افزایش بهره‌وری با طراحی بهتر HMI و UI/UX

کارخانه‌های صنعتی بیش از هر زمان دیگری به داده‌های عملیاتی دسترسی دارند.

مشکل دشوارتر، تعیین اطلاعاتی است که افراد واقعاً به آن نیاز دارند و ارائه شفاف آن به‌گونه‌ای که از تصمیم‌گیری سریع پشتیبانی کند.

اپراتوری که به یک وضعیت غیرعادی فرایند پاسخ می‌دهد، نمی‌تواند چند دقیقه را صرف جست‌وجو در میان صفحه‌ها و صدها مقدار کند.

مهندسی که عملکرد تجهیزات را بررسی می‌کند، به زمینه تاریخی نیاز دارد، نه قرائت‌های منفرد.

یک مدیر تولید ممکن است به نمایی کاملاً متفاوت نیاز داشته باشد که زمان کارکرد، میزان تولید، کیفیت و دیگر شاخص‌های کلیدی عملکرد را نشان دهد.

این موضوع طراحی رابط انسان و ماشین را به چیزی فراتر از یک فعالیت گرافیکی تبدیل می‌کند.

طراحی HMI میان داده‌های اتوماسیون و تصمیم‌گیری انسانی قرار دارد.

یک راهبرد قدرتمند برای رابط کاربری و تجربه کاربری به تبدیل مقادیر کنترلرها، هشدارها و سوابق تاریخی به اطلاعاتی کمک می‌کند که افراد واقعاً بتوانند از آن‌ها استفاده کنند.

هدف این نیست که صفحه‌های صنعتی از نظر بصری چشمگیر باشند.

هدف، کاهش تلاش لازم برای درک عملکرد فرایند، محل نیاز به توجه و اقدام بعدی است.

داده‌های صنعتی فقط زمانی مفیدند که افراد بتوانند آن‌ها را تفسیر کنند

سیستم‌های کنترل مدرن می‌توانند حجم عظیمی از اطلاعات را از PLCها، درایوها، تجهیزات اندازه‌گیری، حسگرها و تجهیزات هوشمند میدانی جمع‌آوری کنند.

بااین‌حال، داده‌های بیشتر به‌طور خودکار به بهره‌برداری بهتر منجر نمی‌شوند.

یک HMI با ساختار ضعیف می‌تواند صدها متغیر را نمایش دهد و همچنان تشخیص یک مشکل ساده را دشوار کند.

ممکن است اپراتورها برای درک یک رویداد مجبور شوند بین چندین صفحه جابه‌جا شوند.

ممکن است به مقادیر مهم همان تأکید بصری اطلاعات معمولی اختصاص داده شود.

پیام‌های هشدار ممکن است توضیح دهند که چیزی از کار افتاده است، بدون اینکه شرایط فرایندی منجر به آن رویداد را نشان دهند.

طراحی خوب UI/UX با تعریف اطلاعات بر اساس تصمیمی که کاربر باید بگیرد، این مشکلات را برطرف می‌کند.

این موضوع هم درباره کارکنان کارخانه و هم کاربران کسب‌وکار صدق می‌کند.

اپراتورها به آگاهی فوری از سلامت ماشین و فرایند نیاز دارند.

تیم‌های مهندسی به جزئیات تشخیصی و روندهای تاریخی نیاز دارند.

مدیریت ممکن است به شاخص‌های تولید و عملکرد نیاز داشته باشد، نه مقادیر تک‌تک تجهیزات.

یک سیستم اتوماسیون یکسان می‌تواند به هر سه گروه خدمت‌رسانی کند، اما لزوماً نباید صفحه‌های یکسانی به آن‌ها ارائه دهد.

اپراتورها به رابط‌هایی نیاز دارند که بتوانند فوراً آن‌ها را درک کنند

بسیاری از تصمیم‌های اپراتورها در عرض چند ثانیه گرفته می‌شوند.

وقتی یک فرایند از محدوده مورد انتظار خود خارج می‌شود، رابط کاربری باید تشخیص وضعیت غیرعادی را آسان کند.

جای‌گذاری منطقی یکی از پایه‌های طراحی HMI قابل‌استفاده است.

کنترل‌های مرتبط باید در کنار هم باقی بمانند.

ناوبری باید از ساختار فیزیکی یا عملکردی ماشین پیروی کند.

نشانگرهای مهم فرایند باید در موقعیت‌های قابل پیش‌بینی قرار داشته باشند، نه اینکه بین صفحه‌ها جابه‌جا شوند.

سازگاری، میزان تفسیری را که از اپراتور لازم است کاهش می‌دهد.

اگر هر صفحه تجهیزات از چیدمان، سامانه رنگی یا قرارداد هشدار متفاوتی استفاده کند، کارکنان باید پیوسته نحوه خواندن رابط را دوباره یاد بگیرند.

یک قالب سازگار اجازه می‌دهد توجه به‌جای نرم‌افزار، روی فرایند متمرکز بماند.

این موضوع به‌ویژه در کارخانه‌های بزرگی اهمیت دارد که اپراتورها بر چندین ناحیه تولید یا خانواده‌های مختلف تجهیزات نظارت می‌کنند.

زمینه، یک عدد را به اطلاعاتی مفید تبدیل می‌کند

نمایش یک مقدار عددی آسان است.

توضیح معنای این مقدار در شرایط عملیاتی فعلی دشوارتر است.

دمای فرایند ۷۸°C را در نظر بگیرید.

این عدد به‌تنهایی به اپراتور نمی‌گوید که وضعیت عادی است، به‌سرعت در حال افزایش است یا به یک حد عملیاتی نزدیک می‌شود.

یک روند تاریخی کوتاه می‌تواند فوراً این زمینه را فراهم کند.

اپراتور می‌تواند ببیند که آیا دما ثابت مانده یا به‌طور پیوسته افزایش یافته است.

همین اصل درباره فشار، جریان، دبی، ارتعاش و نرخ تولید نیز صدق می‌کند.

داده‌های تاریخی نیز به تمایز میان اختلالات موقت و مشکلات در حال شکل‌گیری کمک می‌کنند.

یک نوسان کوتاه که به حالت عادی بازمی‌گردد ممکن است به پاسخی متفاوت از متغیری نیاز داشته باشد که چندین ساعت به‌طور پیوسته از مقدار عادی منحرف شده است.

وقتی متغیرهای مرتبط در کنار هم نمایش داده شوند، زمینه اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

کاهش نرخ جریان ممکن است زمانی معنای بیشتری داشته باشد که در کنار جریان موتور پمپ، موقعیت شیر و فشار بالادست مشاهده شود.

در این حالت، رابط کاربری انسان و ماشین به‌جای صرفاً یک پنل ابزار دیجیتال، به ابزاری برای عیب‌یابی تبدیل می‌شود.

طراحی رابط کاربری انسان و ماشین با عملکرد بالا، شرایط غیرعادی را در اولویت قرار می‌دهد

صفحه‌های صنعتی زمانی معمولاً با رنگ‌های روشن، طیف‌های رنگی و گرافیک‌های بسیار دقیق تجهیزات پر می‌شدند.

صفحه‌های غنی از نظر بصری ممکن است جذاب به نظر برسند، اما شناسایی وضعیت‌های غیرعادی را دشوارتر کنند.

اصول رابط کاربری انسان و ماشین با عملکرد بالا رویکرد متفاوتی دارند.

شرایط عادی معمولاً با تأکید بصری کنترل‌شده نمایش داده می‌شوند.

رنگ‌های قوی و نشانگرهای برجسته برای شرایطی که نیاز به توجه دارند، رزرو می‌شوند.

این کار باعث می‌شود وضعیت غیرعادی فوراً برجسته شود.

تکنیک‌های بصری مفید ممکن است شامل نشانگرهای آنالوگ، نمودارهای جرقه‌ای، نمودارهای روند و وضعیت‌های هشدار کاملاً متمایز باشند.

کدگذاری افزونه می‌تواند تفسیر را نیز بهبود دهد.

هشدار نباید کاملاً به یک رنگ وابسته باشد.

متن، نمادها، موقعیت یا شکل می‌تواند نشانه دیگری از وضعیت ارائه دهد.

این موضوع برای شرایط مشاهده دشوار و کاربرانی که ممکن است رنگ‌ها را متفاوت تشخیص دهند، ارزشمند است.

شکل ۱. یک HMI با عملکرد بالا، وضعیت تجهیزات، هشدارها و روندهای فرایند را ترکیب می‌کند تا شرایط غیرعادی به‌سرعت شناسایی شوند.

کاربران مختلف به اطلاعات متفاوتی نیاز دارند

اپراتور تنها فردی نیست که از داده‌های صنعتی استفاده می‌کند.

مهندسان تعمیر و نگهداری، مهندسان فرایند، سرپرستان و تیم‌های مدیریتی همگی ممکن است با اطلاعات تولیدشده توسط یک پلتفرم اتوماسیون یکسان تعامل داشته باشند.

اهداف آن‌ها متفاوت است.

یک اپراتور ممکن است به جریان موتور نیاز داشته باشد، زیرا این اطلاعات به او کمک می‌کند تشخیص دهد تجهیزات به‌درستی کار می‌کنند یا نه.

یک مهندس تعمیر و نگهداری ممکن است به تاریخچه فعلی، ساعات کارکرد و سوابق خطا نیاز داشته باشد.

ممکن است یک مدیر بیشتر به در دسترس بودن تجهیزات و زیان‌های تولید ناشی از خرابی‌های مکرر اهمیت دهد.

معماری HMI کاربرمحور این تفاوت‌ها را به رسمیت می‌شناسد.

به‌جای ایجاد یک داشبورد شلوغ برای همه، سیستم می‌تواند نماهای متناسب با نقش هر فرد ارائه دهد.

اطلاعات زیربنایی همچنان متصل باقی می‌ماند، اما هر کاربر سطح جزئیات موردنیاز برای یک تصمیم خاص را می‌بیند.

طراحی این نماها مستلزم درک نحوه واقعی کار افراد است.

مهندسان باید مشخص کنند هر گروه از کدام KPIها استفاده می‌کند، هر چند وقت یک‌بار به آن‌ها نیاز دارد و چه تصمیم‌هایی بر اساس آن شاخص‌ها گرفته می‌شود.

نتیجه اغلب ساده‌تر از در معرض دید قرار دادن همه تگ‌های موجود است.

دسترسی همراه محل اتخاذ تصمیم‌ها را تغییر می‌دهد

عملیات صنعتی دیگر به پایانه‌های ثابتی که کنار دستگاه نصب شده‌اند، محدود نیستند.

مهندسان و سرپرستان به‌طور فزاینده‌ای از طریق لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها و دستگاه‌های همراه به اطلاعات تولید دسترسی پیدا می‌کنند.

فناوری HMI مبتنی بر وب با امکان اجرای برنامه‌های نمایشی روی پلتفرم‌های سخت‌افزاری مختلف، از این تغییر پشتیبانی می‌کند.

رابط مبتنی بر مرورگر می‌تواند وابستگی به یک سیستم‌عامل یا پیکربندی ایستگاه کاری خاص را کاهش دهد.

این به آن معنا نیست که هر عملکرد کنترلی باید به‌طور خودکار از طریق گوشی هوشمند در دسترس قرار گیرد.

نمایش از راه دور و کنترل از راه دور، سطوح متفاوتی از ریسک عملیاتی ایجاد می‌کنند.

مجوزهای دسترسی، احراز هویت، امنیت سایبری و الزامات ایمنی باید مشخص کنند هر کاربر راه دور مجاز به انجام چه کاری است.

برای بسیاری از کاربردها، مشاهده از راه دور به‌تنهایی ارزش قابل‌توجهی ایجاد می‌کند.

مهندسی که هشدار دریافت کرده است، می‌تواند پیش از رفتن به محل تجهیزات، شرایط عملیاتی را بررسی کند.

کارکنان تعمیر و نگهداری می‌توانند در حالی که کنار دستگاه ایستاده‌اند، روندها و عیب‌یابی‌ها را بررسی کنند.

سرپرستان می‌توانند وضعیت تولید را بدون بازگشت به اتاق کنترل مرکزی بررسی کنند.

برای تأسیساتی که از سیستم‌های HMI و رایانش صنعتی مدرن استفاده می‌کنند، این انعطاف‌پذیری به یکی از ملاحظات مهم طراحی تبدیل می‌شود.

شکل ۲. بصری‌سازی مبتنی بر وب امکان دسترسی کاربران مجاز به اطلاعات صنعتی را از طریق انواع مختلف دستگاه‌ها فراهم می‌کند.

دستگاه‌های موبایل می‌توانند چیزی فراتر از یک صفحه دیگر ارائه دهند

رابط کاربری موبایل همچنین می‌تواند از قابلیت‌هایی استفاده کند که در یک HMI ثابت سنتی در دسترس نیستند.

دوربین‌ها می‌توانند تأیید بصری وضعیت تجهیزات را فراهم کنند.

کدهای QR می‌توانند دارایی‌های فیزیکی را به سوابق تعمیر و نگهداری، مستندات یا اطلاعات دستگاه پیوند دهند.

رابط‌های بی‌سیم می‌توانند داده‌ها را از دستگاه‌های میدانی سازگار جمع‌آوری کنند.

اطلاعات مکانی همچنین می‌تواند در صورت لزوم از شناسایی دارایی یا گردش‌کارهای تعمیر و نگهداری میدانی پشتیبانی کند.

هشدار نبود جریان را در نظر بگیرید.

داده‌های فرایند جریان صفر را نشان می‌دهند، اما مهندس همچنان باید تعیین کند که آیا فرایند واقعاً متوقف شده است یا نه.

یک دوربین نزدیک یا مشاهده مستقل دیگر می‌تواند پیش از رسیدن فیزیکی فرد به تجهیزات، شواهد بیشتری فراهم کند.

این جایگزین ابزار دقیق نمی‌شود.

این مورد هنگام عیب‌یابی یک وضعیت غیرعادی، منبع دیگری از زمینه فراهم می‌کند.

داشبوردها باید از تصمیم‌گیری پشتیبانی کنند، نه اینکه همه‌چیز را نمایش دهند

یک اشتباه رایج در HMI، ایجاد داشبوردها بر اساس داده‌هایی است که صرفاً در دسترس هستند.

رویکرد بهتر از تصمیمی شروع می‌شود که کاربر باید بگیرد.

داشبورد تعمیر و نگهداری ممکن است خطاهای فعال، شاخص‌های وضعیت تجهیزات و الزامات سرویس پیشِ رو را برجسته کند.

داشبورد تولید ممکن است بر توان عملیاتی، زمان توقف، کیفیت و عملکرد برنامه تمرکز کند.

صفحه مهندسی ممکن است روندهای عمیق‌تر فرایند و عیب‌یابی کنترلر را نمایش دهد.

داشبوردهای پویا می‌توانند مطابق با وضعیت عملیاتی تغییر کنند.

در طول تولید عادی، رابط کاربری ممکن است یک نمای کلی مختصر نمایش دهد.

هنگام بروز خطا، اطلاعات تشخیصی برجسته‌تر می‌شود.

با آغاز تعمیر و نگهداری، رابط کاربری ممکن است سوابق یا رویه‌های متفاوتی را نمایش دهد.

بنابراین نرم‌افزار سلسله‌مراتب اطلاعات را با وظیفه فعلی سازگار می‌کند.

این رویکرد می‌تواند پیمایش میان صفحه‌های نامرتبط را به‌طور چشمگیری کاهش دهد.

طراحی هشدار بخشی از تجربه کاربری است

مدیریت هشدار ارتباط نزدیکی با قابلیت استفاده HMI دارد.

اگر رابط کاربری صدها هشدار کم‌ارزش را با اولویت یکسان نمایش دهد، اپراتورها ممکن است برای شناسایی وضعیتی که به توجه فوری نیاز دارد دچار مشکل شوند.

سیل هشدارها به‌ویژه هنگام تریپ تجهیزات می‌تواند بسیار دشوار باشد.

یک رویداد آغازگر ممکن است در عرض چند ثانیه، هشدارهای ثانویه متعددی ایجاد کند.

کاربر به زمینه کافی نیاز دارد تا تشخیص دهد کدام رویداد ابتدا رخ داده و کدام هشدارها پیامد آن هستند.

بنابراین دقت زمانی، اولویت، گروه‌بندی و ترتیب تاریخی، به‌اندازه بنر دیداری هشدار اهمیت دارند.

سیستم‌های اتوماسیون با طراحی مناسب، این قابلیت‌ها را در سراسر لایه‌های PLC، HMI و نظارتی یکپارچه می‌کنند.

کارخانه‌هایی که معماری‌های گسترده‌تر را ارزیابی می‌کنند، ممکن است لازم باشد بررسی کنند که سیستم‌های PLC و PAC چگونه داده‌های تشخیصی را در اختیار لایه تجسم‌سازی قرار می‌دهند.

طراحی بهتر HMI می‌تواند عیب‌یابی را کوتاه‌تر کند

ارزش عملیاتی رابط کاربری/تجربه کاربری زمانی بیش از همه آشکار می‌شود که مشکلی پیش بیاید.

پمپی را در نظر بگیرید که ناگهان دیگر جریان ایجاد نمی‌کند.

یک رابط با طراحی ضعیف ممکن است فقط یک هشدار عمومی پمپ را گزارش کند.

سپس اپراتور جست‌وجو در صفحه‌های جداگانه برای یافتن وضعیت موتور، جریان، موقعیت شیر و فشار فرایند را آغاز می‌کند.

یک HMI با ساختار مناسب می‌تواند این ارتباط‌ها را در کنار هم قرار دهد.

اپراتور ممکن است بلافاصله ببیند که موتور در حال کار است، شیر خروجی باز است و فشار به‌طور غیرمنتظره‌ای تغییر کرده است.

این اطلاعات به‌طور خودکار عیب را تشخیص نمی‌دهد.

دامنه بررسی را محدود می‌کند.

هر دقیقه‌ای که در طول آن فرایند صرفه‌جویی شود، می‌تواند زمان ازکارافتادگی تجهیزاتی را که تولید به بازیابی سریع آن‌ها وابسته است، کاهش دهد.

رابط کاربری/تجربه کاربری باید بر اساس رفتار واقعی کارخانه طراحی شود

بهترین طراحی HMI را نمی‌توان کاملاً پشت میز ایجاد کرد.

مهندسان باید درک کنند که اپراتورها در طول تولید عادی، راه‌اندازی، خاموش‌سازی و شرایط غیرعادی چگونه با فرایند تعامل می‌کنند.

صفحه‌ای که در طول توسعه منطقی به نظر می‌رسد، ممکن است هنگام استفاده در یک اختلال واقعی تولید، آزاردهنده شود.

بنابراین، آزمایش باید افرادی را دربرگیرد که از رابط استفاده خواهند کرد.

ناوبری را می‌توان ارزیابی کرد.

رفتار هشدارها را می‌توان بازبینی کرد.

اطلاعاتی را که بیشتر به آن‌ها دسترسی می‌شود، می‌توان به صفحه اصلی عملیات نزدیک‌تر کرد.

عناصر غیرضروری را می‌توان حذف کرد.

این فرایند تکرارشونده برای طراحی واقعاً کاربرمحور ضروری است.

بهترین رابط صنعتی اغلب همان رابطی است که کاربران به‌سختی متوجه آن می‌شوند

یک HMI موفق نباید اپراتورها را وادار کند درباره خود رابط فکر کنند.

تمرکز آن‌ها باید همچنان روی ماشین، فرایند و هدف تولید باقی بماند.

بنابراین، رابط کاربری/تجربه کاربری خوب صنعتی به‌جای تزئینات، به شفافیت وابسته است.

سلسله‌مراتب اطلاعات اهمیت دارد.

زمینه اهمیت دارد.

یکپارچگی اهمیت دارد.

دسترسی مبتنی بر نقش اهمیت دارد.

قابلیت‌های موبایل و فناوری‌های وب می‌توانند سیستم را گسترش دهند، اما باید از همان هدف اساسی پشتیبانی کنند.

افراد در لحظه‌ای که باید تصمیم بگیرند، به اطلاعات مناسب نیاز دارند.

با ادامه جمع‌آوری حجم بیشتری از داده‌ها توسط سیستم‌های صنعتی، این الزام به‌جای کاهش، اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد.

مزیت رقابتی صرفاً از نمایش برچسب‌ها، هشدارها یا داشبوردهای بیشتر به دست نمی‌آید.

این امر از طریق طراحی رابط‌هایی حاصل می‌شود که به اپراتورها، مهندسان و مدیران کمک می‌کنند معنای واقعی آن سیگنال‌ها را درک کنند.