مهم‌ترین نکات طراحی صفحه HMI

مقدمه

در دنیای امروز که سیستم‌های کنترل صنعتی با سرعت بالایی در حال رشد هستند، نقش واسط‌های کاربر با ماشین (HMI) بیش از پیش اهمیت پیدا کرده است. HMI یا Human Machine Interface، دروازه ارتباطی بین انسان و ماشین محسوب می‌شود. از خطوط تولید گرفته تا سیستم‌ های مدیریت انرژی، هر جا که نیاز به مانیتورینگ، کنترل و بازخورد سریع وجود داشته باشد، طراحی HMI نقش کلیدی ایفا می‌کند.

اگرچه بسیاری HMI را صرفاً یک صفحه گرافیکی ساده می‌دانند، اما واقعیت این است که طراحی HMI یک فرآیند پیچیده و چندوجهی است. این طراحی باید هم از نظر فنی دقیق باشد و هم تجربه کاربری ساده و روانی را فراهم کند. طراحی ضعیف HMI می‌تواند باعث سردرگمی اپراتور، بروز خطاهای انسانی، و حتی ایجاد خسارت‌ های سنگین در خطوط تولید شود.

در این مقاله، قصد داریم به مهم‌ترین اصول و نکات طراحی HMI بپردازیم. اگر در حوزه اتوماسیون صنعتی، برق، کنترل یا نرم‌افزارهای صنعتی فعالیت دارید، این راهنما به شما کمک می‌کند تا صفحات HMI را به‌گونه‌ای طراحی کنید که هم کارآمد باشند و هم کاربرپسند.

طراحی HMI چیست و چه کاربردی دارد؟

طراحی HMI به فرآیند ایجاد واسط گرافیکی بین انسان (اپراتور) و ماشین (سیستم کنترل صنعتی) گفته می‌شود. این واسط گرافیکی به کاربر امکان می‌دهد تا عملکرد سیستم را مشاهده، داده‌ ها را ثبت، آلارم‌ ها را دریافت و در صورت لزوم اقدام لازم را انجام دهد. HMI‌ها معمولاً شامل نمایشگرهایی هستند که روی آن‌ها اطلاعات سیستم، وضعیت سنسورها، نمودارها و کلیدهای کنترلی نمایش داده می‌شود.

کاربرد طراحی HMI در صنایع مختلف بسیار گسترده است. در کارخانه‌ها، اپراتورها از طریق این صفحات می‌توانند دمای کوره‌ها، فشار مخازن، وضعیت موتورهای الکتریکی و صدها پارامتر دیگر را کنترل کنند. در بخش انرژی، طراحی HMI به مدیریت توزیع برق، پایش خطوط انتقال و نظارت بر تولید کمک می‌کند. حتی در صنایع دارویی، غذایی، نفت و گاز، سیستم‌ های حمل و نقل و ساختمان‌های هوشمند نیز از HMI استفاده می‌شود.

یک طراحی حرفه‌ای نه‌تنها اطلاعات را به‌شکل دقیق و ساده نمایش می‌دهد، بلکه به اپراتور کمک می‌کند تصمیم‌گیری سریع و درست‌تری داشته باشد. به بیان دیگر، طراحی HMI یکی از عوامل مؤثر در بهره‌وری، ایمنی و پایداری فرآیندهای صنعتی است.

اهداف اصلی در طراحی HMI

طراحی HMI تنها یک پروژه گرافیکی یا برنامه‌نویسی نیست، بلکه باید اهداف مشخص و کاربردی را دنبال کند. در ادامه به مهم‌ترین اهدافی که یک طراح باید در نظر داشته باشد اشاره می‌کنیم:

بهبود تجربه کاربری (UX)

یکی از اهداف اصلی طراحی HMI، ایجاد تجربه‌ای ساده، روان و قابل فهم برای اپراتور است. محیطی که اپراتور به‌راحتی با آن ارتباط برقرار کند و بدون نیاز به آموزش پیچیده، بتواند اطلاعات را درک کرده و اقدام لازم را انجام دهد. این تجربه کاربری در عملکرد سیستم و کاهش اشتباهات انسانی تأثیر مستقیمی دارد.

افزایش بهره‌وری عملیاتی

طراحی درست HMI می‌تواند سرعت عمل اپراتور را افزایش دهد. وقتی اطلاعات به‌درستی و با اولویت نمایش داده شود، اپراتور می‌تواند در کوتاه‌ترین زمان ممکن به تغییرات پاسخ دهد. در محیط‌ های صنعتی که ثانیه‌ها اهمیت دارند، این بهره‌وری به کاهش توقفات و افزایش تولید منجر می‌شود.

کاهش خطاهای انسانی

طراحی نامناسب، نمایش پیچیده اطلاعات یا نبود هشدارهای به‌موقع، می‌تواند باعث تصمیم‌گیری اشتباه و بروز خطا شود. یکی از اهداف طراحی HMI باید کاهش احتمال اشتباه اپراتور باشد. این کار با استفاده از رنگ‌ های استاندارد، هشدارهای واضح، و ترتیب منطقی دکمه‌ها و منوها قابل دستیابی است.

ارتقاء ایمنی سیستم و اپراتور

در بسیاری از صنایع، امنیت فیزیکی اپراتور به طراحی HMI وابسته است. هشدارهای فوری در شرایط بحرانی، قفل‌ های امنیتی برای دسترسی به تنظیمات حساس، و نمایش دقیق وضعیت سیستم‌ ها، می‌توانند از بروز حوادث جلوگیری کنند.

تسهیل آموزش و نگهداری

یک HMI خوب، قابل درک و مستند است. این ویژگی باعث می‌شود اپراتورهای جدید سریع‌تر آموزش ببینند و نیاز به مداخلات مکرر بخش فنی کاهش یابد. همچنین امکان پایش، ثبت داده و بررسی رفتار سیستم برای تعمیر و نگهداری فراهم می‌شود.

اصول کلیدی در طراحی HMI

برای دستیابی به اهدافی که در بخش قبل مطرح شد، باید مجموعه‌ای از اصول در طراحی HMI رعایت شود. این اصول برگرفته از استانداردهای بین‌المللی، تجربه طراحان حرفه‌ای، و نیازهای اپراتورها در محیط‌ های واقعی است.

سادگی و وضوح

اولین اصل در طراحی HMI، حفظ سادگی است. پیچیدگی‌های غیرضروری تنها باعث سردرگمی کاربر می‌شود. صفحه‌ ها باید فقط اطلاعات ضروری را نمایش دهند. استفاده از رنگ‌ های استاندارد (مثلاً قرمز برای هشدار، سبز برای وضعیت نرمال)، نمودارهای ساده و نمایشگرهای خوانا، به درک سریع کمک می‌کند.

سازگاری با فرآیند کاری اپراتور

طراحی HMI باید بر اساس روند کاری واقعی اپراتور انجام شود، نه صرفاً بر پایه دیدگاه مهندس یا برنامه‌نویس. ترتیب نمایش داده‌ ها، جایگاه کلیدها و نحوه دسترسی به تنظیمات باید با نحوه عملکرد سیستم واقعی هماهنگ باشد. برای مثال، اگر در خط تولید، ترتیب فعالیت دستگاه‌ ها از چپ به راست است، نمایش آن در HMI هم باید به همین ترتیب باشد.

اولویت‌بندی اطلاعات

همه اطلاعات اهمیت یکسان ندارند. طراحی HMI باید به‌گونه‌ای باشد که اطلاعات حیاتی در مرکز توجه باشند. می‌توان از اندازه بزرگ‌تر، رنگ متمایز یا موقعیت خاص برای نمایش این اطلاعات استفاده کرد. در مقابل، اطلاعات جانبی می‌توانند در صفحات فرعی یا با اندازه کوچک‌تر نمایش داده شوند.

تعامل‌پذیری و دسترسی آسان

کاربر باید به‌راحتی بتواند با HMI تعامل داشته باشد. مسیرهای حرکتی (navigation) باید واضح باشند. استفاده از آیکون‌ های استاندارد و دکمه‌ هایی با عملکرد مشخص به ساده‌سازی کار کمک می‌کند. از پیچاندن مسیر دسترسی به تنظیمات یا داده‌ها باید خودداری کرد.

استفاده بهینه از رنگ و فونت

در محیط‌ های صنعتی، نور ممکن است کم یا متغیر باشد. انتخاب رنگ‌ ها باید طوری انجام شود که در هر شرایطی قابل تشخیص باشند. رنگ‌ های خیلی روشن یا خیلی تاریک ممکن است در برخی نمایشگرها نامفهوم باشند. فونت باید بزرگ، خوانا و استاندارد باشد. استفاده از فونت‌ های فانتزی یا پررنگ بیش از حد، باعث خستگی چشم می‌شود.

اشتباهات رایج در طراحی HMI

حتی طراحان باتجربه هم ممکن است در پروژه‌ های مختلف دچار اشتباهاتی شوند که عملکرد و تجربه کاربری HMI را تحت تأثیر قرار دهد. در این بخش، به رایج‌ترین خطاهایی که باید در طراحی HMI از آن‌ها اجتناب شود می‌پردازیم.

استفاده بیش از حد از گرافیک و انیمیشن

اگرچه استفاده از گرافیک می‌تواند صفحه را جذاب‌تر کند، اما زیاده‌روی در آن معمولاً نتیجه معکوس دارد. انیمیشن‌ های پیچیده یا تصاویر غیرضروری، باعث کاهش سرعت لود صفحات و حواس‌پرتی اپراتور می‌شوند. طراحی HMI باید بر پایه عملکرد باشد، نه زیبایی بصری صرف.

نمایش اطلاعات غیرضروری

نمایش تمام اطلاعات در یک صفحه، یکی از اشتباهات رایج است. این کار باعث ازدحام و سردرگمی کاربر می‌شود. بهتر است اطلاعات در دسته‌ های منطقی تقسیم و در صفحات مختلف قرار داده شوند. تنها اطلاعات حیاتی باید در صفحه اصلی دیده شوند.

بی‌توجهی به محدودیت‌های سخت‌افزاری

گاهی طراحی HMI در شبیه‌ساز یا روی سیستم‌ های قدرتمند انجام می‌شود، اما در محیط واقعی اجرا روی مانیتور یا CPU ضعیف صورت می‌گیرد. در نتیجه، صفحات دیر باز می‌شوند یا عملکرد کند می‌شود. حتماً باید توانایی سخت‌افزار واقعی در طراحی لحاظ شود.

چیدمان شلوغ و نامنظم

صفحه‌ ای که دکمه‌ها، نمودارها و داده‌ها بدون نظم خاصی در آن چیده شده‌اند، باعث گیجی اپراتور می‌شود. هر عنصر باید جای مشخصی داشته باشد. فاصله‌ها، ترازها و تقارن در طراحی HMI اهمیت زیادی دارند.

عدم تست و ارزیابی طراحی نهایی

طراحی باید پیش از استفاده نهایی، با کاربران واقعی تست شود. بسیاری از مشکلات زمانی مشخص می‌شوند که اپراتور واقعی با سیستم کار می‌کند. نادیده گرفتن این مرحله می‌تواند باعث مشکلات عملیاتی بزرگ شود.

نکات فنی در طراحی HMI

علاوه بر اصول گرافیکی و تجربه کاربری، طراحی نیازمند درک عمیق از نکات فنی نیز هست. این نکات می‌توانند در پایداری، امنیت و عملکرد سیستم نقش مهمی ایفا کنند. در ادامه به مهم‌ترین ملاحظات فنی می‌پردازیم.

انتخاب درست نرم‌افزار طراحی

نرم‌افزارهای مختلفی برای طراحی HMI وجود دارد، مانند WinCC، FactoryTalk View، iFIX، Citect SCADA، InduSoft و سایر گزینه‌ها. انتخاب نرم‌افزار باید بر اساس پارامترهایی چون:

نوع کنترلر (PLC) مورد استفاده
سازگاری با پروتکل‌ های صنعتی (Modbus، OPC، Profibus و…)
امکانات گرافیکی و پشتیبانی از کتابخانه‌های آماده
میزان منابع سخت‌افزاری در دسترس

انطباق کامل بین نرم‌افزار طراحی و سخت‌افزار کنترل باعث کاهش خطا، افزایش سرعت اجرا و راحتی در نگهداری سیستم می‌شود.

سرعت و پاسخگویی سیستم

در طراحی HMI، باید از ایجاد تأخیر در لود صفحات و ارسال فرمان‌ها جلوگیری شود. تأخیر حتی در حد چند ثانیه می‌تواند در شرایط بحرانی خطرناک باشد. بهینه‌سازی گرافیک‌ ها، استفاده به‌جا از اسکریپت‌ها و حذف عناصر سنگین می‌تواند به کاهش بار پردازشی کمک کند.

رزولوشن و مقیاس‌پذیری

HMI ممکن است روی مانیتورهایی با ابعاد و رزولوشن متفاوت اجرا شود. بنابراین طراحی باید مقیاس‌پذیر (responsive) باشد. استفاده از ابعاد نسبی، طراحی چند رزولوشنه، و تست روی نمایشگرهای مختلف ضروری است. این مورد به‌ویژه در پروژه‌ هایی که HMI روی تبلت‌ های صنعتی یا پنل‌ های لمسی اجرا می‌شود اهمیت دارد.

امنیت در طراحی

در صنایع حساس، ایمنی و امنیت سایبری در طراحی بسیار حیاتی است. اقدامات زیر می‌توانند در حفظ امنیت سیستم مؤثر باشند:

تعیین سطوح دسترسی برای کاربران مختلف
استفاده از رمز عبور برای بخش‌ های حساس
غیرفعال کردن دکمه‌ ها یا تنظیمات در حالت‌های اضطراری
هشداردهی مؤثر هنگام وقوع خطا یا خطر
ثبت گزارش ورود، تغییرات و هشدارها (Audit Trail)

تجربه کاربری (UX) در طراحی HMI

تجربه کاربری (User Experience یا UX) موضوعی است که گاهی در طراحی نادیده گرفته می‌شود. در حالی‌که این مفهوم، ارتباط مستقیمی با عملکرد سیستم دارد. اگر کاربر نتواند به‌راحتی با واسط گرافیکی ارتباط برقرار کند، حتی بهترین طراحی از نظر فنی نیز موفق نخواهد بود.

درک سطح کاربر

همه کاربران دانش فنی یکسانی ندارند. در طراحی HMI باید در نظر گرفت که مخاطب ممکن است اپراتور تازه‌کار، تکنسین تعمیرات یا کارشناس ارشد باشد. طراحی مناسب باید برای هر کدام از این گروه‌ ها قابل فهم و کارآمد باشد.

برای مثال، اپراتور ممکن است فقط به چند دکمه و هشدار نیاز داشته باشد. در حالی‌که تکنسین تعمیرات باید به نمودارهای دقیق، سوابق آلارم و وضعیت تجهیزات دسترسی داشته باشد. طراحی باید این تفاوت‌ ها را منعکس کند.

استفاده از استانداردهای شناختی

در طراحی HMI باید از اصول روان‌شناسی شناختی بهره گرفت. مغز انسان اطلاعات بصری را با الگوهایی ساده بهتر پردازش می‌کند. استفاده از رنگ‌های آشنا، ترتیب منطقی دکمه‌ها و رعایت فضای سفید (White Space) باعث کاهش فشار ذهنی می‌شود.

بازخورد فوری به کاربر

هر فرمانی که کاربر می‌دهد باید همراه با بازخورد فوری باشد. مثلاً وقتی اپراتور دکمه‌ای را فشار می‌دهد، باید تغییر وضعیت یا نمایش پیام تأیید را بلافاصله ببیند. این بازخورد اعتماد ایجاد می‌کند و مانع از دوبار کلیک یا سردرگمی می‌شود.

تست تجربه کاربری

هیچ طراحی HMI کاملی بدون تست کاربری واقعی نیست. باید نسخه اولیه سیستم را در اختیار اپراتورها قرار داد و بازخورد آن‌ها را دریافت کرد. حتی اصلاحات کوچک در جای‌گذاری، رنگ یا متن می‌تواند تجربه کاربری را به‌طرز چشم‌گیری بهبود دهد.

بررسی نمونه‌های موفق طراحی HMI

تحلیل نمونه‌های موفق طراحی HMI می‌تواند الهام‌بخش طراحان و توسعه‌دهندگان باشد. در ادامه دو مثال از سیستم‌ هایی با طراحی اصولی را بررسی می‌کنیم:

مثال اول: HMI در کارخانه تولید نوشیدنی

در یکی از خطوط تولید نوشیدنی، طراحی HMI به‌گونه‌ای انجام شده بود که فرآیند پرکردن بطری، درب‌گذاری، بسته‌بندی و انتقال به انبار در یک نمای کلی نمایش داده می‌شد. اپراتور در یک نگاه می‌توانست وضعیت تمام مراحل را بررسی کند.

استفاده از رنگ‌ های ساده، انیمیشن‌های سبک، نمایش درصد پیشرفت تولید، و هشدارهای هوشمند از نقاط قوت این طراحی بودند. همچنین امکان زوم کردن روی هر بخش و مشاهده جزئیات وجود داشت.

مثال دوم: طراحی HMI در نیروگاه خورشیدی

در یک پروژه نیروگاه خورشیدی، صفحات HMI به‌صورت ماژولار طراحی شده بودند. هر اینورتر، ماژول پنل، و واحد مانیتورینگ بخش مستقلی داشت. اپراتور می‌توانست با انتخاب یک ماژول خاص، وضعیت ولتاژ، دما، جریان و هشدارهای آن را مشاهده کند.

یکی از ویژگی‌ های جالب این سیستم، داشبورد عملکرد کلی بود که شامل نمودار تولید انرژی در طول روز، هشدارهای فعال و پیش‌بینی تولید فردا بود. این طراحی به تصمیم‌گیری سریع و دقیق کمک می‌کرد.

چک‌ لیست طراحی HMI

برای اطمینان از این‌که در طراحی هیچ مورد مهمی از قلم نیفتاده، استفاده از چک‌ لیست حرفه‌ای بسیار کاربردی است. این چک‌ لیست می‌تواند در پایان پروژه طراحی یا هنگام بازبینی مورد استفاده قرار گیرد:

چک‌ لیست فنی

انتخاب نرم‌افزار متناسب با کنترلر
اطمینان از سازگاری با رزولوشن‌ های مختلف
طراحی صفحات با حداقل تأخیر در بارگذاری
نمایش داده‌ ها به‌صورت زنده (Real-Time)
امکان ذخیره گزارش‌ ها، آلارم‌ ها و رویدادها
تعیین سطوح دسترسی برای کاربران مختلف

چک‌ لیست طراحی گرافیکی در HMI

استفاده از رنگ‌ های استاندارد صنعتی (سبز، قرمز، زرد و…)
انتخاب فونت‌های خوانا با اندازه مناسب
چیدمان منطقی عناصر روی صفحه
اجتناب از شلوغی و پیچیدگی بیش از حد
استفاده محدود و کاربردی از انیمیشن و گرافیک

چک‌ لیست تجربه کاربری (UX)

طراحی مسیرهای حرکتی واضح برای کاربر (منوها و دکمه‌ ها)
نمایش بازخورد فوری پس از اجرای هر فرمان
انجام تست کاربری با اپراتورهای واقعی پیش از تحویل پروژه
ارائه مستندات آموزشی ساده برای کاربران نهایی
امکان توسعه و به‌روزرسانی آسان صفحات در آینده

رعایت این چک‌ لیست نه‌تنها کیفیت طراحی HMI را افزایش می‌دهد، بلکه در زمان عیب‌یابی و نگهداری سیستم نیز بسیار مؤثر است.

جمع‌بندی

طراحی HMI یکی از ارکان اصلی در پیاده‌سازی سیستم‌ های اتوماسیون صنعتی است. این طراحی نه‌تنها باید از نظر فنی صحیح باشد، بلکه باید تجربه کاربری ساده، قابل فهم و ایمن را نیز فراهم کند. در این مقاله تلاش کردیم تمامی جنبه‌های طراحی را پوشش دهیم؛ از اصول گرافیکی و فنی گرفته تا تجربه کاربری و نمونه‌ های موفق.

رعایت اصول سادگی، سازگاری با روند کاری، امنیت، وضوح اطلاعات و استفاده از ابزارهای مناسب، کلید طراحی یک HMI موفق است. همچنین با تست‌ های میدانی و دریافت بازخورد اپراتورها می‌توان کیفیت سیستم را به سطح بالاتری رساند.

در پایان توصیه می‌شود که طراحی HMI را یک فرآیند پویا در نظر بگیرید، نه یک پروژه یک‌باره. نیازهای کاربران، فناوری‌ های جدید و استانداردهای صنعتی همواره در حال تغییر هستند. بنابراین طراحی باید به‌گونه‌ای انجام شود که قابلیت به‌روزرسانی، توسعه و بهینه‌سازی مداوم داشته باشد.

پرسش‌ های متداول درباره طراحی HMI

طراحی HMI چه تفاوتی با طراحی نرم‌افزار دارد؟

طراحی HMI برخلاف طراحی نرم‌افزارهای عمومی، باید با در نظر گرفتن شرایط صنعتی، محدودیت‌ های سخت‌افزاری، و نیازهای اپراتورها انجام شود. ایمنی، سرعت و سادگی در آن بسیار مهم‌تر از جلوه‌ های بصری است.