تحقيق الكفاءة من خلال تصميم أفضل لواجهات التفاعل بين الإنسان والآلة وتجربة المستخدم وواجهته
يجب على واجهات التفاعل بين الإنسان والآلة الحديثة تحويل الكميات المتزايدة من البيانات الصناعية إلى معلومات واضحة وقابلة للتنفيذ. ويساعد تحسين واجهة المستخدم وتجربة المستخدم المشغلين على اكتشاف المش...
تتمتع المصانع الصناعية بإمكانية الوصول إلى بيانات تشغيلية أكثر من أي وقت مضى.
تكمن المشكلة الأصعب في تحديد المعلومات التي يحتاج إليها الناس فعليًا وعرضها بوضوح كافٍ لدعم القرارات السريعة.
لا يستطيع المشغّل الذي يستجيب لحالة عملية غير طبيعية قضاء عدة دقائق في البحث عبر الشاشات ومئات القيم.
يحتاج المهندس الذي يحقق في أداء المعدات إلى سياق تاريخي بدلًا من قراءات معزولة.
قد يحتاج مدير الإنتاج إلى عرض مختلف تمامًا يوضح وقت التشغيل، والإنتاج، والجودة، وغير ذلك من مؤشرات الأداء الرئيسية.
وهذا يجعل تصميم واجهة الإنسان والآلة أكثر من مجرد تمرين رسومي.
يقع تصميم واجهة الإنسان والآلة بين بيانات الأتمتة واتخاذ القرارات البشرية.
تساعد استراتيجية قوية لواجهة المستخدم وتجربة المستخدم على تحويل قيم وحدات التحكم والإنذارات والسجلات التاريخية إلى معلومات يمكن للناس استخدامها فعليًا.
لا يتمثل الهدف في جعل الشاشات الصناعية مبهرة بصريًا.
يتمثل الهدف في تقليل الجهد المطلوب لفهم ما تفعله العملية، ومكان الحاجة إلى الانتباه، والإجراء الذي ينبغي اتخاذه بعد ذلك.
تكون البيانات الصناعية مفيدة فقط عندما يستطيع الناس تفسيرها
يمكن لأنظمة التحكم الحديثة جمع كميات هائلة من المعلومات من وحدات التحكم المنطقي القابلة للبرمجة، ووحدات القيادة، والأجهزة، والمستشعرات، والأجهزة الميدانية الذكية.
ومع ذلك، لا تؤدي البيانات الإضافية تلقائيًا إلى تحسين العمليات.
يمكن لواجهة إنسان وآلة سيئة الهيكلة أن تعرض مئات المتغيرات، مع الاستمرار في جعل تشخيص مشكلة بسيطة أمرًا صعبًا.
قد يحتاج المشغّلون إلى التنقل بين شاشات متعددة لفهم حدث واحد.
قد تحظى القيم المهمة بنفس التركيز البصري الذي تحظى به المعلومات الروتينية.
قد تشرح رسائل الإنذار أن شيئًا ما قد تعطل، من دون عرض ظروف العملية التي أدت إلى الحدث.
يعالج تصميم واجهة المستخدم وتجربة المستخدم الجيد هذه المشكلات من خلال تحديد المعلومات حول القرار الذي يتعين على المستخدم اتخاذه.
ينطبق ذلك على موظفي المصنع ومستخدمي الأعمال على حد سواء.
يحتاج المشغّلون إلى وعي فوري بحالة الآلة والعملية.
تحتاج فرق الهندسة إلى تفاصيل تشخيصية واتجاهات تاريخية.
قد تحتاج الإدارة إلى مؤشرات الإنتاج والأداء بدلًا من قيم الأجهزة الفردية.
يمكن لنظام الأتمتة نفسه أن يخدم المجموعات الثلاث جميعًا، لكن لا ينبغي بالضرورة أن تتلقى شاشات متطابقة.
يحتاج المشغّلون إلى واجهات يمكنهم فهمها فورًا
تحدث العديد من قرارات المشغّلين خلال ثوانٍ.
عندما تبدأ العملية بالخروج عن نطاقها المتوقع، ينبغي أن تجعل الواجهة التعرّف على الحالة غير الطبيعية أمرًا سهلًا.
يُعد الترتيب المنطقي أحد أسس تصميم واجهة الإنسان والآلة القابلة للاستخدام.
ينبغي إبقاء عناصر التحكم المرتبطة معًا.
يجب أن تتبع آلية التنقل الهيكلَ المادي أو الوظيفي للآلة.
ينبغي أن تشغل مؤشرات العملية المهمة مواقع متوقعة بدلًا من انتقالها بين الشاشات.
يقلل الاتساق مقدار التفسير المطلوب من المشغل.
إذا استخدمت كل شاشة معدات تخطيطًا أو نظام ألوان أو اصطلاح إنذارات مختلفًا، فسيتعين على العاملين إعادة تعلم كيفية قراءة الواجهة مرارًا.
يسمح القالب المتسق ببقاء الانتباه منصبًا على العملية بدلًا من البرنامج.
يصبح هذا مهمًا بشكل خاص في المصانع الكبيرة حيث يشرف المشغلون على مناطق إنتاج متعددة أو عائلات مختلفة من المعدات.
السياق يحول الرقم إلى معلومات مفيدة
من السهل عرض قيمة رقمية.
يصبح شرح ما تعنيه القيمة في حالة التشغيل الحالية أكثر صعوبة.
لنفترض أن درجة حرارة العملية تبلغ 78°C.
لا يخبر الرقم وحده المشغل بما إذا كانت الحالة طبيعية أو تتزايد بسرعة أو تقترب من حد التشغيل.
يمكن لاتجاه تاريخي صغير أن يوفر هذا السياق فورًا.
يمكن للمشغل رؤية ما إذا كانت درجة الحرارة قد ظلت مستقرة أو استمرت في الارتفاع.
ينطبق المبدأ نفسه على الضغط والتيار والتدفق والاهتزاز ومعدل الإنتاج.
تساعد البيانات التاريخية أيضًا على التمييز بين الاضطرابات المؤقتة والمشكلات النامية.
قد يتطلب الانحراف القصير الذي يعود إلى الوضع الطبيعي استجابة مختلفة عن متغير انحرف تدريجيًا على مدى عدة ساعات.
يصبح السياق أكثر قيمة عندما تُعرض المتغيرات المرتبطة معًا.
قد يصبح انخفاض معدل التدفق أكثر وضوحًا عند عرضه بجانب تيار المضخة وموضع الصمام والضغط عند المنبع.
وبذلك تصبح واجهة HMI أداة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها بدلًا من كونها مجرد لوحة أدوات رقمية.
يعطي تصميم HMI عالي الأداء الأولوية للحالات غير الطبيعية
كانت الشاشات الصناعية تُملأ عادةً بالألوان الزاهية والتدرجات والرسومات التفصيلية جدًا للمعدات.
قد تبدو الشاشات الغنية بصريًا جذابة، لكنها تجعل تحديد الحالات غير الطبيعية أكثر صعوبة.
تتبع مبادئ HMI عالية الأداء نهجًا مختلفًا.
تُعرض الظروف الطبيعية عمومًا بتأكيد بصري متحفظ.
تُحجز الألوان القوية والمؤشرات البارزة للظروف التي تتطلب الانتباه.
يسمح ذلك بظهور الحالة غير الطبيعية فورًا.
قد تشمل التقنيات المرئية المفيدة المؤشرات التناظرية والرسوم البيانية المصغرة ومخططات الاتجاهات وحالات الإنذار المميزة بوضوح.
يمكن أن تساعد البرمجة الزائدة أيضًا في تحسين التفسير.
ينبغي ألا يعتمد الإنذار بالكامل على لون واحد.
يمكن أن يوفر النص أو الرموز أو الموضع أو الشكل مؤشرًا آخر على الحالة.
يُعد هذا مفيدًا في ظروف الرؤية الصعبة وللمستخدمين الذين قد يميزون الألوان بشكل مختلف.
الشكل 1. تجمع HMI عالية الأداء بين حالة المعدات والإنذارات واتجاهات العملية، بحيث يمكن تحديد الحالات غير الطبيعية بسرعة.
يحتاج المستخدمون المختلفون إلى معلومات مختلفة
المشغّل ليس الشخص الوحيد الذي يستخدم البيانات الصناعية.
قد يتفاعل مهندسو الصيانة ومهندسو العمليات والمشرفون وفرق الإدارة جميعًا مع المعلومات التي تنشئها منصة الأتمتة نفسها.
أهدافهم مختلفة.
قد يحتاج المشغّل إلى تيار المحرك لأنه يساعده على تحديد ما إذا كانت المعدات تعمل بشكل صحيح.
قد يرغب مهندس الصيانة في الاطلاع على السجل الحالي وساعات التشغيل وسجلات الأعطال.
قد يهتم المدير أكثر بتوافر المعدات وخسائر الإنتاج المرتبطة بالأعطال المتكررة.
تدرك بنية HMI المتمحورة حول المستخدم هذه الاختلافات.
بدلًا من إنشاء لوحة معلومات واحدة مثقلة للجميع، يمكن للنظام توفير عروض مخصصة حسب الدور.
تبقى المعلومات الأساسية مترابطة، لكن كل مستخدم يرى مستوى التفاصيل المطلوب لاتخاذ قرار معين.
يتطلب تصميم هذه العروض فهم كيفية عمل الأشخاص فعليًا.
يحتاج المهندسون إلى تحديد مؤشرات الأداء الرئيسية التي تستخدمها كل مجموعة، ومدى تكرار حاجتها إليها، والقرارات التي تترتب على تلك المؤشرات.
وغالبًا ما تكون النتيجة أبسط من إتاحة كل وسم متاح.
يغيّر الوصول عبر الأجهزة المحمولة أماكن اتخاذ القرارات
لم تعد العمليات الصناعية محصورة في المحطات الثابتة المثبتة بجانب الآلة.
يصل المهندسون والمشرفون بشكل متزايد إلى معلومات الإنتاج من أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والأجهزة المحمولة.
تدعم تقنية HMI المستندة إلى الويب هذا التغيير من خلال إتاحة تشغيل تطبيقات العرض المرئي عبر منصات أجهزة مختلفة.
يمكن لواجهة قائمة على المتصفح تقليل الاعتماد على نظام تشغيل محدد أو إعداد محطة عمل معين.
هذا لا يعني أن كل وظيفة تحكم ينبغي أن تصبح متاحة تلقائيًا من هاتف ذكي.
ينشئ العرض المرئي عن بُعد والتحكم عن بُعد مستويات مختلفة من المخاطر التشغيلية.
يجب أن تحدد أذونات الوصول والمصادقة والأمن السيبراني ومتطلبات السلامة ما يُسمح لكل مستخدم عن بُعد بفعله.
بالنسبة إلى العديد من التطبيقات، توفر إمكانية الرؤية عن بُعد وحدها قيمة كبيرة.
يمكن للمهندس الذي يتلقى إنذارًا مراجعة ظروف التشغيل قبل التوجه إلى المعدات.
يمكن لموظفي الصيانة فحص الاتجاهات والتشخيصات أثناء وقوفهم بجانب الآلة.
يمكن للمشرفين مراجعة حالة الإنتاج دون العودة إلى غرفة التحكم المركزية.
بالنسبة إلى المنشآت التي تستخدم أنظمة HMI والحوسبة الصناعية الحديثة، أصبحت هذه المرونة اعتبارًا تصميميًا متزايد الأهمية.
الشكل 2. تتيح التصورات المستندة إلى الويب الوصول إلى المعلومات الصناعية المصرّح بها عبر أنواع مختلفة من الأجهزة.
يمكن للأجهزة المحمولة أن تضيف أكثر من مجرد شاشة أخرى
يمكن للواجهة المحمولة أيضًا استخدام إمكانات غير متاحة في واجهة الإنسان والآلة التقليدية الثابتة.
يمكن للكاميرات توفير تأكيد مرئي لحالات المعدات.
يمكن لرموز QR ربط الأصول المادية بسجلات الصيانة أو الوثائق أو معلومات الجهاز.
يمكن للواجهات اللاسلكية جمع البيانات من الأجهزة الميدانية المتوافقة.
يمكن لمعلومات الموقع أيضًا أن تدعم تحديد الأصول أو إجراءات الصيانة الميدانية، حيثما كان ذلك مناسبًا.
لنفترض وجود إنذار مُبلّغ عنه بانعدام التدفق.
تشير بيانات العملية إلى انعدام التدفق، لكن المهندس لا يزال بحاجة إلى تحديد ما إذا كانت العملية قد توقفت بالفعل.
قد توفر كاميرا قريبة أو وسيلة رصد مستقلة أخرى أدلة إضافية قبل أن يصل شخص ما فعليًا إلى المعدات.
وهذا لا يحل محل أجهزة القياس.
فهي توفر مصدرًا إضافيًا للسياق عند استكشاف حالة غير طبيعية وإصلاحها.
ينبغي أن تدعم لوحات المعلومات القرارات، لا أن تعرض كل شيء
من الأخطاء الشائعة في واجهة الإنسان والآلة إنشاء لوحات معلومات استنادًا إلى البيانات المتاحة فحسب.
يبدأ النهج الأقوى من القرار الذي يحتاج المستخدم إلى اتخاذه.
قد تبرز لوحة معلومات الصيانة الأعطال النشطة ومؤشرات حالة المعدات ومتطلبات الخدمة القادمة.
قد تركز لوحة معلومات الإنتاج على معدل الإنتاج ووقت التوقف والجودة وأداء الجدول الزمني.
قد تعرض شاشة هندسية اتجاهات أعمق للعملية وبيانات تشخيص وحدات التحكم.
يمكن أن تتغير لوحات المعلومات الديناميكية وفقًا لحالة التشغيل.
أثناء الإنتاج العادي، قد تعرض الواجهة نظرة عامة موجزة.
عند حدوث عطل، تصبح المعلومات التشخيصية أكثر بروزًا.
عند بدء الصيانة، قد تعرض الواجهة سجلات أو إجراءات مختلفة.
لذلك، يكيّف البرنامج تسلسل المعلومات الهرمي مع المهمة الحالية.
يمكن لهذا النهج أن يقلل بدرجة كبيرة من التنقل بين الشاشات غير ذات الصلة.
تصميم الإنذارات جزء من تجربة المستخدم
ترتبط إدارة الإنذارات ارتباطًا وثيقًا بسهولة استخدام واجهة الإنسان والآلة (HMI).
إذا عرضت الواجهة مئات الإنذارات منخفضة القيمة بالأولوية نفسها، فقد يواجه المشغلون صعوبة في تحديد الحالة التي تتطلب اهتمامًا فوريًا.
قد تكون موجات الإنذارات صعبة بشكل خاص أثناء توقفات المعدات.
قد يؤدي حدث مُبادِر واحد إلى توليد العديد من الإنذارات الثانوية خلال ثوانٍ.
يحتاج المستخدم إلى سياق كافٍ لتحديد الحدث الذي وقع أولًا والإنذارات التي نتجت عنه.
لذلك، تُعد دقة الطوابع الزمنية والأولوية والتجميع والتسلسل الزمني عوامل لا تقل أهمية عن شريط إنذار مرئي.
تدمج أنظمة الأتمتة المصممة جيدًا هذه الوظائف عبر طبقات PLC وHMI والإشراف.
قد تحتاج المصانع التي تقيّم البنى الأوسع نطاقًا أيضًا إلى مراعاة كيفية إتاحة أنظمة PLC وPAC لبيانات التشخيص لطبقة التصوير المرئي.
يمكن لتصميم أفضل لواجهة HMI تقصير مدة استكشاف الأعطال وإصلاحها
تتضح القيمة التشغيلية لواجهة المستخدم وتجربة المستخدم بأكبر قدر عندما يحدث خطب ما.
لنتأمل مضخة توقفت فجأة عن ضخ التدفق.
قد لا تبلغ الواجهة سيئة التصميم إلا عن إنذار عام للمضخة.
ثم يبدأ المشغّل في البحث عبر شاشات منفصلة عن حالة المحرك والتيار وموضع الصمام وضغط العملية.
يمكن لواجهة HMI جيدة التنظيم أن تجمع هذه العلاقات معًا.
قد يرى المشغّل فورًا أن المحرك يعمل، وأن صمام التصريف مفتوح، وأن الضغط قد تغير بشكل غير متوقع.
لا تشخّص هذه المعلومات العطل تلقائيًا.
وهذا يضيّق نطاق التحقيق.
يمكن لكل دقيقة يتم توفيرها أثناء تلك العملية أن تقلل فترة التوقف في المعدات التي يعتمد إنتاجها على التعافي السريع.
يجب تصميم واجهة المستخدم وتجربة المستخدم حول سلوك المصنع الفعلي
لا يمكن إنشاء أفضل تصميم لواجهة HMI بالكامل من خلف المكتب.
يحتاج المهندسون إلى فهم كيفية تفاعل المشغّلين مع العملية أثناء الإنتاج العادي وبدء التشغيل والإيقاف وظروف التشغيل غير الطبيعية.
قد تبدو الشاشة منطقية أثناء التطوير، لكنها قد تصبح محبطة عند استخدامها أثناء اضطراب فعلي في الإنتاج.
لذلك ينبغي أن تشمل الاختبارات الأشخاص الذين سيستخدمون الواجهة.
يمكن تقييم التنقل.
يمكن مراجعة سلوك الإنذارات.
يمكن نقل المعلومات التي يتم الوصول إليها بكثرة إلى موضع أقرب إلى شاشة التشغيل الأساسية.
يمكن إزالة العناصر غير الضرورية.
تُعدّ هذه العملية التكرارية جوهرية للتصميم الحقيقي المتمحور حول المستخدم.
غالبًا ما تكون أفضل واجهة صناعية هي التي يكاد المستخدمون لا يلاحظونها
ينبغي ألا تجبر واجهة HMI الناجحة المشغّلين على التفكير في الواجهة نفسها.
ينبغي أن يظل تركيزهم على الآلة والعملية وهدف الإنتاج.
لذلك تعتمد واجهة المستخدم وتجربة المستخدم الصناعيتان الجيدتان على الوضوح لا على الزخرفة.
تسلسل المعلومات الهرمي مهم.
السياق مهم.
الاتساق مهم.
يُعدّ التحكم في الوصول حسب الدور مهمًا.
يمكن لقدرات الأجهزة المحمولة وتقنيات الويب توسيع نطاق النظام، لكنها ينبغي أن تدعم الهدف الأساسي نفسه.
يحتاج الأشخاص إلى المعلومات المناسبة في اللحظة التي يتعين فيها اتخاذ القرار.
ومع استمرار الأنظمة الصناعية في جمع كميات أكبر من البيانات، ستصبح هذه المتطلبات أكثر أهمية، لا أقل.
لن تأتي الميزة التنافسية ببساطة من عرض مزيد من الوسوم أو الإنذارات أو لوحات المعلومات.
سيأتي ذلك من تصميم واجهات تساعد المشغّلين والمهندسين والمديرين على فهم ما تعنيه تلك الإشارات فعليًا.