رابط ماشین انسانی (HMI): پل بین انسان و فناوری

به گزارش رسانه راه دانا؛ رابط انسان و ماشین (HMI) یکی از مهمترین اجزای دنیای صنعتی و فناوری است. HMI به عنوان پلی بین انسان و سیستم های ماشین پیچیده عمل می کند و امکان تعامل، کنترل و کنترل فرآیندها و تجهیزات را فراهم می کند. در این مقاله نگاهی دقیق‌تر به HMI، تاریخچه، انواع، کاربردها، اهمیت و آینده این فناوری مهم می‌اندازیم.

1. تعریف و مفهوم HMI:

ماشین رابط انسانی (HMI) به ابزارهای سخت افزاری و نرم افزاری اشاره دارد که تعامل بین انسان ها و ماشین ها یا سیستم ها را تسهیل می کند. هدف اصلی HMI ایجاد ابزارهای ساده، موثر و شهودی است که به کاربران اجازه می دهد تا به سرعت با سیستم های پیچیده تعامل داشته باشند، آنها را مدیریت کنند و بر عملکرد آنها نظارت کنند.

2. تاریخچه و توسعه HMI:

تاریخچه HMI به دوران اولیه صنعتی برمی گردد، اما مهم ترین تکامل آن در قرن بیستم رخ داد:

- دهه 1940-1950: تابلوهای کنترل مکانیکی و چراغ های نشانگر استفاده شده

1960-1970: ظهور سیستم های کنترل دیجیتال و اولین نمایش ها

دهه 1980: معرفی سیستم های کنترل توزیع شده (DCS) و رابط های گرافیکی

- دهه 1990 تا 2000: پیشرفت در صفحه نمایش های لمسی و نرم افزار HMI

- 2000 تا کنون: دستگاه های HMI مبتنی بر وب، موبایل و واقعیت افزوده

https://dana.ir/2066535/%D8%B1%D8%A7%D8%A8%D8%B7-%D8%A7%D9%86%D8%B3%D8%A7%D9%86-%D9%85%D8%A7%D8%B4%DB%8C%D9%86-hmi-%D9%BE%D9%84-%D8%A7%D8%B1%D8%AA%D8%A8%D8%A7%D8%B7%DB%8C-%D8%A8%DB%8C%D9%86-%D8%A7%D9%86%D8%B3%D8%A7%D9%86-%D9%88-%D9%81%D9%86%D8%A7%D9%88%D8%B1%DB%8C#gsc.tab=0

3. اجزای اصلی HMI:

یک سیستم HMI معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است:

- نمایشگر: صفحه ای که اطلاعات را در اختیار کاربر قرار می دهد.

- ورودی ها: از جمله صفحه کلید، ماوس، صفحه نمایش لمسی یا سایر دستگاه های ورودی.

- پردازنده: کامپیوتر یا کنترل کننده ای که داده ها را پردازش می کند.

- نرم افزار HMI: نرم افزاری که رابط کاربری را ایجاد و کنترل می کند.

- ارتباطات: اتصال به شبکه برای تبادل اطلاعات و سایر فرآیندها

4. انواع شخصیت:

HMI ها انواع مختلفی دارند، از جمله:

- HMI های مبتنی بر پنل: صفحه نمایش لمسی یکپارچه برای کاربردهای صنعتی.

- نرم افزار HMI: نرم افزاری که روی کامپیوترهای معمولی اجرا می شود.

- HMI مبتنی بر وب: یک رابط قابل دسترسی از طریق یک مرورگر وب.

- Mobile HMI: برنامه های کاربردی تلفن همراه برای کنترل و نظارت از راه دور.

- واقعیت افزوده HMI: ترکیب دنیای واقعی و اطلاعات دیجیتال.

5. برنامه های کاربردی HMI:

HMI ها در بسیاری از زمینه ها و صنایع استفاده می شوند، از جمله:

- تجهیزات ساخت: کنترل و نظارت بر خطوط تولید و فرآیندهای ساخت.

- انرژی: مدیریت نیروگاه ها، شبکه های برق و سیستم های منبع انرژی قابل مدیریت.

- حمل و نقل: سیستم های مدیریت ترافیک، ناوبری هوایی و دریایی.

- ساختمان های هوشمند کنترل تهویه، روشنایی و سیستم های امنیتی.

- پزشکی: تجهیزات پزشکی پیشرفته و سیستم های نظارت بر بیمار.

- هوا: سیستم های کنترل پرواز و سیستم های کنترل فضاپیما.

6. اصول طراحی HMI:

طراحی یک HMI موثر مستلزم چندین اصل است:

- سادگی و وضوح: ارائه اطلاعات به روشی ساده و قابل فهم.

- سازگاری: از عناصر و الگوهای طراحی یکسان در سرتاسر رابط کاربری استفاده کنید.

- پاسخ: پاسخ سریع به اقدامات کاربر.

- قابلیت کنترل: به کاربر کنترل کافی برای انجام وظایف را می دهد.

- انعطاف پذیری: امکان تطبیق رابط برای نیازهای مختلف.

- مدیریت خطا: ارائه راه حل های ساده برای پیشگیری و رفع خطا.

قیمت HMI فاتک

7. امنیت در HMI:

امنیت یکی از مهمترین جنبه های HMI است. به خصوص در محیط های صنعتی و حساس

- اعتبارسنجی و کنترل دسترسی: اطمینان از دسترسی افراد مجاز به سیستم.

- رمزگذاری: حفاظت از داده های ارسال شده و ذخیره شده.

- نظارت و ضبط رویداد: نظارت و ضبط تمام فعالیت های کاربر.

- به روز رسانی ها و وصله های امنیتی: سیستم خود را از تهدیدات جدید محافظت کنید.

- آموزش کاربر: اطلاع رسانی در مورد بهترین شیوه های امنیتی.

8. استانداردها و مقررات HMI:

صنعت HMI به استانداردها و مقررات مختلفی پایبند است:

- IEC 61131-3: استاندارد برنامه نویسی PLC و HMI.

- ISA-101: راهنمای طراحی و پیاده سازی HMI برای سیستم های کنترل فرآیند.

- IEC 62443: استاندارد امنیت سایبری برای اتوماسیون صنعتی و سیستم های کنترل.

- FDA 21 CFR قسمت 11: سوابق الکترونیکی و رویه های امضا برای تولید دارو.

9. چالش ها در طراحی و اجرای HMI:

طراحی و اجرای HMI با چندین چالش مواجه است:

پیچیدگی سیستم ها: نمایش اطلاعات پیچیده به روشی ساده و قابل فهم.

- تنوع کاربران: برای کاربرانی با سطوح مختلف مهارت و تجربه طراحی شده است.

- محدودیت های فنی: کار با سخت افزار و نرم افزار موجود و محدودیت های آنها.

- مقیاس پذیری: طراحی سیستم هایی که می توانند با رشد و تغییر نیازها سازگار شوند.

- یکپارچه سازی: ادغام HMI با سیستم های موجود و پروتکل های مختلف.

10. آینده HMI:

آینده HMI با پیشرفت های تکنولوژیکی و نیازهای در حال تغییر صنعت شکل خواهد گرفت:

- هوش مصنوعی و یادگیری ماشین: HMI های هوشمندی که می توانند پیش بینی و تصمیم گیری کنند.

- ادغام اطلاعات دیجیتال با محیط فیزیکی برای تجربه کاربری بهتر.

- رابط های صوتی و ژست: از دستورات صوتی و حرکات بدن برای تعامل با سیستم استفاده کنید.

- اینترنت اشیا (IoT): ارتباط HMI با طیف گسترده ای از دستگاه های متصل.

- پردازش زبان طبیعی. توانایی تعامل با سیستم های زبان طبیعی انسان

11. نقش HMI در صنعت 4.0:

HMI نقش مهمی در تحقق مفهوم Industry 4.0 و Smart Factory دارد:

- یکپارچگی عمودی و افقی: ارتباط بین سطوح مختلف سازمانی و زنجیره تامین.

- تجزیه و تحلیل داده های زمان واقعی: نمایش و تجزیه و تحلیل داده های تولید در زمان واقعی.

- پیش بینی و بهینه سازی: استفاده از الگوریتم های پیشرفته برای بهبود عملکرد.

- تعمیر و نگهداری پیش بینی کننده: نیازهای تعمیر و نگهداری را قبل از وقوع خرابی پیش بینی کنید.

12. آموزش و مهارت های مورد نیاز برای کار با HMI:

با پیشرفت فناوری HMI، نیاز به مهارت های جدید افزایش می یابد:

- طراحی رابط کاربری (UX): درک نیازهای کاربر و طراحی تجربیات کاربر پسند.

- برنامه نویسی و توسعه نرم افزار: درک زبان های برنامه نویسی و پلت فرم های HMI.

- پروتکل های شبکه و ارتباط: درک سیستم های ارتباطی صنعتی.

- امنیت سایبری: آگاهی از تهدیدات امنیتی و روش های حفاظتی.

- دانش فرآیند: دانش عمیق فرآیندهای صنعتی و عملیاتی.

کلمات اخر

رابط انسان و ماشین (HMI) نقش مهمی در دنیای مدرن صنعتی و فناوری ایفا می کند. با پیشرفت تکنولوژی و پیچیده تر شدن سیستم ها، اهمیت HMI های کارآمد، ایمن و با استفاده آسان به طور فزاینده ای آشکار می شود. طراحی و اجرای HMI های موثر مستلزم درک عمیق نیازهای کاربر، فناوری های فعلی و چالش های صنعت است.

آینده HMI با ظهور فناوری های جدید مانند هوش مصنوعی، واقعیت افزوده و اینترنت اشیا شکل خواهد گرفت. این پیشرفت ها امکان ایجاد رابط های هوشمند و پرکاربرد را در بین صنایع فراهم می کند.