Η διεπαφή ανθρώπινης μηχανής ή HMI ορίζεται ως ένα χαρακτηριστικό ή στοιχείο μιας συγκεκριμένης συσκευής ή εφαρμογής λογισμικού που επιτρέπει στους ανθρώπους να αλληλεπιδρούν με μηχανές. Μερικά παραδείγματα κοινών συσκευών HMI που συναντάμε στην καθημερινή μας ζωή περιλαμβάνουν οθόνες αφής και πληκτρολόγια.
Τα HMI που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικά περιβάλλοντα είναι κυρίως οθόνες ή οθόνες αφής που συνδέουν τους χρήστες με μηχανήματα, συστήματα ή εξοπλισμό. Οι χειριστές εγκαταστάσεων χρησιμοποιούν HMI για τον έλεγχο και την αυτοματοποίηση των μηχανών και των γραμμών παραγωγής τους. Τα HMI μπορεί να είναι απλές οθόνες τοποθετημένες σε μηχανές εγκαταστάσεων, προηγμένες οθόνες αφής, πίνακες ελέγχου με δυνατότητα πολλαπλής αφής, κουμπιά, υπολογιστές με πληκτρολόγια, φορητές συσκευές ή tablet.
Μεταφράστηκε με το DeepL.com (δωρεάν έκδοση)
Η εξέλιξη της διεπαφής ανθρώπου-μηχανής
Αλληλεπίδραση με μηχανές που χρησιμοποιούν επεξεργασία κατά παρτίδες
Στη δεκαετία του 1950, η επεξεργασία κατά παρτίδες ήταν ο κυρίαρχος τρόπος αντιμετώπισης των μηχανών όσον αφορά τις εισροές.
Η ομαδική επεξεργασία απαιτούσε από τον χρήστη να καθορίσει όλες τις λεπτομέρειες και τη σειρά των εργασιών, συνήθως χρησιμοποιώντας μια κάρτα διάτρησης. Αυτή η διάτρητη κάρτα τροφοδοτήθηκε στο μηχάνημα. Το μηχάνημα αξιολογεί την κάρτα διάτρησης και παρέχει τα αποτελέσματα. Η επεξεργασία κατά παρτίδες δεν είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος αλληλεπίδρασης ανθρώπου-μηχανής, επειδή η τεχνική είναι επιρρεπής σε σφάλματα.
Αλληλεπίδραση με μηχανές χρησιμοποιώντας τη διεπαφή γραμμής εντολών
Η ανάπτυξη διεπαφής γραμμής εντολών ακολουθεί την επεξεργασία κατά παρτίδες. Η επεξεργασία της γραμμής εντολών είναι ένας πιο διαδραστικός τρόπος αλληλεπίδρασης του χρήστη με το μηχάνημα και επιτρέπει στον χρήστη να εκδίδει απευθείας εντολές στο μηχάνημα. Αυτό γίνεται με την εισαγωγή διαδοχικών γραμμών κειμένου χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα που δέχεται κείμενο. Αυτός ήταν ο πρωταρχικός τρόπος αντιμετώπισης των μηχανών τη δεκαετία του 1960.
Αλληλεπίδραση με μηχανές που χρησιμοποιούν γραφικές διεπαφές χρήστη
Οι γραφικές διεπαφές χρήστη (GUIs) αποτελούν το επόμενο στάδιο της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή. Αυτές οι διεπαφές επιτρέπουν στους τελικούς χρήστες να αλληλεπιδρούν με μηχανήματα χρησιμοποιώντας πλούσια γραφικά στοιχεία όπως παράθυρα, κουμπιά και εικονίδια. Αυτό ονομάζεται μοντέλο WIMP (παράθυρα, εικονίδια, μενού και δείκτες). Οι πραγματικές συσκευές που χρησιμοποιούνται για την αφοσίωση περιλαμβάνουν συσκευές όπως πληκτρολόγια και ποντίκια.
Φάση μετά το WIMP
Με την αυξημένη χρήση των υπολογιστών και της τεχνολογίας στη σύγχρονη κοινωνία, απαιτείται ένα πιο εξελιγμένο επίπεδο αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη οθονών αφής και διεπαφών χρήστη με δυνατότητα κράτησης που επιτρέπουν στους χρήστες να αλληλεπιδρούν με εικονικά αντικείμενα χρησιμοποιώντας φυσικές λαβές.
HMI και Βιομηχανία
Ο ρόλος του HMI στα συστήματα SCADA
Τα περισσότερα συστήματα SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) βασίζονται σε ενσωματωμένα στοιχεία HMI προκειμένου να λειτουργούν αποτελεσματικά. το σύστημα SCADA είναι το κύριο συνολικό σύστημα ελέγχου σε μια μονάδα ή εγκατάσταση και είναι υπεύθυνο για τη ρύθμιση όλων των πολύπλοκων λειτουργιών που συμβαίνουν.
Παραδοσιακά, για να ενσωματωθεί μια γραμμή παραγωγής με ένα HMI, το HMI πρέπει να συνδεθεί με έναν προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή (PLC) και το HMI εμφανίζει τα δεδομένα που λαμβάνονται από το PLC και παρέχει είσοδο από τον χρήστη στο PLC. Αυτές οι γραφικές οθόνες είναι συχνά πολύ απλές.
Ένα βασικό HMI επιτρέπει στον χειριστή ή τον διευθυντή της εγκατάστασης να ελέγχει τυπικές παραμέτρους όπως η θερμοκρασία του μηχανήματος, οι μετρήσεις διεργασιών, η κατάσταση του μηχανήματος και οι μετρήσεις υλικών.
Παραδείγματα HMI και SCADA
Τυποποιημένα σενάρια που αφορούν HMIs βρίσκονται σε πολλές μονάδες επεξεργασίας νερού και λυμάτων. Αυτές οι εγκαταστάσεις αντιμετωπίζουν συχνά προκλήσεις, επειδή η επεξεργασία του νερού περιλαμβάνει πολλά στάδια, όπως διαλογή, άντληση και απομάκρυνση διάφορων επιβλαβών μικροοργανισμών και υπολειμμάτων. Επιπλέον, κάθε στάδιο θεραπείας μπορεί να συμβεί σε περιοχές που απέχουν χιλιόμετρα μεταξύ τους, πράγμα που σημαίνει ότι η παρακολούθηση και ο έλεγχος του εξοπλισμού και των διαδικασιών μπορεί να είναι μια πρόκληση.
Μια οθόνη HMI ενσωματωμένη σε ένα σύστημα SCADA συνδέεται συνήθως με ένα PLC, το οποίο στη συνέχεια επιτρέπει στον χειριστή να παρακολουθεί εξ αποστάσεως τα επίπεδα νερού, το pH, τις αντλίες, τα διαλυμένα στερεά ή τα επίπεδα ορισμένων τοξικών χημικών ουσιών.
Το HMI μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των αντλιών με βάση τη στάθμη της δεξαμενής. Επιπλέον, εάν το pH πέσει κάτω από ένα ορισμένο επίπεδο, το HMI εμφανίζει συνήθως έναν συναγερμό, ο οποίος μπορεί να ρυθμιστεί χρησιμοποιώντας την οθόνη αφής. Με αυτόν τον τρόπο, το HMI δίνει τη δυνατότητα στον χειριστή να παρακολουθεί και να ελέγχει τις διαδικασίες και τα στάδια επεξεργασίας του νερού.
Πολλά σύγχρονα βιομηχανικά HMI που έχουν αναπτυχθεί για το έξυπνο εργοστασιακό περιβάλλον είναι πλούσια σε δυνατότητες πολυμέσων. Επιτρέπουν στους χρήστες να λαμβάνουν ενσωματωμένες ειδοποιήσεις SMS σχετικά με την κατάσταση του μηχανήματος, ειδοποιήσεις μέσω e-mail και επίσης να παρακολουθούν ενσωματωμένα βίντεο με τις διαδικασίες του δαπέδου των εγκαταστάσεων. Τα πιο εξελιγμένα HMI επιτρέπουν τον απομακρυσμένο έλεγχο πολλαπλών μηχανημάτων και λειτουργιών σε πολλαπλές τοποθεσίες, καθώς και την ανάλυση των λειτουργιών των εγκαταστάσεων. Τα HMI μπορούν επίσης να εμφανίζουν πίνακες εργαλείων με κατασκευαστικούς και σχετικούς με τις εγκαταστάσεις KPI.
Ως αποτέλεσμα, ο ρόλος του HMI εξελίσσεται ταχέως καθώς οι νέες τεχνολογίες συνεχίζουν να ενσωματώνονται.
Βασικά οφέλη από την επένδυση σε προηγμένο HMI για το εργοστάσιό σας
Υπάρχει ένας αριθμός προηγμένων HMI στην αγορά σήμερα που μπορούν να παρακολουθούν και να ελέγχουν μηχανήματα εγκαταστάσεων. Όσον αφορά την επένδυση σε ένα προηγμένο HMI με πολλαπλά χαρακτηριστικά, όπως η δυνατότητα απομακρυσμένης παρακολούθησης μηχανών και χρήσης πινάκων εξόδου KPI, το κύριο πλεονέκτημα είναι ο εξορθολογισμός των διαδικασιών και των λειτουργιών της εγκατάστασης.
Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα εύκολης προβολής κρίσιμων δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Αυτά τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων προηγμένων HMI συμβάλλουν σημαντικά στη μείωση της πολυπλοκότητας του περιβάλλοντος των εγκαταστάσεων.
Επιπλέον, οι ιδιοκτήτες εγκαταστάσεων μπορούν να χρησιμοποιούν HMI για να ανταποκρίνονται γρήγορα σε μεταβαλλόμενες ή δύσκολες συνθήκες. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση αυξάνεται λόγω μειωμένου χρόνου διακοπής λειτουργίας. Αυτό παρέχει στους ιδιοκτήτες εγκαταστάσεων έξυπνα συστήματα που μπορούν να μειώσουν το κόστος και τα απόβλητα και τελικά να βελτιώσουν τις διαδικασίες και την κερδοφορία.
Στο μέλλον, τα HMI σε επίπεδο άκρων ή μηχανής θα γίνουν ακόμη πιο ισχυρά και θα έχουν την ευκαιρία να ανταγωνίζονται σε πραγματικό χρόνο.
Πρέπει να κατασκευάσω ή να αγοράσω HMI;
Το ερώτημα που αντιμετωπίζουν συχνά οι ιδιοκτήτες εργοστασίων είναι: «Πρέπει να κατασκευάσω ή να αγοράσω ένα HMI;». Αυτή είναι μια πολύ ευρεία ερώτηση χωρίς εύκολη απάντηση γιατί υπάρχουν πολλές μεταβλητές που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Μερικές από τις ερωτήσεις που πρέπει να κάνετε είναι:
- Ποιες διαδικασίες και λειτουργίες πρέπει να ελέγχουν τα HMI σε ένα εργοστάσιο;
- Τι μηχανήματα και ποιες παραμέτρους χρειάζεται να παρακολουθεί το εργοστάσιο;
- Πόσο περίπλοκο πρέπει να είναι το HMI;
- Έχει ο οργανισμός εσωτερική τεχνογνωσία και γνώση;
- Έχει ο εργοστασιάρχης το χρόνο να σχεδιάσει, να αναπτύξει και να δοκιμάσει το HMI;
- Η ανάγκη της αγοράς για γρήγορο εκσυγχρονισμό των προϊόντων και κατά πόσο είναι εφικτό εντός της εταιρείας να γίνει αυτό
- Η αγορά επιβάλλει επίσης ραγδαίες τεχνολογικές εξελίξεις, επομένως ισχύουν οι ίδιες σκέψεις
- Είναι δυνατή η ενσωμάτωση εξωτερικής τεχνολογίας στην υπάρχουσα εσωτερική ομάδα ανάπτυξης;
- Ποιος είναι ο διαθέσιμος προϋπολογισμός;
- Ποιος είναι ο τελικός στόχος; ένα απλό πρωτότυπο για ένα ερευνητικό έργο ή μια πλήρως φορτωμένη λειτουργική ελεγχόμενη έκδοση του HMI;
Τελικά, εκτός εάν ο ιδιοκτήτης ή ο κατασκευαστής του εργοστασίου έχει εμπειρία στο σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την κατασκευή HMI, είναι συχνά πιο λογικό να αγοράζει κανείς. Αυτό θα εξοικονομήσει χρόνο και θα δώσει μια δοκιμασμένη λύση. Τουλάχιστον, θα πρέπει να γίνει έρευνα και ο κατασκευαστής ή ο ιδιοκτήτης του εργοστασίου θα πρέπει να συμβουλευτεί έναν σύμβουλο ή έναν ειδικό πριν ξεκινήσει να σχεδιάζει το δικό του HMI.
Το μέλλον της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή
Επί του παρόντος, υπάρχουν διάφορες προβλέψεις για το πώς μπορεί να μοιάζει το μέλλον του επόμενου επιπέδου HCI. Τεχνολογίες όπως το cloud computing, το cognitive computing και το Internet of Things (IoT) αναμένεται να παίξουν ρόλο στην ανάπτυξη του επόμενου επιπέδου HCI.
Η πρόβλεψη του τι θα προκύψει στο επόμενο επίπεδο δέσμευσης είναι μια πρόκληση. Ωστόσο, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι θα υπάρξει υψηλότερο επίπεδο συνεργασιών ανθρώπου-υπολογιστή που θα οδηγήσει στην παραγωγικότητα σε όλους τους κλάδους.
Όσον αφορά τις απαιτήσεις του Industry 4.0, το Industrial HMI θα δει επίσης περαιτέρω ενσωμάτωση νέων και αναδυόμενων τεχνολογιών που θα έχουν αντίκτυπο στο HMI στο σύνολό του.