圖1 : （source:B&R Industrial Automation）

在全球人力成本日漸高昂，製造業(yè)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的倚賴越來(lái)越深，外在的市場(chǎng)需求提升與內(nèi)部技術(shù)的快速進(jìn)展，讓生產(chǎn)設(shè)備在製造業(yè)的體系中，產(chǎn)生了與以往截然不同角色變化，其中長(zhǎng)期以來(lái)均扮演人機(jī)兩端介接橋樑的HMI，也在這波變革中有了重新定位。

過(guò)去HMI向來(lái)與SCADA相互搭配，呈現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)作狀況，後來(lái)觸控技術(shù)逐漸成熟，HMI的輸入更為簡(jiǎn)易，傳統(tǒng)的按鍵式開(kāi)關(guān)開(kāi)始被部份取代，HMI成為設(shè)備的操作介面，時(shí)至今日，這仍是多數(shù)製造現(xiàn)場(chǎng)的HMI主要使用方式。

開(kāi)放式架構(gòu) 打造新世代HMI

這兩年「智慧製造」概念興起，作為製造設(shè)備唯一的顯示介面，HMI的角色再次產(chǎn)生變化，由於「智慧製造」系統(tǒng)講究高整合，以利於與系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)相互鏈結(jié)，高整合需求刺激出此新世代HMI的特色，包括相容性、可網(wǎng)路遠(yuǎn)端監(jiān)控…等，而這些特色的形成，都指向同一個(gè)來(lái)源－「開(kāi)放性架構(gòu)」，由於採(cǎi)取開(kāi)放性架構(gòu)，所有系統(tǒng)的技術(shù)都取材於市面上已成熟的共通技術(shù)，因此系統(tǒng)之間的彼此可無(wú)縫相容，當(dāng)系統(tǒng)要重組或擴(kuò)充時(shí)如加入網(wǎng)路遠(yuǎn)端監(jiān)控，也可以輕易變動(dòng)。

圖2 : 目前HMI最主要的應(yīng)用仍為工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)。（source:Kob-Flex）

開(kāi)放式架構(gòu)不單指硬體，新世代HMI的軟體對(duì)開(kāi)放性的需求完全不低於硬體，由於智慧製造講究高整合，現(xiàn)在製造端的軟體也需與後端管理系統(tǒng)像是ERP、MES連結(jié)，讓系統(tǒng)內(nèi)所有資訊不但可以無(wú)障礙的快速流動(dòng)，而且這些資訊都被化為易於讀取、交換的數(shù)據(jù)，讓人與機(jī)器更容易溝通，也讓機(jī)器與機(jī)器之間有了統(tǒng)一且便捷的訊息轉(zhuǎn)換介面。

這種資訊整合的「可視化」已成為HMI的發(fā)展趨勢(shì)，從單純的顯示資訊到複雜生產(chǎn)系統(tǒng)前後端間的連接點(diǎn)，HMI必須能從不同系統(tǒng)中，存取需要資訊以供使用者參考，因此軟體的強(qiáng)化連結(jié)與資訊傳輸?shù)臄U(kuò)充，已成為現(xiàn)在在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的HMI選購(gòu)著力點(diǎn)。

業(yè)者指出，從近幾年的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，HMI的硬體技術(shù)已然成熟，目前的技術(shù)足敷系統(tǒng)業(yè)者使用，因此未來(lái)HMI的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)以軟體為主，過(guò)去在封閉的環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行整合，可能需要添加多種設(shè)備才能完成通訊整合，在現(xiàn)在開(kāi)放的架構(gòu)下，由於資訊的處理較為透明，反而更能跨領(lǐng)域涵蓋自動(dòng)化的整合及資訊的串連，這也是近年來(lái)HMI廠商紛紛強(qiáng)化OPC UA、SQL資料庫(kù)以及各類第三方.NET元件進(jìn)行整合的主因。

軟硬兼修 HMI再進(jìn)化

就整體架構(gòu)來(lái)看，目前市場(chǎng)上的HMI廠商可分為兩類，一類是專業(yè)HMI廠商，另一則是工業(yè)電腦廠商，兩者產(chǎn)品的主要差異是軟硬體的整合。專業(yè)HMI廠商都有自己設(shè)計(jì)的軟體，以軟硬整合方式布局市場(chǎng)，工業(yè)電腦廠商則是系統(tǒng)整合廠商分工，工業(yè)電腦廠商提供硬體，系統(tǒng)整合廠商再根據(jù)自己需求設(shè)計(jì)軟體。在過(guò)去的自動(dòng)化系統(tǒng)中，這種軟硬分工的模式有其優(yōu)勢(shì)，由於系統(tǒng)單純（硬體設(shè)備變動(dòng)不大）、應(yīng)用單純（都只為製造用途），軟硬體都可設(shè)計(jì)為單一模式的系統(tǒng)，不過(guò)在新世代的自動(dòng)化概念下，這種作法漸漸受到限制，首先是單一模式的軟硬體設(shè)計(jì)缺乏擴(kuò)充彈性，難以產(chǎn)生附加價(jià)值，在軟體部份，這類模式的軟體設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)僅停駐在此一模式，無(wú)法累積經(jīng)驗(yàn)，將之延伸應(yīng)用到其他類型產(chǎn)品。

回過(guò)頭來(lái)看專業(yè)型HMI，此類型廠商的HMI與其自行研發(fā)的作業(yè)軟體平臺(tái)結(jié)合，產(chǎn)品軟硬合一，在出廠前就有一定程度的穩(wěn)定運(yùn)作保障，其軟硬體都為開(kāi)放式架構(gòu)，不僅硬體面可輕易擴(kuò)充，軟體方面，也因其不是為單一架構(gòu)或領(lǐng)域所設(shè)計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)有擴(kuò)充需求或系統(tǒng)廠商承接到其他領(lǐng)域案件時(shí)，其大部份軟體設(shè)計(jì)概念可以直接轉(zhuǎn)移，不必再針對(duì)這些改變重新設(shè)計(jì)，大幅縮短系統(tǒng)修改或產(chǎn)品出貨的時(shí)間，因此對(duì)缺發(fā)設(shè)計(jì)能力或要求產(chǎn)品快速上市的系統(tǒng)廠商來(lái)說(shuō)，是相對(duì)較佳的選擇。

圖3 : 製造現(xiàn)場(chǎng)資訊的可視化已成HMI的發(fā)展趨勢(shì)。（source: WA3000 Industrial Automation）

在應(yīng)用領(lǐng)域方面，目前HMI最主要的應(yīng)用仍為工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)，早期HMI以顯示大量開(kāi)關(guān)、指示燈號(hào)、產(chǎn)線情報(bào)或故障警示等訊息，來(lái)取代傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)與燈號(hào)元件，其功能侷限在啟動(dòng)或停止某個(gè)設(shè)備；新世代的HMI除了提高核心CPU的速度、多樣化的顯示畫面之外，還提供更多通訊埠以連接外部介面，進(jìn)而達(dá)到訊息整合目的，在自動(dòng)化整合領(lǐng)域，廠商也開(kāi)始走向以完整解決方案的提供者，此一改變讓HMI延伸出更多的應(yīng)用。

應(yīng)用之路逐漸寬廣

除工業(yè)自動(dòng)化外，HMI目前的重點(diǎn)應(yīng)用還包括建築、醫(yī)療、船舶、能源、車載…等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域都各有其不同規(guī)格需求。在建築應(yīng)用中，HMI主要作為樓宇節(jié)能系統(tǒng)的操控與顯示平臺(tái)，這種樓宇種類除了一般觀念中的辦公、住宅大樓，也包括工廠廠房，在全球一片節(jié)能議題中，工廠與住宅的減碳已成為各國(guó)必須嚴(yán)肅面對(duì)的課題，建築節(jié)能系統(tǒng)主要架構(gòu)是透過(guò)建置於各能源使用設(shè)備的感測(cè)節(jié)點(diǎn)，擷取用電訊息，並透過(guò)控制器加以調(diào)節(jié)，而各設(shè)備的能源使用量必須化為確實(shí)數(shù)據(jù)顯示，以供管控人員辨識(shí)並操作設(shè)定，HMI就是扮演此一重要角色，而這類系統(tǒng)需要與大量異系統(tǒng)鏈接，因此其產(chǎn)品必須為開(kāi)放性架構(gòu)方能勝任。

另一個(gè)值得提出討論的應(yīng)用趨勢(shì)也是能源，不過(guò)是屬於發(fā)電端而非節(jié)能，在環(huán)境保護(hù)意識(shí)下，現(xiàn)在全球各國(guó)紛紛發(fā)展?jié)崪Q(jìng)能源，其中太陽(yáng)能與風(fēng)力被視為最具潛力的兩種能源。

在這兩者中，太陽(yáng)能又是重點(diǎn)中的重點(diǎn)，太陽(yáng)能系統(tǒng)是由太陽(yáng)能板、太陽(yáng)能電池、控制系統(tǒng)所構(gòu)成，透過(guò)太陽(yáng)能板擷取陽(yáng)光中的光能與熱能，再以太陽(yáng)能電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，把陽(yáng)光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能，控制系統(tǒng)必須時(shí)時(shí)讓太陽(yáng)能板控制在最佳受光角度，同時(shí)管控太陽(yáng)能電池的蓄電量，HMI在此負(fù)責(zé)各類訊息的顯示與系統(tǒng)操作重責(zé)，因此對(duì)產(chǎn)品規(guī)格有相當(dāng)高的要求。

綜觀來(lái)看，技術(shù)與市場(chǎng)應(yīng)用兩端的相互刺激，讓HMI產(chǎn)生了與以往的不同樣貌。在技術(shù)方面，硬體與軟體整合不但有更佳的穩(wěn)定度，更不斷產(chǎn)生出附加價(jià)值，技術(shù)的提升讓應(yīng)用更為寬廣，無(wú)論是原本的工業(yè)製造或現(xiàn)在正夯的能源應(yīng)用，已進(jìn)化的HMI都能勝任其職，成為新世代智慧系統(tǒng)的人機(jī)溝通橋樑。