سواء كنا ندرك ذلك أم لا ، فإن معظمنا ، كمستهلكين كل يوم ، قد شكلوا بعض آرائنا حول مظهر واستخدام واجهات الإنسان والآلة (HMIS). ذلك لأن استخدامنا المنتظم للهواتف الذكية ومواقع الويب وحتى عناصر التحكم في سياراتنا يشمل فعليًا HMIs الرقمية. عندما نتفاعل معهم ، فإننا نفهم بشكل حدسي ما هو واضح ، وما هو سهل الأداء ، وما هو مزعج أو صعب.
بالنسبة لمعدات وأنظمة المصنع ، كانت HMIs الصناعية المتخصصة موجودة لسنوات عديدة. تم تحسين الأجهزة والبرامج لتوفير المزيد من الخيارات ، ولكن في بعض الأحيان يكون هناك الكثير من الخيارات ، مما يؤدي إلى تكوينات أكثر تعقيدًا مما هو مطلوب بالفعل. من ناحية أخرى ، تم تطوير معايير شاملة بشكل أفضل. ومع ذلك ، فإن المعايير ليست مناسبة دائمًا لكل صناعة أو نوع النظام أو التفضيل ، وقد لا تكون محددة بما يكفي لجميع العناصر التي يجب على HMI عرضها.
قد لا يكون لدى مطوري الشركة الصناعية والمصنعون الأصليون للمعدات (OEM) ، الذين يحتاجون إلى HMIS ويريدون أن يكونوا مفيدين ، الوقت أو الموظفين المخصصين لإنشاء معايير وأنماط HMI الخاصة بهم. عادة ما يكون الخيار الأفضل لحل هذه المشكلة هو البساطة والوضوح ، وهي طريقة مثبتة لتوفير الوعي الظرفي الأمثل وسهولة الاستخدام لـ HMIS. توفر هذه المقالة نصائح أساسية وأفضل الممارسات لتخطيط وتنفيذ HMI الأتمتة الفعالة للمصنع.
التحقق من الموارد المتاحة
من المهم التحقق من الموارد المتاحة قبل بدء أي تصميم من نقطة الصفر. توفر وثائق الصناعة والمعايير التي توفرها ISA101 وغيرها من المؤسسات إرشادات تصميم HMI ، ولكن العديد من التركيز على صناعة العمليات ، وصناعة البتروكيماويات ، والصناعة النووية.
اعتمادًا على منصة HMI المستخدمة ، قد توفر بيئة التطوير مكتبات كائنات قياسية أو اختيارية ، بالإضافة إلى أدوات مساعدة أخرى لإنشاء مشاريع جديدة ، وهذه الموارد تستحق النظر فيها. ضع في اعتبارك أنه يجب إجراء بعض التعديلات قبل اعتماد كائنات المكتبة هذه كمعيار للشركة.
غالبًا ما يكون إنشاء HMI مصنع فعال لتطبيق جديد عملية تكرارية يمكن تبسيطها إذا بدأت بالمعايير أو العينات المعمول بها. تحديد كائنات لبنة البناء هو مكان جيد للبدء.
تحديد عناصر التصميم
من المحتمل أن يستخدم كل مستخدم نهائي مزيجًا من عناصر الصناعة النموذجية ، مثل الصمامات والمضخات ، وكذلك بعض المكونات المتخصصة - والتي يجب عرضها جميعًا على HMI. يجب أن تكون الخطوة الأولى هي تحديد العناصر التي سيتم إعادة استخدامها وإنشاء تصميم قياسي لكل منها.
لا ترتبط جميع عناصر تصميم HMI بالأجهزة المادية. كائنات HMI ، مثل أزرار البدء/الإيقاف ، ومؤشرات التشغيل/الإيقاف ، وقيم الوصفة ، وعلامات إدخال البيانات ، هي بنيات منطقية ضرورية للتفاعل مع HMI مع وحدة التحكم ، ولكن لا يتم وصفها بالضرورة في أي مستندات تصميم ميكانيكية أو كهربائية.
عندما يتعلق الأمر بوحدات التحكم ، وعادة ما تكون وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) ، يجب تطوير HMI بالتزامن مع رمز PLC. إذا كانت PLC تحتوي على أجهزة خاصة أجهزة أو قيم مشتقة أخرى ، مثل أوقات تشغيل المحرك ، فيجب على HMI التعامل مع هذه الإنذارات.
بناء لوحة القصة
القصص المصورة هي وسيلة لرسم خريطة العملية الإبداعية. غالبًا ما ترتبط بالأفلام ، ولكن يمكن أن تكون مفيدة أيضًا في إنشاء الروايات والهندسة المعمارية والبرامج. عند تطوير HMIs المصنع ، تسمح القصص المصممة للمصممين بتخطيط عدد الشاشات والتسلسلات الهرمية المطلوبة حتى يتمكن الفريق من مراجعة العملية قبل القيام بأعمال تكوين HMI المهمة.
يمكن للمصممين إنشاء ألواح قصص باستخدام الخطوط العريضة المستندة إلى النصوص أو جداول البيانات أو الرسومات أو مجموعة من التقنيات.
أيًا كانت الطريقة التي يتم استخدامها ، يجب أن تكون مرنة وتسمح لفريق المراجعة بفهم والمساعدة في اتخاذ ترتيبات جيدة.
يجب أن تُظهر لوحة العمل كيف يتم ربط النظام والأنظمة الفرعية والتفاصيل الأخرى ، والتي تعني من حيث الشروط العادية ما يتم عرضه على كل شاشة. يعتمد هذا الترتيب اعتمادًا كبيرًا على تعقيد الأتمتة وكائنات لبنة البناء التي يجب عرضها.
قد يتم تكوين الجهاز الأساسي مع شاشات واحدة أو شاشتين فقط لتصوير جميع ظروف التشغيل وتوفير بعض الكائنات لتفاعل المشغل. تحتوي الآلات الأكثر تعقيدًا على المزيد من الشاشات ، التي توفر بعضها مدخلات مفصلة للمشغل ، واتجاهات البيانات التاريخية ، وسجلات الإنذار/الأحداث ، والأداء المشتق والمعلومات التشخيصية.
بمجرد أن يصل تعقيد أتمتة المصنع إلى مستوى معين ، قد يكون من المفيد تقديم مفهوم التسلسل الهرمي التنظيمي HMI ، على سبيل المثال:
● لوحة معلومات المستوى 1: توفر "نظرة عامة" للمعلومات التشغيلية ؛
● عنصر التحكم النموذجي المستوى 2: شاشة تشغيلية مبسطة توفر خيارات المراقبة والتحكم الأساسية ؛
● عناصر تحكم مفصلة المستوى 3: شاشات تشغيلية مفصلة توفر معلومات أكثر من المستوى 2 ؛
● عناصر تحكم محددة المستوى 4: النوافذ المنبثقة مع التكوين التفصيلي أو المعلومات التشخيصية التي يتم استخدامها بشكل غير متكرر.
عند بناء لوحة العمل ، من المهم أن نتذكر أنه يجب على أعضاء الفريق أن يشملوا ليس فقط المبرمجين ، ولكن أيضًا أشخاص من التخصصات الهندسية الأخرى ، وكذلك موظفي العمليات وأعضاء الصيانة والمسؤولين. يجب أن يساهم كل عضو وفقًا لدوره.
تحديد نمط HMI
يشمل نمط HMI عددًا من عوامل المظهر والشعور والوظيفة. يتطلب المفهوم الحالي لـ "عالية الأداء" HMI الحد الأدنى من الألوان ، والكائنات البسيطة ، وما يتبناه المستخدم يجب أن يكون مناسبًا لتطبيقه الخاص. تتضمن الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار عند إنشاء دليل نمط HMI التنقل والصلاحية ، واختيار الألوان ، وتعريفات نص البيانات ، والرسومات البسيطة ، وسهولة الاستخدام.
1. إعدادات التنقل. يشير المنطق السليم إلى أن أهم عناصر التحكم هي عادة أوامر البدء والإيقاف ، وأزرار التنقل ، والتي يجب أن تكون سهلة الاستخدام دائمًا. من الممارسات الشائعة حجز بعض المساحة على كل شاشة لعناصر التحكم هذه.
عادةً ما تكون النوافذ المنبثقة شاشات أصغر تظهر أمام الشاشة المعروضة بالكامل ويمكن استخدامها لعرضها مؤقتًا وإدخال معلومات محددة للغاية ثم أغلقها. في بعض الأحيان يكون من المفيد السماح للنوافذ المنبثقة بالاستمرار ، مثل لوحة التعديل النسبية المنتظمة (PID). ومع ذلك ، على الرغم من أن النوافذ المنبثقة مفيدة للمهام التفصيلية المستخدمة بشكل غير متكرر ، إلا أنها يمكن أن تتداخل مع العمليات العادية وتشغيل المساحة على الشاشة ، لذلك ينبغي تجنبها قدر الإمكان.
يجب استخدام كلمات المرور حسب الحاجة للأمان ، ولكن يجب استخدامها بحذر لتجنب قفل النظام وإعاقة موظفي العمليات. غالبًا ما يكون من المفيد إجراء تعديلات على معلمات الجهاز على شاشة واحدة محمية بكلمة مرور.
2. استخدم اللون بحذر. يمكن استخدام الألوان للخلفيات والخطوط والعناصر الثابتة والكائنات المتحركة ، ولكن يمكن أن تكون موضوع HMI مثير للجدل للغاية. توصي معظم المعايير باستخدام خلفيات رمادية فاتحة والكائنات الرمادية وحفظ اللون لظروف العمل غير العادية. هذا يوفر رؤية سهلة ويشير إلى أحداث مهمة للمستخدم. ومع ذلك ، قد تقرر بعض الصناعات أو المعدات استخدام اللون. تستخدم صناعة الطاقة عادةً اللون الأحمر للتنشيط (الخطر) والأخضر لقضاء على الطاقة (السلامة). إذا كان عنصر الجهاز يحتوي على ثلاثة أنظمة فرعية مشفرة بالألوان ، فيجب تضمين هذه الألوان في شريط العنوان لسهولة التعرف.
أيضًا ، يرجى تجنب استخدام ترميز الألوان المتحركة الذي يعتمد فقط على الكائن. إذا كان ذلك ممكنًا ، فمن الأفضل توفير رموز تكميلية مساعدة للإشارة إلى حالة أو حالة.
3. تحديد بيانات النص. تمتد الأنماط أيضًا إلى الخطوط المستخدمة وما إذا كان النص قد تم رسملة. حدد سوى عدد قليل من الخطوط لتغطية الخيارات اللازمة. احجز خطوطًا أكبر أو جريئة للعناوين والمحتوى المهمين والخطوط الأصغر للحصول على التفاصيل. اكتشف القيم للعرض فقط والتي يمكن إدخالها من قبل موظفي العمليات. تشمل الوحدات الهندسية والنطاقات المسموح بها.
4. تبسيط الرسومات لتحسين الكفاءة التشغيلية. واحدة من الفوائد الرئيسية لـ HMI الرقمية هي القدرة على عرض المستخدمين على الصور الرسومية والرموز التي لا تحتاج إلى قراءة أو تقليل سوء الفهم المحتمل بسبب حواجز اللغة. ومع ذلك ، هذا لا يعني أن الرسومات يجب أن تكون رسومات هندسية مفصلة أو صور فوتوغرافية معقدة أو أي رسوم متحركة.
بدلاً من ذلك ، تتمثل أفضل الممارسات الحديثة في توفير رسومات مبسطة مبسطة كلما أمكن ذلك. يمكن أن تكون الرسوم المتحركة مفيدة في بعض المواقف المحدودة ، لكنها تستهلك موارد المعالجة وغالبًا ما تعتبر إلهاء.
في حين أن استخدام صور نقطية يتم تثبيته ، هناك العديد من الأسباب الجيدة لتضمينها في أتمتة المصنع. على سبيل المثال ، يمكن للمصممين تسمية صور المعدات والمكونات ذات الأسهم للإشارة بوضوح إلى المستخدم حيث تحدث مشكلة.
5. قابلية الاستخدام أولاً. انظر إلى ميزات متقدمة أخرى من شأنها أن تساعد المشغل على أداء وظيفته. بدلاً من مجرد عرض المستوى الحالي للسفينة ، أظهر المستوى كاتجاه حتى يتمكن المشغل من معرفة مدى عمل النظام مؤخرًا. انتقل خطوة إلى الأمام وعرض قيم مؤشر المفاتيح على الشاشة عبر عمليات التجديد المصغرة.
ينطبق مفهوم مماثل على الإنذارات. بالنسبة لمعظم الأنظمة ، من المهم الإشارة إلى الإنذارات النشطة حاليًا. يمكن أن يساعد سجل الإنذار/الحدث التاريخي التفصيلي مع التاريخ/الطوابع الزمنية في استكشاف الأخطاء وإصلاحها في الوقت المناسب من خلال السماح للمستخدم بمعرفة كيفية تطوير المشكلة.
الوعي الظرفي هو الهدف
تم تطوير مفهوم الوعي الظرفي من العقيدة العسكرية ومؤخراً من الطيران ، ولكنه ينطبق أيضًا على تصميم أتمتة المصانع الصناعية. الهدف النهائي لـ HMI لأنظمة الأتمتة هو توفير جميع المعلومات ذات الصلة حتى يتمكن المستخدم من فهم ما يحدث ومعرفة ما يجب القيام به.
في حين أن الشركات الهندسية الكبيرة أو شركات مرفقات العمليات قد يكون لديها موارد مهمة لتخصيصها لتطوير HMI ، فإن الشركات الأصغر ، وتكامل النظام ، ومصنعي المعدات الأصلية ، يمكنها الاستفادة الكاملة من أحدث مفاهيم التصميم. ضع في اعتبارك موضوعات التصميم والخبرات الموضحة أعلاه في بداية عملية التصميم ، وإشراك الموظفين الرئيسيين لضمان إنشاء تجربة HMI نظيفة وسهلة الاستخدام.