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

به گزارش شبکه اطلاع رسانی راه دانا ؛ رابط انسان و ماشین (HMI) یکی از مهمترین اجزاء در دنیای مدرن صنعتی و فناوری است. HMI ها به عنوان پلی بین انسان ها و سیستم های مکانیکی پیچیده عمل می کنند و ارتباطات، کنترل و نظارت بر فرآیندها و تجهیزات را ممکن می سازند. این مقاله نگاهی جامع به HMI و تاریخچه، انواع، کاربردها، اهمیت و آینده این فناوری مهم دارد.

1. تعریف و معنی HMI:

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

2. تاریخچه و تکامل HMI.

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

- 1940-1950: استفاده از تابلوها و نشانگرهای مکانیکی کنترل

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

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

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

- تا سال 2000: وب، موبایل و HMI با 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 کاربر قرار می دهد.

- ورودی: 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.

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

4. نوع HMI:

انواع مختلفی از HMI وجود دارد، از جمله:

- رابط های کاربری مبتنی بر گروه: نمایشگرهای صنعتی یکپارچه.

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

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

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

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

5. برنامه های کاربردی HMI:

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

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

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

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

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

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

- هوافضا: کابین هواپیما و سیستم های کنترل فضاپیما.

6. اصول طراحی HMI:

طراحی یک HMI موثر مستلزم رعایت چندین اصل 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: فورا به اقدامات کاربر پاسخ می دهد.

- توانایی مدیریت: ارائه کنترل کافی به کاربران برای انجام وظایف.

- انعطاف پذیری: توانایی تطبیق رابط با نیازهای مختلف.

- مدیریت خطا: جلوگیری از خطاها و ارائه راهکارهای ساده برای اصلاح آنها.

قیمت HMI فاتک

7. امنیت در HMI:

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

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

- رمزگذاری: از داده ها در حین انتقال و در حالت استراحت محافظت می کند.

- حسابرسی و ثبت رویدادها: پیگیری و ثبت تمام فعالیت های کاربر.

- به روز رسانی و رفع مشکلات امنیتی: سیستم خود را در برابر تهدیدات جدید محافظت کنید.

- آموزش کاربر: ارائه اطلاعات در مورد بهترین شیوه های امنیتی.

8. استانداردها و مقررات HMI:

صنعت HMI تابع استانداردها و مقررات مختلفی است.

- IEC 61131-3: استانداردهای 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: مقررات مربوط به سوابق و امضاهای الکترونیکی در صنعت داروسازی.

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.

کاربران مختلف: برای کاربرانی با مهارت ها و تجربه های مختلف 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 صنعتی در حال تغییر شکل می گیرد:

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

- واقعیت افزوده و مجازی: ادغام اطلاعات دیجیتال با محیط فیزیکی برای تجربه کاربری بهتر.

رابط صوتی و اشاره ای: از دستورات صوتی و حرکت بدن برای تعامل با سیستم استفاده کنید.

- اینترنت اشیا (IoT): ادغام HMI ها در شبکه گسترده ای از دستگاه های متصل.

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

11. نقش HMI در Industry 4.0:

HMI نقش مهمی در تحقق مفهوم Industry 4.0 و کارخانه های هوشمند 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.

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

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

با توسعه 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: آشنایی با زبان های برنامه نویسی و پلتفرم های HMI.

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

- امنیت سایبری: شناسایی تهدیدات امنیتی و اقدامات امنیتی.

- دانش فرآیند: درک عمیق فرآیندهای صنعتی و کاری.
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

حرف پایانی

رابط ماشین انسانی (HMI) نقش مهمی در دنیای صنعتی و تکنولوژیکی امروز ایفا می کند. با پیشرفت فناوری و پیچیده‌تر شدن سیستم‌ها، اهمیت دستگاه‌های HMI کارآمد، ایمن و آسان‌تر آشکار می‌شود. طراحی و پیاده سازی دستگاه های موثر HMI 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 می گیرد. این پیشرفت امکان ایجاد هوشمندانه تر و تعاملی تر در صنعت را فراهم می کند.