مهم نیست که با چه تجهیزات تولیدی کار می کنید. در هر صورت، شما می خواهید آن را کاربردی و کاربر پسند کنید. برای تحقق بخشیدن به آنچه در توسعه یک ماژول HMI واحد می‌خواهید، باید یک رابط کاربری با کارایی بالا، عملکرد بالا (هم برای سخت‌افزار و هم برای نرم‌افزار)، اطمینان از تعامل انسان و ماشین با کیفیت بالا و بسیاری از جنبه‌های دیگر ایجاد کنید.
به زبان ساده، رابط انسان و ماشین (HMI زیمنس) به هر وسیله اتوماسیونی گفته می شود که دارای نمایشگر گرافیکی باشد و شامل تعامل کاربر با دستگاه باشد. یک مثال می تواند یک برنامه تشخیص صدا یا یک راه حل پیچیده برای یک شرکت بزرگ ماشین های اتصال دهنده و مکانیسم های دیگر باشد. در ادامه این مفهوم را با جزئیات بیشتری بررسی خواهیم کرد.
مطالعه بیشتر : HMI چیست ؟
بازار جهانی HMI در حال رشد بیش از حد است. پیش بینی می شود تا سال 2025 ارزش آن 7.24 میلیارد دلار باشد (در مقایسه، 3.71 میلیارد دلار در سال 2019 تخمین زده شد).
بر اساس پیش بینی ها، افزایش تقاضا برای اتوماسیون در صنایع دارویی و پزشکی خواهد بود. امروزه تقاضای نسبتاً بالایی برای استفاده از ماشین‌های با دقت بالا با حداقل تعامل انسانی وجود دارد که حداکثر عقیمی را تضمین می‌کند.
البته توسعه HMI در پزشکی و داروسازی و صنایعی مانند لوازم الکترونیکی مصرفی، رباتیک، حمل و نقل و بسیاری دیگر مورد تقاضا است. نمونه‌های پیشرفته HMI را می‌توان در بسیاری از صنایع و راه‌حل‌ها یافت – پوشیدنی‌ها، پایانه‌های پرداخت، سیستم‌های امنیتی، خودروها و کابین‌های خطوط هوایی.
برنامه نویسی HMI
از نقطه نظر اتوماسیون صنعتی، کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر یا PLC ها، تجهیزات تولید را مدیریت می کنند. شایان ذکر است که قبلاً از اتوماسیون در شرکت های تولیدی بزرگ استفاده می شد ، اما امروز منطقه آن به طور قابل توجهی گسترش یافته است. مردم هنوز نقش مهمی در بهره برداری، عیب یابی و نگهداری این سیستم های پیچیده دارند.
رابط ماشین انسانی (HMI) ابزاری برای وارد کردن دستورات به دستگاه شما و دریافت بازخورد در مورد وضعیت آنها است. به عبارت دیگر، HMI یک کامپیوتر صنعتی است که برای ارتباط بین PLC و اپراتور کارگاه یا مدیر سیستم به درستی پیکربندی شده است.
تفاوت زیادی بین برنامه نویسی HMI و اکثر زبان های برنامه نویسی دیگر وجود دارد. HMI تجسم یک فرآیند در یک منطقه تولید است. هنگام توسعه HMI، توجه ویژه ای به توسعه طرح صفحه نمایش می شود. همچنین، برنامه‌نویسی که ورودی و خروجی HMI را کنترل می‌کند، معمولاً در PLC زیمنس قرار می‌گیرد و به برنامه‌نویس PLC بیشتر کنترل بر عملکرد نحوه کار HMI را می‌دهد.
سیستم های HMI و شیوه های خوب طراحی
از آنجایی که افراد با HMI کار می کنند، ضروری است که آن را کاربردی، کارآمد و شهودی کنیم. برای به دست آوردن یک راه حل کامل، بسیاری از مؤلفه ها باید به طور مناسب پیاده سازی شوند. بیایید نگاهی به ویژگی های آنها بیندازیم.
عملکرد HMI | توابع پایه و اضافی
ساده ترین HMI به اپراتور اجازه می دهد تا وضعیت فعلی یک فرآیند خاص را ببیند. برای درک کمی، بیایید سعی کنیم این روند را تجسم کنیم. و بنابراین ما یک قطعه پولیش داریم که می توان آن را با فشار دادن یک دکمه شروع و متوقف کرد. این فرآیند را می توان با استفاده از HMI روی صفحه نمایش مشاهده کرد. این عملیات بسیار ساده است، اما اکنون بیایید تصور کنیم که PLC بسته به نیاز فرآیند، اطلاعات بسیار بیشتری را از این دستگاه دریافت می کند. یعنی می‌تواند نشانه‌ای از خرابی‌ها، شناسایی علت باشد که مکانیسم بازخورد دقیق‌تری را برای حذف خطای ذاتی به اپراتور ارائه می‌دهد.
دستگاه می تواند عملکردهای زیادی را انجام دهد و همه آنها را می توان پیکربندی کرد (سرعت، دما، سرعت و غیره). همه این گزینه ها را می توان از HMI تنظیم کرد.
شایان ذکر است که در طول طراحی، برخی از عملکردهای HMI ممکن است برای کاربران مختلف محدود شود. گاهی اوقات این برای جلوگیری از اشتباه یا وقفه در کار ضروری است.
HMI همچنین می تواند شامل توابع فرآیند پیشرفته مانند مدیریت دسته ای، مدیریت دستور غذا، وضعیت خط و غیره باشد. تکامل HMI امکان حرکت از کنترل تک ماشینی به طرح‌های کنترل گسترده سازمانی را فراهم کرده است که گاهی اوقات به آن SCADA می‌گویند.
کارایی سیستم HMI
درک طراحی HMI ساده به نظر می رسد، اما در واقعیت، آنقدرها هم ساده نیست. یک HMI با طراحی مناسب باید دسترسی کاربر را به اطلاعات مورد نظر و بدون هیچ محدودیتی کنترل کند. نکته مهمی که باید در مورد هر نوع چیدمان صفحه به یاد داشته باشید، کارایی در عمل است. به عنوان مثال، آیا دسترسی به هر صفحه بدون حلقه های ناوبری غیر ضروری امکان پذیر است؟ آیا می توان یک فرآیند را از هر صفحه مناسب شروع و متوقف کرد؟ اینها همه ملاحظات طراحی حیاتی هستند که باید در طول طراحی HMI و برنامه نویسی HMI یک پروژه یکپارچه سازی سیستم در نظر گرفته شوند.
طراحی HMI
هنگام طراحی یک HMI پیشرفته، سادگی و وضوح ضروری است. یک برنامه نویس با تجربه HMI متوجه می شود که دانش اپراتور محدود است، بنابراین منوی ناوبری باید کاربرپسند باشد و به کاربر اجازه دهد تا به سرعت به موارد ضروری بپرد. اگر دنباله ای از عملیات در سیستم و سازگاری آنها را نیز مشاهده کنید، کمک خواهد کرد. البته اطلاعات دقیق را نگه دارید تا کاربر بتواند به سرعت نحوه کار با HMI را یاد بگیرد. در نهایت، طراحی سیستم باید به اندازه کافی از سیستم واقعی تقلید کند تا کاربر در استفاده از رابط بدون نیاز به دسترسی به اطلاعات اضافی راحت باشد.
جنبه های حیاتی توسعه HMI
هر راه حل HMI در راه خود فردی است و دارای سطح خاصی از پیچیدگی و استانداردهای ساخت و الگوهای طراحی متفاوت است. این قابل درک است زیرا یک کیوسک سلف سرویس به یک برنامه اولیه برای تجسم داده ها بر روی صفحه نمایش تعبیه شده نیاز دارد. یک EV HMI به یک سیستم پیچیده مبتنی بر ابر با قابلیت‌های شبکه نیاز دارد.
اما مهم نیست که یک سیستم HMI چقدر پیچیده یا ساده باشد، باز هم به سه جنبه اصلی عملیات بستگی دارد – سخت افزار، نرم افزار و زیرساخت.
چه جنبه هایی باید در هنگام توسعه یک دستگاه رابط انسان و ماشین در نظر گرفته شود:
#1 اول از همه، تعریف عملکرد HMI ضروری است. مشخص خواهد شد که راه حل شما در سطوح سخت افزاری و نرم افزاری چه و چگونه باید مجهز شود. اینها می توانند صفحه کلید برای پایانه ها و کیوسک ها، پانل های کنترل برای کشتی ها یا اتومبیل ها باشند.
برای راه‌اندازی موفقیت‌آمیز یک راه‌حل بدون هزینه‌های اضافی (هم توسعه و هم مشخصات)، ضروری است که همه الزامات راه‌حل را از همان ابتدا تعریف کنید. لازم است مشخصات پروژه دقیق تهیه شود، که می تواند در آینده به میزان قابل توجهی در منابع صرفه جویی کند.
#2 ورودی و خروجی منحصر به فرد خود را در نظر بگیرید. هنگام توسعه، درک نحوه وارد کردن داده توسط کاربران ضروری است. اینها می توانند دکمه ها یا صفحه نمایش لمسی باشند. همچنین مهم است که نشان دهید اطلاعات چگونه به کاربر نمایش داده می شود: با استفاده از نشانگرها یا پیام های روی صفحه.
#3 استانداردهای نظارتی (دولت، صنعت، ایمنی، مهندسی و غیره) را در نظر بگیرید. برای مثال، شما باید دستورالعمل‌های صنعتی مانند توصیه‌هایی برای تجهیزات تولید نیمه‌رسانا، مشخصات اضافی ANSI، IEEE یا ISO را به عنوان استاندارد ISA 101 برای سیستم‌های اتوماسیون فرآیند دنبال کنید.
#4 شرایط محیطی بسته به تنظیمات HMI، نیازمندی ها می توانند به طور چشمگیری تغییر کنند. HMI برای یک محیط داخلی تمیز می تواند با HMI در یک فضای عمومی پر سر و صدا در فضای باز متفاوت باشد. و به یک مکان فیزیکی ختم نمی شود. عواملی که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از درجه حرارت شدید، فرسودگی منظم و حتی خرابکاری.
#5 انتخاب یک شریک فنی. این یک موضوع ساده نیست، اما ضروری است که یک شرکت شریک برای خود انتخاب کنید، یا گزینه ای وجود دارد که چندین مورد از آنها وجود داشته باشد، اما با تجربه ای خاص برای کار در مناطق کوچک پروژه. البته توجه به تجربه و مهارت در این زمینه ضروری است.
#6 یک پشته فناوری انتخاب کنید. حل این سوال به شما در درک اهداف پروژه و اولویت بندی آنها کمک می کند.
حرکت به فضای ابری به جای راه‌حل سرور می‌تواند به شما کمک کند تا بودجه خود را بدون به خطر انداختن عملکرد به حداقل برسانید.
#7 جداسازی قطعات سخت افزاری برای سرعت بخشیدن به اجرای عملکردهای نرم افزاری. به طور خاص، شتاب دهنده هایی مانند DSP، GPU، IPU یا سایر پردازنده های مناسب را می توان در سیستم تعبیه کرد. این رویکرد عملکرد کلی را بهبود می بخشد.
#8 یک طرح بندی واضح از پانل ها ارائه دهید. این شامل ایجاد یک سلسله مراتب اطلاعات سازگار و به راحتی قابل مدیریت، برجسته کردن اشیاء ضروری، و ایجاد یک طراحی مختصر HMI است. هنگام طراحی HMI، قوانین سادگی عبارتند از:
- استفاده محدود از رنگ ها
- عدم وجود عناصر متحرک یا سه بعدی،
- چندین گزینه برای فونت و اندازه متن.
- همه اینها تعامل را برای کاربران قابل پیش بینی و ساده می کند.
#9 کاربر همیشه اول است. در همکاری با طراحان UI/UX، روی نیازها، قابلیت ها و سطح دانش کاربر تمرکز کنید. این به شما کمک می کند تا اجزای مناسب HMI، طرح پانل، ارائه داده ها و نحوه ارائه بازخورد (بصری، شنیداری، لمسی یا ترکیبی) را انتخاب کنید.
#10 اتصال HMI به تجهیزات پیشرو. معمولاً از سه روش استفاده می شود:
- اتصال با سیم،
- باس های سریال،
- اتصال بیسیم.
در حالی که اتصالات سیمی سنتی معمولاً به مایل ها سیم نیاز دارند (این در بخش حمل و نقل رایج است)، گذرگاه های سریال به نرم افزار اجازه اتصال (با استفاده از CAN، اترنت و پروتکل های دیگر) را می دهند. یک رویکرد بی سیم عملی به دستگاه حداکثر تحرک و توانایی انتقال داده ها در زمان واقعی را می دهد.
#11 امنیت HMI. ابزارهای امنیت سایبری زیادی وجود دارد. به عنوان مثال، یک دستیار صوتی که داده ها را از طریق یک اتصال HTTP که توسط پروتکل های SSL / TLS محافظت می شود، مبادله می کند. ایمن سازی فرآیند احراز هویت HMI با محافظت از رمز عبور، دسترسی محدود از راه دور و خروج خودکار از سیستم بسیار مهم است.
سوالات متداول
HMI چه کاری انجام می دهد؟
به زبان ساده، رابط انسان و ماشین به هر وسیله اتوماسیونی گفته می شود که دارای نمایشگر گرافیکی باشد و شامل تعامل کاربر با دستگاه باشد. یک مثال می تواند یک برنامه تشخیص صدا یا یک راه حل پیچیده برای یک شرکت بزرگ ماشین های اتصال دهنده و مکانیسم های دیگر باشد.
سه نوع اصلی صفحه نمایش HMI چیست؟
سه نوع اصلی HMI وجود دارد: تعویض دکمه، پردازشگر داده و کنترلر
Scada HMI چیست؟
اسکادا (Supervisory Control And Data Acquisition) یک سیستم دیسپاچینگ خاص است که اطلاعات مربوط به فعالیت های جاری شرکت و مدیریت آن را جمع آوری می کند. مزیت SCADA عمدتاً در این است که می تواند اطلاعات مورد نیاز را از طریق شاخص هایی که از نقاط کاملاً متفاوتی از تسهیلات اقتصادی جمع آوری می شود در زمان واقعی ارائه دهد. می توان مدیریت سازمانی را در این حالت بهینه کرد و کار آن را بدون وقفه، بدون خرابی، خرابی و موارد اضطراری احتمالی انجام داد. پیشینیان SCADA زمانی آلارم ها و تله متری معروف بودند.
نتیجه گیری
HMI باید از کیفیت بالا و کارایی بالایی برخوردار باشد. یک راه حل بی کیفیت می تواند منجر به از دست دادن منابع و حتی منجر به مرگ افراد در نتیجه یک تصادف شدید شود.
HMI های با طراحی خوب و کارآمد مجهز به عملکرد درجه یک و کاربر پسند بودن می توانند معجزه کنند. در اینجا فقط چند مورد از نتایج مثبت احتمالی که می توانید به دست آورید آورده شده است:
- بهبود کیفیت محصول.
- کاهش خطاها و خرابی ها
- در زمان راه اندازی و خاموش شدن صرفه جویی کنید.
- صرفه جویی مالی در اصلاح خطاها و خطاهای غیر منتظره.
- افزایش فروش.
- افزایش ایمنی و پیشگیری از حوادث.
