تُعرَّف واجهة الآلة البشرية أو HMI بأنها ميزة أو مكون لجهاز أو تطبيق برمجي معين يمكّن البشر من التفاعل مع الآلات. ومن أمثلة أجهزة HMI الشائعة التي نصادفها في حياتنا اليومية شاشات اللمس ولوحات المفاتيح.
تُستخدم واجهات الإنسان والآلة في البيئات الصناعية في المقام الأول كشاشات أو شاشات تعمل باللمس تربط المستخدمين بالآلات أو الأنظمة أو المعدات. يستخدم مشغلو المصانع واجهات الإنسان والآلة للتحكم في الآلات وخطوط إنتاجها وأتمتتها. يمكن أن تكون واجهات الإنسان والآلة عبارة عن شاشات عرض بسيطة مثبتة على آلات المصانع، أو شاشات تعمل باللمس متقدمة، أو لوحات تحكم متعددة اللمس، أو أزرار دفع، أو أجهزة كمبيوتر مزودة بلوحات مفاتيح، أو أجهزة محمولة، أو أجهزة لوحية.
تمت الترجمة باستخدام DeepL.com (النسخة المجانية)
تطور واجهة الإنسان والآلة
التفاعل مع الآلات باستخدام المعالجة الدفعية
في الخمسينيات من القرن العشرين، كانت المعالجة الدفعية هي الأسلوب السائد للتعامل مع الآلات فيما يتعلق بالإدخال.
تتطلب المعالجة الدفعية من المستخدم تحديد جميع التفاصيل وتسلسل المهام، وعادةً ما يكون ذلك باستخدام بطاقة مثقبة. يتم إدخال هذه البطاقة المثقوبة في الآلة. تقوم الآلة بتقييم البطاقة المثقوبة وتقديم النتائج. المعالجة الدفعية ليست طريقة فعالة للتفاعل بين الإنسان والآلة لأن التقنية معرضة للأخطاء.
التفاعل مع الآلات باستخدام واجهة سطر الأوامر
تتبع عملية تطوير واجهة سطر الأوامر عملية المعالجة الدفعية. وتعد معالجة سطر الأوامر طريقة أكثر تفاعلية لتفاعل المستخدم مع الجهاز وتسمح للمستخدم بإصدار أوامر مباشرة للجهاز. ويتم ذلك عن طريق إدخال أسطر متتالية من النص باستخدام برنامج يقبل النص. وكانت هذه هي الطريقة الأساسية للتعامل مع الأجهزة في ستينيات القرن العشرين.
التفاعل مع الآلات باستخدام واجهات المستخدم الرسومية
تشكل واجهات المستخدم الرسومية (GUIs) المرحلة التالية من التفاعل بين الإنسان والحاسوب. تسمح هذه الواجهات للمستخدمين النهائيين بالتفاعل مع الآلات باستخدام عناصر رسومية غنية مثل النوافذ والأزرار والأيقونات. يُطلق على هذا نموذج WIMP (النوافذ والأيقونات والقوائم والمؤشرات). تشمل الأجهزة الفعلية المستخدمة للتفاعل أجهزة مثل لوحات المفاتيح والفئران.
مرحلة ما بعد WIMP
مع زيادة استخدام أجهزة الكمبيوتر والتكنولوجيا في المجتمع الحديث، أصبح من الضروري الوصول إلى مستوى أكثر تطورًا من التفاعل بين الإنسان والكمبيوتر. وقد أدى هذا إلى تطوير شاشات تعمل باللمس وواجهات مستخدم قابلة للإمساك بها تسمح للمستخدمين بالتفاعل مع الأشياء الافتراضية باستخدام مقابض مادية.
واجهة الإنسان والآلة والتصنيع
دور واجهة الإنسان والآلة في أنظمة SCADA
تعتمد معظم أنظمة SCADA (التحكم الإشرافي واكتساب البيانات) على مكونات HMI المضمنة من أجل العمل بكفاءة؛ نظام SCADA هو نظام التحكم الشامل الرئيسي في المصنع أو المنشأة وهو المسؤول عن تنظيم جميع العمليات المعقدة التي تحدث.
تقليديًا، من أجل دمج خط إنتاج مع واجهة آلة الإنسان (HMI)، يجب توصيل واجهة آلة الإنسان (HMI) بوحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) وتعرض واجهة آلة الإنسان (HMI) البيانات المستلمة من وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وتوفر الإدخال من المستخدم إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). غالبًا ما تكون هذه العروض الرسومية بسيطة للغاية.
تتيح واجهة HMI الأساسية للمشغل أو مدير المصنع التحقق من المعلمات النموذجية مثل درجة حرارة الماكينة وعدد العمليات وحالة الماكينة وعدد المواد.
أمثلة على HMI وSCADA
توجد سيناريوهات قياسية تتضمن تفاعلات بين الإنسان والآلة في العديد من محطات معالجة المياه والصرف الصحي. وغالبًا ما تواجه هذه المرافق تحديات لأن معالجة المياه تنطوي على مراحل عديدة، مثل الفرز والضخ وإزالة الكائنات الحية الدقيقة الضارة والبقايا المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تحدث كل مرحلة من مراحل المعالجة في مناطق تبعد كيلومترات عن بعضها البعض، مما يعني أن مراقبة المعدات والعمليات والتحكم فيها قد يشكل تحديًا.
يتم عادةً توصيل شاشة HMI المدمجة في نظام SCADA بجهاز PLC، والذي يسمح بعد ذلك للمشغل بمراقبة مستويات المياه أو الرقم الهيدروجيني أو المضخات أو المواد الصلبة المذابة أو مستويات بعض المواد الكيميائية السامة عن بعد.
يمكن استخدام واجهة المستخدم الرسومية لتشغيل المضخات وإيقاف تشغيلها بناءً على مستوى الخزان. بالإضافة إلى ذلك، إذا انخفض الرقم الهيدروجيني إلى ما دون مستوى معين، فإن واجهة المستخدم الرسومية تعرض عادةً إنذارًا، يمكن تعديله باستخدام شاشة اللمس. وبهذه الطريقة، تمكن واجهة المستخدم الرسومية المشغل من مراقبة والتحكم في عمليات ومراحل معالجة المياه.
تتميز العديد من واجهات المستخدم الصناعية الحديثة التي تم تطويرها لبيئة المصانع الذكية بقدرات الوسائط المتعددة. فهي تسمح للمستخدمين بتلقي تنبيهات الرسائل القصيرة المتكاملة حول حالة الماكينة، وتنبيهات البريد الإلكتروني، ومشاهدة مقاطع الفيديو المتكاملة لعمليات أرضية المصنع. وتسمح واجهات المستخدم الصناعية الأكثر تطورًا بالتحكم عن بُعد في العديد من الآلات والعمليات في مواقع متعددة، فضلاً عن تحليل عمليات المصنع. كما يمكن لواجهات المستخدم الصناعية عرض لوحات معلومات تحتوي على مؤشرات الأداء الرئيسية المتعلقة بالتصنيع والمصنع.
ونتيجة لذلك، يتطور دور واجهة الإنسان والآلة بسرعة مع استمرار دمج التقنيات الجديدة.
الفوائد الرئيسية للاستثمار في واجهة الإنسان والآلة المتقدمة لمصنعك
يوجد عدد من أجهزة واجهة الإنسان والآلة المتقدمة في السوق اليوم والتي يمكنها مراقبة الآلات في المصنع والتحكم فيها. من حيث الاستثمار في جهاز واجهة الإنسان والآلة المتقدم المزود بميزات متعددة، مثل القدرة على مراقبة الآلات عن بُعد واستخدام لوحات معلومات مخرجات مؤشرات الأداء الرئيسية، فإن الفائدة الرئيسية هي تبسيط عمليات المصنع وعملياته.
تتمثل إحدى المزايا الرئيسية الأخرى في القدرة على عرض البيانات المهمة في الوقت الفعلي بسهولة. تساعد هذه السمات التي تتمتع بها أجهزة واجهة الإنسان والآلة المتقدمة الحديثة بشكل كبير في تقليل تعقيد بيئة المصنع.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لأصحاب المصانع استخدام واجهات المستخدم التفاعلية للاستجابة بسرعة للظروف المتغيرة أو الصعبة. ونتيجة لذلك، تزداد الكفاءة بسبب تقليل وقت التوقف عن العمل. وهذا يمنح أصحاب المصانع أنظمة ذكية يمكنها تقليل التكاليف والنفايات وتحسين العمليات والربحية في نهاية المطاف.
في المستقبل، ستصبح واجهات آلة الإنسان والآلة على مستوى الحافة أو الآلة أكثر قوة وستتاح لها الفرصة للتنافس في الوقت الفعلي.
هل يجب أن أقوم ببناء أو شراء HMI؟
السؤال الذي يواجهه أصحاب المصانع غالبًا هو "هل ينبغي لي أن أصنع أو أشتري واجهة آلة بشرية؟". هذا سؤال واسع جدًا ولا توجد إجابة سهلة له نظرًا لوجود العديد من المتغيرات التي يجب مراعاتها. فيما يلي بعض الأسئلة التي يجب طرحها:
- ما هي العمليات والإجراءات التي تحتاجها واجهات الإنسان والآلة للتحكم في المصنع؟
- ما هي الآلات والمعايير التي يحتاج المصنع إلى مراقبتها؟
- ما مدى التعقيد الذي يجب أن تكون عليه واجهة الإنسان والآلة؟
- هل تمتلك المنظمة الخبرة والمعرفة الداخلية؟
- هل لدى صاحب المصنع الوقت الكافي لتصميم وتطوير واختبار واجهة الإنسان والآلة؟
- حاجة السوق إلى تحديث المنتجات بسرعة وما إذا كان من الممكن داخل الشركة القيام بذلك
- كما أن السوق يفرض أيضًا تقدمًا تكنولوجيًا سريعًا، لذا تنطبق نفس الاعتبارات
- هل من الممكن دمج التكنولوجيا الخارجية في فريق التطوير الداخلي الحالي؟
- ما هي الميزانية المتاحة؟
- ما هو الهدف النهائي؛ نموذج أولي بسيط لمشروع بحثي أو نسخة متحكم بها تعمل بكامل طاقتها من واجهة الإنسان والآلة؟
في النهاية، ما لم يكن لدى مالك المصنع أو الشركة المصنعة خبرة في تصميم وتطوير وبناء أجهزة واجهة الإنسان والآلة، فمن المنطقي غالبًا شراء هذه الأجهزة. وهذا من شأنه أن يوفر الوقت ويوفر حلاً تم اختباره. على أقل تقدير، يجب إجراء البحث ويجب على الشركة المصنعة أو مالك المصنع استشارة مستشار أو خبير قبل الشروع في تصميم أجهزة واجهة الإنسان والآلة الخاصة به.
مستقبل التفاعل بين الإنسان والحاسوب
في الوقت الحالي، هناك تنبؤات مختلفة حول الشكل الذي قد يبدو عليه مستقبل المستوى التالي من التفاعل بين الإنسان والآلة. ومن المتوقع أن تلعب تقنيات مثل الحوسبة السحابية والحوسبة المعرفية وإنترنت الأشياء (IoT) دورًا في تطوير المستوى التالي من التفاعل بين الإنسان والآلة.
إن التنبؤ بما قد ينشأ في المستوى التالي من المشاركة يشكل تحدياً كبيراً. ولكن لا شك أن الشراكات بين الإنسان والكمبيوتر سوف ترتفع إلى مستوى أعلى، وهو ما من شأنه أن يدفع الإنتاجية عبر الصناعات المختلفة.
من حيث متطلبات الصناعة 4.0، سوف تشهد واجهة آلة الإنسان والآلة الصناعية أيضًا مزيدًا من تكامل التقنيات الجديدة والناشئة التي سيكون لها تأثير على واجهة آلة الإنسان والآلة ككل.