Table of Contents
معرفی HMI ارتقاء
ارتقاء تکنولوژی های پیشرفته رابط انسان-ماشین (HMI) می تواند به طور قابل توجهی بر عملیات صنعتی تاثیر بگذارد، شرکت ها اغلب با چالش تعادل هزینه های سیستم های جدید در برابر مزایای بالقوه ای که آنها می آورند مواجه می شوند.این مقاله بررسی می کند که چگونه هزینه های صرفه جویی در چنین ارتقاء هایی را به طور موثر تجزیه و تحلیل کنند، ارائه یک چارچوب ساختاری برای تصمیم گیرندگان در تولید، کنترل فرآیند و صنایع اتوماسیون.
محیط های صنعتی مدرن نیاز به کارایی بالاتر، انعطاف پذیری بیشتر و ایمنی پیشرفته. سیستم های HMI - اغلب بر اساس سخت افزار اختصاصی، نمایشگرهای تککروم و اتصال محدود - برای پاسخگویی به این تقاضاها، HMI های پیشرفته، ساخته شده در استانداردهای باز، ارائه صفحه نمایش، تجزیه و تحلیل داده های زمان واقعی، دسترسی از راه دور و ادغام با اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT) با این حال، زمان قابل قبول (IPC) می تواند به بهبود زمان قابل قبول (ارزیابی دقیق کمک کند.
درک پیشرفته HMI فن آوری
سیستم های رابط انسان-ماشین به عنوان پل بین اپراتورهای و ماشین ها عمل می کنند، که اجازه می دهد نظارت، کنترل و جمع آوری داده ها را انجام دهند. HMI های سنتی اغلب به دکمه های فشار، چراغ های نشانگر و نمایش های متنی ساده متکی هستند. پیشرفته HMI شامل نرم افزار مدرن و قابلیت های سخت افزاری است:
- رابط صفحه نمایش با حرکات چند لمسی، گرافیک با وضوح بالا و داشبورد های قابل تنظیم است.
- تجزیه و تحلیل داده های زمان واقعی [FLT 1] [FLT 1] که پردازش داده های سنسور به صورت محلی یا در ابر، امکان نگهداری پیش بینی و بهینه سازی فرآیند.
- دسترسی از راه دور از طریق مرورگرهای وب یا برنامه های تلفن همراه، اجازه می دهد تا سرپرستان و مهندسان به عیب یابی مسائل از هر نقطه.
- Integration با سیستم عامل های IIoT مانند MQTT، OPC UA و REST API برای تبادل داده های یکپارچه.
- ویژگی های امنیت سایبری مانند ارتباطات رمزگذاری شده، کنترل دسترسی مبتنی بر نقش و بوت امن.
این تکنولوژی ها HMI را از یک دستگاه ورودی / خروجی ساده به یک مرکز اطلاعاتی مرکزی تغییر می دهند، به عنوان مثال، یک کارخانه پردازش مواد غذایی با استفاده از HMI های پیشرفته می تواند پروفایل های دما را در زمان واقعی ردیابی کند، اپراتورهای هشدار دهنده به انحرافات و داده های خودکار برای حسابرسی انطباق.
هزینه های ارتقاء
کل هزینه مالکیت (TCO) برای ارتقاء HMI شامل چندین دسته است که باید به دقت تخمین زده شود.
هزینه های سخت افزاری
- خرید پانل های HMI جدید یا قرص های صنعتی با صفحه لمسی، پردازنده ها و حافظه مناسب برای محیط زیست.
- جایگزین یا عقب مانده از محفظه های موجود، کابل کشی و سخت افزار نصب.
- زیرساخت های شبکه ارتقاء یافته (تغییرات، روترها، نقاط دسترسی بی سیم) برای حمایت از افزایش ترافیک داده ها.
مجوز نرم افزار و هزینه های توسعه
- مجوزهای زمان برای پلت فرم نرم افزار HMI (به عنوان مثال، زیمنس WinCC، Rockwell FactoryTalk، Neuro by Inductive Automation)
- توسعه طرح های صفحه نمایش جدید، برچسب های داده، زنگ هشدار و نمایش های روند.
- ادغام با PLC های موجود، SCADA، MES یا سیستم های ERP - اغلب نیاز به رانندگان سفارشی یا واسطه دارند.
آموزش کارکنان
- آموزش اپراتور در جریان های کاری لمسی جدید و روش های مدیریت زنگ هشدار.
- آموزش تکنسین برای عیب یابی سخت افزار و مسائل نرم افزار.
- آموزش مهندسی برای تغییرات آینده و گسترش سیستم
دانلود بازی Downtime در هنگام نصب
تعویض از یک سیستم HMI جدید تقریبا همیشه نیاز به خرابی تولید دارد.بسته به پیچیدگی، این می تواند از چند ساعت برای یک مبادله ساده به چند روز برای یک رول کارخانه ای متغیر باشد.تولید از دست رفته باید به معادله هزینه-سود تبدیل شود. برخی شرکت ها این را با نصب سیستم جدید به طور موازی در هنگام خاموش شدن برنامه ریزی شده یا با استفاده از محیط های شبیه سازی برای تنظیم و ارزیابی.
هزینه های نگهداری و پشتیبانی
- قراردادهای نگهداری نرم افزار سالانه (اغلب 15 تا 20 درصد از هزینه مجوز) برای به روز رسانی و پشتیبانی فنی.
- قطعات را برای سخت افزار (لفت، کابل، منابع برق) رها کنید.
- هزینه های اشتراک ابر بالقوه برای دسترسی از راه دور یا سیستم عامل های تجزیه و تحلیل.
مزایای پیشرفته HMI Technologies
در حالی که هزینه ها ملموس هستند، مزایای دامنه های عملیاتی، استراتژیک و ایمنی آن ها به خوبی ساختار یافته CBA این مزایا را تا حد ممکن اندازه گیری می کند.
افزایش کارایی عملیاتی
به عنوان مثال، یک اپراتور خط مونتاژ خودرو با استفاده از یک منو گرافیکی می تواند به وضعیت ایستگاه خاصی در دو ضربه به جای پیمایش از طریق ده صفحه از متن حرکت کند. داشبورد زمان واقعی همچنین تنگناها را برجسته می کند، و سرپرستان را قادر می سازد تا منابع واقعی را به سرعت بررسی کنند.
افزایش دقت داده ها و نظارت بر زمان واقعی
داده های پیشرفته HMI به طور مداوم، حذف خطاهای ورود داده های دستی با روند و هشدارهای زمان بندی شده، مهندسان می توانند تجزیه و تحلیل ریشه علت را بسیار سریعتر انجام دهند.در تولید دارویی، این دقت داده ها برای سوابق دسته ای و انطباق قانونی (۲۱ CFR Part 11) حیاتی است.
بهبود ایمنی از طریق رابط های کنترل بهتر
HMI های قدیمی اغلب فاقد هشدارهای متنی و انسداد ایمنی هستند.سیستم های مدرن می توانند مناطق ایمنی را بیش از حد پوشش دهند، نیاز به تأیید اقدامات بحرانی دارند و شاخص های بصری روشنی از شرایط خطرناک را ارائه دهند.به عنوان مثال، یک گیاه مخلوط شیمیایی می تواند یک صفحه هشدار دهنده را برنامه دهد که اگر دمای بیش از آستانه تنظیم شده باشد، جلوگیری از واکنش های فرار.
دسترسی از راه دور برای رفع مشکل سریع
هنگامی که یک ماشین به طور غیرمنتظره ای خاموش می شود، یک تکنسین می تواند از راه دور از طریق VPN متصل شود تا صفحه HMI، چک کردن لاگ ها و حتی هشدارهای تنظیم شده را مشاهده کند - ساعات صرفه جویی در زمان سفر، این امر به ویژه برای امکانات با سایت های دور افتاده یا قراردادهای نگهداری شخص ثالث ارزشمند است.
صرفه جویی در هزینه طولانی مدت از طریق بهینه سازی
تجزیه و تحلیل پیشرفته می تواند الگوهایی را شناسایی کند که منجر به صرفه جویی در انرژی، کاهش ضایعات و عمر تجهیزات طولانی تر می شود، به عنوان مثال، یک گیاه تصفیه فاضلاب هزینه های انرژی را تا 18 درصد پس از اجرای یک استراتژی کنترل HMI بر اساس داده های اکسیژن حل شده در زمان واقعی کاهش داد.
تحلیل هزینه-Benefit
برای ارزیابی اینکه آیا ارتقاء ارزشمند است، شرکت ها باید یک تجزیه و تحلیل کامل هزینه-سود را انجام دهند، این شامل برآورد هزینه های کل و مقایسه آنها با مزایای مورد انتظار در یک دوره تعریف شده است - به طور معمول سه تا پنج سال است که عوامل کلیدی در نظر گرفته شده عبارتند از:
افزایش بهره وری پروژه
اندازه گیری پایه از طریقput و معیارهای کیفیت، سپس برآورد بهبود از پاسخ اپراتور سریع تر، کاهش زمان ناوبری و خطاهای کمتر است.یک روش رایج این است که صرفه جویی در زمان انتظار برای هر اپراتور را با نرخ کار ساعتی و برنامه های تغییر زمان ضرب کنید.
کاهش هزینه های زمان و تعمیر و نگهداری
تجزیه و تحلیل سوابق تاریخی برای دیدن اینکه چه تعداد از حوادث به علت سردرگمی اپراتور یا تشخیص آهسته است. Advanced HMIs می تواند زمان مناسب برای تعمیر (MTTR) را با ارائه مدیریت زنگ مرکزی و عیب یابی هدایت شده کاهش دهد، زیرا بسیاری از شکست ها از طریق هشدار پیش بینی شده گرفتار می شوند.
پتانسیل جریان های درآمد جدید
داده های جمع آوری شده توسط HMI های پیشرفته می تواند به عنوان خدمات ارزش افزوده فروخته شود یا برای بهینه سازی برنامه ریزی تولید استفاده شود.برای مثال، یک گیاه بوتلینگ ممکن است تشخیص دهد که یک تغییر طعم خاص می تواند تا 10 دقیقه کاهش یابد و اجازه دهد تا یک تولید اضافی در هفته اجرا شود.
مزایای غیر قابل انکار
- بهبود ایمنی و رضایت کارکنان: [FLT 1] کاهش خطر تصادف و خستگی اپراتور.
- [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱]] [۱]] [۱] [۱]]) ثبت نام و ردیابی های حسابرسی ساده گزارش و کاهش جریمه.
- مزیت رقابتی: [FLT 1] پاسخ سریع تر به تغییرات بازار و کیفیت محصول بهتر است.
اندازه گیری ROI: یک مثال عملی
یک بسته بندی متوسط با 10 خط تولید را در نظر بگیرید که هر کدام از آنها از HMI قدیمی استفاده می کنند:
- هزینه ارتقاء: 800000 دلار (سخت افزار 80k، نرم افزار 40k، آموزش 20k، تعمیر و نگهداری 30 دلار در سال اول 10k.
- مزایای آن: بهره وری از 600000 دلار (10 اپراتور صرفه جویی 15 دقیقه در هر تغییر)، 25،000 دلار کاهش خرابی، صرفه جویی در انرژی 15،000 دلار، 100.000 کاهش ضایعات.
- سود سالانه: $10.000. Simple Payback: 1.6 سال، سود خالص (از جمله نگهداری مداوم 10k / سال) = $ 10k *5 - $ 80k - 40k = 330k مثبت است.
این مدل ساده نشان می دهد که چرا بسیاری از سرمایه گذاری ها در HMI های پیشرفته، خود را در عرض دو سال توجیه می کنند.
چارچوب تصمیم برای ارتقاء سرمایه گذاری
هر سیستم میراثی نیاز به جایگزینی ندارد.از این ماتریس تصمیم گیری استفاده کنید:
- نقاط درد فعلی سیستم را ارزیابی می کند.[۱۰] آیا اپراتورهای شکایت دارند؟ آیا دسترسی به اطلاعات دشوار است؟ آیا حوادث ایمنی مکرر هستند؟
- چرخه عمر تکنولوژی ارزیابی ؛ اگر فروشنده فعلی حمایت یا قطعات یدکی را متوقف کرده است، پیدا کردن، ارتقاء فوری تر است.
- [در این میان] از [[مسلط]] و [[مسلط]] استفاده کنید.
- مقیاس پذیری قابل توجه [FLT 1] آیا پلتفرم جدید HMI از گسترش آینده پشتیبانی می کند (خط های بیشتر، IIoT، ابر)
- [در این صورت] اگر [از این رو] یک خلبان [از راه] [در صورت عدم اطمینان، یک خط را ارتقا دهید و نتایج را برای 3 تا 6 ماه قبل از مقیاس سنجی اندازه گیری کنید.
منابع خارجی و خواندن بیشتر
برای یک شیرجه عمیق تر به اصول طراحی HMI و توجیه هزینه، به Automation.com مقاله در مورد کسب و کار برای HMI مدرن برای استانداردهای صنعت اشاره کنید، ببینید LT:2] -101 انسان- Machine Interfaces [F:3] برای مطالعات موردی در دسترسی از راه دور [FIST]
نتیجه گیری
در حالی که سرمایه گذاری اولیه در فن آوری های پیشرفته HMI می تواند قابل توجه باشد، مزایای بلند مدت اغلب هزینه ها را توجیه می کند. تجزیه و تحلیل دقیق و مبتنی بر داده به سازمان ها کمک می کند تا تصمیمات آگاهانه بگیرند، اطمینان حاصل کنند که بازده را به حداکثر می رسانند و با درک سودهای ملموس تر، بهره وری، صرفه جویی در انرژی و مزایای نامشهود - ایمن، انطباق، چابکی - می تواند یک چارچوب تجاری مدرن را با استفاده از عملیات های ساده تر کند.