作為製造系統(tǒng)中唯一的人機(jī)溝通橋梁，HMI的角色與功能都相當(dāng)明確，不過(guò)在邁入工業(yè)4.0時(shí)代後，製造系統(tǒng)的概念開(kāi)始轉(zhuǎn)換，智慧連結(jié)成為必要設(shè)計(jì)，在此態(tài)勢(shì)下，HMI的軟硬體架構(gòu)都必須面臨改變，並開(kāi)始轉(zhuǎn)型。

硬體部分HMI包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊介面、資料儲(chǔ)存單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元，根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級(jí)不同，處理器可分別選用從單核到多核的處理器，使用者則依系統(tǒng)複雜程度來(lái)選購(gòu)，一般來(lái)說(shuō)，像晶圓廠或大型重工業(yè)者，選用多核心HMI的需求較高。

除了處理器外，HMI導(dǎo)入IT的最主要技術(shù)在輸出入裝置，首先是觸控螢?zāi)唬|控螢?zāi)蝗〈舜蟛糠值陌存I、滑鼠、鍵盤(pán)等工作，觸控螢?zāi)坏膬?yōu)點(diǎn)是直覺(jué)式操作，學(xué)習(xí)曲線極短，不過(guò)，複雜性不如鍵盤(pán)與滑鼠、強(qiáng)固性不如按鍵，因此目前這三種輸入技術(shù)仍並存混合使用，輸出技術(shù)則包括USB與乙太網(wǎng)路埠，透過(guò)這些輸出技術(shù)，HMI得以與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫鏈結(jié)。

強(qiáng)化軟體 提高附加價(jià)值

軟體方面也分為兩部分，即運(yùn)行於HMI硬體中的系統(tǒng)軟體和運(yùn)行於PC設(shè)備Windows作業(yè)系統(tǒng)下的畫(huà)面組態(tài)軟體，使用者都必須先使用HMI的畫(huà)面組態(tài)軟體製作工程檔再透過(guò)PC設(shè)備和HMI產(chǎn)品的串列通訊埠，把編製好的工程檔載到HMI的處理器中運(yùn)行。

圖1 : 邁入工業(yè)4.0時(shí)代後，製造系統(tǒng)的概念開(kāi)始轉(zhuǎn)換， HMI的軟硬體架構(gòu)都必須面臨改變。(Source:皮托科技)

現(xiàn)在Windows作業(yè)軟體是HMI的主流系統(tǒng)，透過(guò)Windows軟體與乙太網(wǎng)路，HMI的軟體例如SCADA可與上層的MES、ERP等連結(jié)，真正做到資訊互流，提升工廠可視化，就目前趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)的HMI產(chǎn)品在功能上的高、中、低劃分將越來(lái)越模糊，功能則會(huì)越來(lái)越豐富，5.7吋以上的HMI產(chǎn)品將全部是彩色LCD，由於電腦硬體成本的降低，HMI產(chǎn)品將以平板PC電腦為HMI硬體的高階產(chǎn)品為主，因?yàn)檫@種高階的產(chǎn)品在處理器速度、儲(chǔ)存容量、通訊介面種類(lèi)和數(shù)量、連網(wǎng)能力、軟體資源分享上都有較大的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)HMI產(chǎn)品的發(fā)展方向。

至於未來(lái)走向，進(jìn)入智慧製造世代後，系統(tǒng)行銷(xiāo)會(huì)以整體解決方案與應(yīng)用服務(wù)為導(dǎo)向，在此狀況下，附加價(jià)值將成最大重點(diǎn)，因此工業(yè)控制平臺(tái)重心，將會(huì)從硬體轉(zhuǎn)變?yōu)檐涹w，在此一前提下，HMI也必須與時(shí)俱進(jìn)，不再是強(qiáng)調(diào)硬體規(guī)格，而應(yīng)具備高度客製化彈性。

HMI過(guò)去只做為製造現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)各區(qū)域的溫度、濕度，乃至於各項(xiàng)機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)，透過(guò)主控系統(tǒng)監(jiān)視並記錄這些參數(shù)，以便即時(shí)處理異常事故，而以O(shè)pen HMI、Softlogic等型式存在的HMI，將可為開(kāi)放式語(yǔ)言量身訂做，而不斷被重複使用，只要稍作調(diào)整，隨時(shí)都可扮演不同的專(zhuān)家系統(tǒng)角色；更重要的，HMI也不再只能透過(guò)黑白文字顯示，從上而下通通走圖像顯示，不僅易於被使用操作，而且可以藉由與關(guān)聯(lián)式資料庫(kù)的串聯(lián)，從而因應(yīng)供應(yīng)鏈、工廠及企業(yè)的需求變化，而即時(shí)呈現(xiàn)不同資訊。

距離越來(lái)越近的HMI與PLC

因此過(guò)去在製造系統(tǒng)中功能簡(jiǎn)單的HMI，未來(lái)在工業(yè)4.0架構(gòu)，將擁有不可輕忽的延伸優(yōu)勢(shì)，為整體工廠及產(chǎn)品生命週期創(chuàng)造可觀價(jià)值，因此有意轉(zhuǎn)型至智慧製造的企業(yè)，可嘗試朝軟硬體並重的開(kāi)發(fā)模型思考，讓HMI一方面可以借助網(wǎng)頁(yè)伺服器、FTP伺服器、OPC UA通訊、資料庫(kù)的連結(jié)與檢視，確保各式資訊能夠被即時(shí)串流分享，另一方面可以透過(guò)警報(bào)檢視器及發(fā)布系統(tǒng)，即時(shí)擷取底層設(shè)備、感測(cè)器所反應(yīng)出來(lái)的問(wèn)題，接著經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)、雲(yún)端運(yùn)算、行動(dòng)裝置等技術(shù)，以最快速度傳遞予管理者，利於管理者儘快修復(fù)所有來(lái)自於產(chǎn)線的疑難雜癥。

圖2 : 觸控螢?zāi)坏膬?yōu)點(diǎn)是直覺(jué)式操作，學(xué)習(xí)曲線極短，目前已成為HMI的主輸入技術(shù)。(Source:DirectIndustry)

HMI的另一個(gè)趨勢(shì)是與PLC的整合將越來(lái)越深，PLC技術(shù)近年來(lái)朝開(kāi)放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是在工業(yè)電腦的PAC刺激下，其腳步開(kāi)始加速，PAC除了在靈活性方面比傳統(tǒng)PLC具有截然不同的優(yōu)勢(shì)外，還具有其他優(yōu)點(diǎn)，如能夠縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，降低系統(tǒng)投資成本，提升企業(yè)資訊流速度等。

目前許多PLC系統(tǒng)已經(jīng)將操作人員面板和其他HMI系統(tǒng)一起使用，甚至在部分領(lǐng)域，PLC的邏輯處理功能已經(jīng)被直接整合到HMI軟體中，例如歐洲的B&R工業(yè)自動(dòng)化，就將其操作面板進(jìn)一步結(jié)合Compact PLC和HMI面板系統(tǒng)，並整合低價(jià)格機(jī)械控制和操作介面，該產(chǎn)品具備700kb的SRAM和1.2MB的FlashPROM記憶體，採(cǎi)用了IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的程式設(shè)計(jì)語(yǔ)言、ANSI C和B&R自動(dòng)化Basic語(yǔ)言進(jìn)行程式設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工作，其元件包括16通道I/O，所具備的6個(gè)可利用擴(kuò)展插槽用於附加的數(shù)位量、類(lèi)比量通道擴(kuò)展以及通訊I/O模組。串列和CANbus介面也同樣被包含在其中。

另外，義大利公司EXOR也將PLC和I/O模組嵌入到名為HMIcontrol整合系統(tǒng)，以此擴(kuò)展其UniOP系列HMI操作面板，PLC完全與其所有UniOP產(chǎn)品相容，並使用了相同的、基於Windows平臺(tái)、用於UniOP操作面板的組態(tài)軟體包，由此來(lái)看，雖然PLC與HMI各有其獨(dú)立功能，不可能將之整合成單一架構(gòu)，不過(guò)在IT技術(shù)介入越來(lái)越深後，其部分技術(shù)與模組將可共用，而未來(lái)自動(dòng)化系統(tǒng)的整合將會(huì)更加緊密，大幅提升其附加價(jià)值。

臺(tái)灣方面，永宏電機(jī)旗下的P5系列HMI也可和自家PLC結(jié)合，在硬體上，P5和B1型態(tài)的PLC可背對(duì)背結(jié)合，如此可節(jié)省許多線材及空間，而軟體上的結(jié)合，除了比起他牌人機(jī)和永宏P(guān)LC的組合，在通訊上有更高效能的表現(xiàn)外，有更多強(qiáng)大實(shí)用的功能，譬如P5是市售唯一可直接在人機(jī)畫(huà)面讀取永宏P(guān)LC階梯程式的HMI，為客戶在現(xiàn)場(chǎng)除錯(cuò)時(shí)，帶來(lái)許多方便。

兩種架構(gòu) 各有優(yōu)劣

在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面，現(xiàn)在HMI市場(chǎng)主要分為兩大區(qū)塊，一是提供專(zhuān)業(yè)HMI產(chǎn)品，包括各大自動(dòng)化廠商如西門(mén)子、施耐德、臺(tái)達(dá)、北爾電子…等，另一類(lèi)是工業(yè)電腦廠商像是研華、研揚(yáng)…等，這兩類(lèi)的產(chǎn)品主要差異在於作業(yè)軟體，專(zhuān)業(yè)HMI產(chǎn)品都以?xún)?nèi)建自家設(shè)計(jì)的作業(yè)軟體，一上線就可用，工業(yè)電腦廠商的HMI，則只提供硬體，作業(yè)軟體由系統(tǒng)整合業(yè)者自行設(shè)計(jì)。

圖3 : HMI的軟體可與上層系統(tǒng)等連結(jié)，真正做到資訊互流，提升工廠可視化。(Source: Siemens)

這兩種做法各有優(yōu)劣，專(zhuān)業(yè)型HMI由於內(nèi)建作業(yè)軟體，系統(tǒng)整合商不必重新編寫(xiě)程式，因此導(dǎo)入的速度快，若需其他功能，HMI廠商也都有提供多樣化功能模組，近年來(lái)智慧化概念當(dāng)?shù)溃琀MI廠商更設(shè)計(jì)出多種雲(yún)端、可視化功能模組，讓使用者可自行選擇，不過(guò)優(yōu)點(diǎn)的反面也是缺點(diǎn)，硬體綁軟體的壞處就是開(kāi)放性不足，使用者或多或少都必須犧牲本身系統(tǒng)的彈性，來(lái)配合HMI。

工業(yè)電腦的HMI做法則完全與之相反，工業(yè)電腦廠商的HMI並不配備作業(yè)軟體，使用者可完全貼合自己的需求設(shè)計(jì)軟體，不過(guò)既然要設(shè)計(jì)，當(dāng)然就會(huì)需要程式撰寫(xiě)與上線後的一再調(diào)整試機(jī)時(shí)間，另外這種模式也會(huì)考驗(yàn)系統(tǒng)整合商的軟體設(shè)計(jì)與日後維修能力，尤其是維修部分，若開(kāi)發(fā)工程師未完整交接，就算仍擁有程式的原始碼，日後要進(jìn)行大幅度的軟體維修，也會(huì)困難重重。

無(wú)論是專(zhuān)業(yè)式或工業(yè)電腦的HMI，未來(lái)都將走向智慧化，HMI將不再只是HMI，而會(huì)蘊(yùn)含更多附加價(jià)值；製造商僅需借助容許高度客製化的HMI/SCADA，再搭配網(wǎng)路、感測(cè)器，讓每一環(huán)節(jié)都能彼此共享相同的軟體架構(gòu)，再以彈性靈活的應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境作為後盾，對(duì)工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)型，將可獲得有效助力。

**刊頭圖片(Source: Automation World)