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

به گزارش شبکه اطلاع رسانی راه دانا ؛ رابط ماشین انسانی (HMI) یکی از مهم ترین بخش های دنیای صنعتی و فناوری امروز است. HMI به عنوان پلی بین انسان و سیستم های ماشین پیچیده عمل می کند و تعامل، مدیریت و نظارت بر فرآیندها و تجهیزات را ممکن می سازد. در این مقاله به HMI، تاریخچه، انواع، کاربردها، اهمیت و آینده این فناوری مهم می پردازیم.

1. تعریف و مفهوم HMI:

رابط انسان و ماشین (HMI) به مجموعه ای از قطعات سخت افزاری و نرم افزاری اطلاق می شود که تعامل بین انسان و ماشین یا سیستم را امکان پذیر می کند. هدف اصلی HMI ایجاد یک رابط کاربری ساده، کارآمد و قابل درک است که به کاربران اجازه می دهد به راحتی با سیستم های پیچیده تعامل داشته باشند، عملکرد آنها را نظارت و کنترل کنند.

2. تاریخچه و تکامل HMI:

تاریخچه HMI به دوران اولیه صنعتی برمی گردد، اما آغاز آن در قرن بیستم اتفاق افتاد:

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

- 1960-1970: ظهور سیستم های کنترل دیجیتال و نمایشگرهای اولیه

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

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

- 2000 معرفی: HMI مبتنی بر وب، موبایل و واقعیت افزوده

3. اجزای اصلی HMI:

سیستم های HMI معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده اند:

- صفحه نمایش: صفحه ای که اطلاعات را در اختیار کاربران 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: برنامه ای که رابط کاربری را ایجاد و مدیریت می کند.

- ارتباطات: پروتکل های ارتباطی برای تبادل داده با سیستم های دیگر

4. انواع HMI:

HMI ها انواع مختلفی دارند، از جمله:

- پانل HMI: 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 موبایل برای کنترل و نظارت از راه دور.

- واقعیت افزوده HMI: اتصال دنیای واقعی با اطلاعات دیجیتال.

5. برنامه های کاربردی HMI:

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

- اتوماسیون صنعتی: کنترل و نظارت بر خطوط تولید و فرآیندهای صنعتی.

- انرژی: مدیریت نیروگاه ها، شبکه های انرژی و سیستم های انرژی تجدیدپذیر.

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

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

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

- فضا: کابین هواپیما و سیستم های کنترل فضاپیما.

6. اصول طراحی رابط کاربری انسانی:

طراحی یک HMI موثر مستلزم رعایت اصول خاصی است:

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

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

- بازخورد: بلافاصله به اقدامات کاربر پاسخ دهید.

- قابلیت کنترل: کنترل کافی برای انجام وظایف را در اختیار کاربر قرار می دهد.

- انعطاف پذیری: توانایی سفارشی کردن رابط برای نیازهای مختلف.

- مدیریت خطا: ارائه راه حل های ساده برای جلوگیری از خطاها و بهبود آنها.

قیمت قطعات HMI

7. HMI امنیتی:

ایمنی یکی از مهمترین جنبه های HMI به ویژه در محیط های صنعتی و حساس است:

- احراز هویت و کنترل دسترسی: برای اطمینان از دسترسی افراد مجاز به سیستم.

- رمزگذاری: حفاظت از داده هایی که منتقل و ذخیره می شوند.

- حسابرسی و ضبط رویداد: تمام فعالیت های کاربر را پیگیری و ضبط کنید.

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

- آموزش کاربر: انتشار بهترین شیوه های امنیتی.
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
8. استانداردها و مقررات HMI:

صنعت HMI از استانداردهای مختلفی پیروی می کند.

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

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

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

- FDA 21 CFR قسمت 11: مقررات حاکم بر سوابق و امضاهای الکترونیکی در صنعت داروسازی.

9. چالش های طراحی و اجرای HMI:

توسعه و اجرای HMI چندین چالش را به همراه دارد:

سیستم های شبکه: ارائه اطلاعات مهم 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 نیازهای در حال تغییر 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 می گیرد:

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

- واقعیت افزوده: اطلاعات دیجیتال را با محیط فیزیکی برای تجربه کاربری بهتر ترکیب می کند.

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

- اینترنت اشیا (IoT): اتصال HMI به شبکه ای از دستگاه های متصل.

- پردازش زبان طبیعی: توانایی تعامل با سیستم ها در زبان طبیعی انسان.

11. نقش HMI در صنعت 4.0:

HMI نقش مهمی در اجرای مفهوم Industry 4.0 و کارخانه های هوشمند دارد:

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

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

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

- نگهداری پیش بینی کننده: پیش بینی نیاز به تعمیر و نگهداری قبل از وقوع خرابی.

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

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

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

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

- آشنایی با پروتکل های شبکه و ارتباطات – سیستم های ارتباطی صنعتی.

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

- دانش فرآیند: درک عمیق فرآیندها و عملیات تولید.

آخرین کلمه

رابط انسان و ماشین (HMI) نقش مهمی در دنیای مدرن صنعتی و فناوری ایفا می کند. همانطور که تکنولوژی و سیستم ها در پیچیدگی تکامل می یابند، اهمیت یک HMI کارآمد، ایمن و با استفاده آسان بیشتر آشکار می شود. طراحی و اجرای یک HMI موفق مستلزم درک عمیق نیازهای کاربر، فناوری فعلی و چالش های صنعت است.

آینده HMI با ظهور فناوری های جدید مانند هوش مصنوعی، واقعیت افزوده و اینترنت اشیا شکل می گیرد. این توسعه امکان ایجاد رابط های هوشمندتر و جامع تر در صنایع را فراهم می کند.