروزی، کمک زیادی به کاهش پیچیدگی محیط کارخانه می کند.
علاوه بر این، صاحبان کارخانه می توانند با استفاده از رابط انسان و ماشین به سرعت به شرایط تغییر یا چالش برانگیز واکنش نشان دهند. در نتیجه، کارایی بهبود می یابد زیرا زمان توقف کاهش می یابد. این به صاحب کارخانه اجازه می دهد تا سیستم های هوشمندی داشته باشد که هزینه و ضایعات را کاهش می دهد و در نهایت فرآیندها و سودآوری را بهبود می بخشد. HMI های رو به جلو در لبه یا در سطح ماشین قوی تر می شوند و فرصت رقابت در زمان واقعی را خواهند داشت.
آیا باید HMI را بسازم یا بخرم؟
اغلب این سوال برای صاحبان کارخانه این است که “آیا باید HMI را بسازم یا بخرم؟”. این یک سوال بسیار گسترده است و پاسخ ساده ای وجود ندارد زیرا متغیرهای زیادی برای در نظر گرفتن وجود دارد. برخی از سوالات مطرح شده عبارتند از:
HMI باید کدام فرآیندها و عملیات را در کارخانه کنترل کند؟
کدام ماشین ها و پارامترها باید در کارخانه نظارت شوند؟
HMI چقدر باید پیچیده باشد؟
آیا کسب و کار دارای تخصص و دانش داخلی است؟
آیا صاحب کارخانه برای طراحی، توسعه و آزمایش HMI وقت دارد؟
بازار نوسازی سریع محصول و بررسی اینکه آیا این امر در داخل شرکت امکان پذیر است یا خیر را تحمیل می کند.
بازار نیز بهبود سریع تکنولوژیکی را تحمیل می کند، بنابراین همان توجه را دارد
آیا می توان فناوری بیرونی را در تیم های توسعه داخلی موجود گنجاند؟
بودجه موجود چقدر است؟
اهداف نهایی چیست؛ یک نمونه اولیه ساده برای یک پروژه تحقیقاتی، یا یک نسخه کنترل شده با کار کامل از HMI؟
در نهایت، مگر اینکه صاحب کارخانه یا سازنده تجربه در طراحی، توسعه و ساخت HMI داشته باشد، معمولا خرید منطقی تر است. این باعث صرفه جویی در زمان و ارائه راه حلی می شود که قبلاً آزمایش شده است. حداقل، تحقیقات باید انجام شود و سازنده یا صاحب کارخانه باید قبل از شروع طراحی HMI خود با یک مشاور یا متخصص صحبت کند.
آینده HMI در تجهیزات صنعتی
در حال حاضر پیش‌بینی‌های مختلفی برای آینده سطح بعدی تعامل انسان و ماشین وجود دارد. انتظار می رود فناوری هایی مانند محاسبات ابری، محاسبات شناختی و اینترنت اشیا (IoT) همگی در توسعه سطح بعدی تعامل انسان و ماشین نقش داشته باشند. پیش‌بینی اینکه چه چیزی به‌عنوان سطح بعدی تعامل ظاهر می‌شود، یک چالش است.
با این حال، شکی وجود ندارد که سطح بعدی مشارکت انسان و ماشین وجود خواهد داشت که بهره‌وری را در صنایع مختلف افزایش می‌دهد. از نظر نیازهای Industry 4.0، HMI های صنعتی همچنین شاهد ادغام بیشتر فناوری های جدید و نوظهور هستند که بر HMI ها به طور کلی تأثیر می گذارند.
