AI科技日行千里，帶動HMI逐漸朝高彈性、視覺性、可靠性發(fā)展。HMI軟體可以讓使用者在自己的裝置上存取HMI螢?zāi)唬€可支援移動裝置，使用者可以隨時隨地注意生產(chǎn)線狀態(tài)，或者透過遠(yuǎn)端存取快速做出反應(yīng)。

美商3M臺灣子公司5月23日公布《3M全球前瞻趨勢2023年度洞察報告》，指出氣候變化與資源稀缺、人口結(jié)構(gòu)和社會變遷，以及數(shù)位與實體世界的融合等三大趨勢將帶來契機與能量，其中，軟體、感測器、AI人工智慧和HMI人機介面將大幅應(yīng)用，重塑工業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活樣貌。

從市場變化看趨勢

HMI可以取代傳統(tǒng)按鈕、指示燈與選擇器，降低額外顯示面板和電纜需求，透過HMI可達(dá)到監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)採集的目的，有助大幅降低營運成本，因此有越來越多產(chǎn)線藉由HMI與PLC主導(dǎo)流程，如製造業(yè)、汽車業(yè)、食品飲料業(yè)、製藥業(yè)及公共設(shè)施等領(lǐng)域。

AI科技日行千里，帶動HMI逐漸朝高彈性、視覺性、可靠性發(fā)展。HMI軟體可以讓使用者在自己的裝置上存取HMI螢?zāi)唬€可支援移動裝置，使用者可以隨時隨地注意生產(chǎn)線狀態(tài)，或者透過遠(yuǎn)端存取快速做出反應(yīng)。

HMI搭配圖形元素、多語言支援，還能存取大量資訊（如訂單、影像與維修指示等），螢?zāi)豢梢猿尸F(xiàn)深入資訊，使用者大可在生產(chǎn)線或機器之間同時以一部移動裝置監(jiān)控生產(chǎn)流程。萬一觸發(fā)警報，使用者也無須花時間回溯操作狀況，HMI可以即時提供所需資訊，甚至在紀(jì)錄中留下評論或指引內(nèi)容，方便與他人討論溝通及後續(xù)跟進(jìn)。由於HMI內(nèi)建功能可以防止未經(jīng)授權(quán)的變更，大大提高使用過程的安全性，這些都是HMI為智慧廠房帶來的助益。

智慧廠房的痛點與可能解決方案

雖然HMI已然走向廠房「遙控器」的角色定位，仍有不少業(yè)者在使用及轉(zhuǎn)換HMI的過程中面臨這樣那樣的難處。

首先，隨著數(shù)位轉(zhuǎn)型腳步加快，業(yè)者常面臨到不知從何處開始「轉(zhuǎn)骨」的問題，又或者陷入IT與OT系統(tǒng)因為使用設(shè)備、語言差異等問題而無法有效溝通與整合，這時，同時具有OT與IT通訊協(xié)議的HMI軟體平臺就能順利破冰，重新打造兼顧品質(zhì)監(jiān)控與生產(chǎn)排程規(guī)劃的操作平臺。

另外一個常見的問題是工廠內(nèi)自動化設(shè)備品牌眾多，不同廠牌的設(shè)備整合和鏈結(jié)工作有其難度，打掉重練太浪費，原地升級太疲憊，HMI具備智慧製造系統(tǒng)閘道器（Gateway）功能，可以快速擷取數(shù)據(jù)，再透過通訊網(wǎng)路傳送到後端，等於將不同設(shè)備商所負(fù)責(zé)的功能整合至一處，不僅可以大幅簡化系統(tǒng)架構(gòu)，使用者也可以自定設(shè)備功能，在最短時間內(nèi)摸索出最佳解決方案，甚至不須購置多款軟硬體設(shè)施，就能整合控制、閘道器、可視化等功能，減少投資成本、人力負(fù)擔(dān)，也避免空間佔用。

以凌華科技今年發(fā)表的All-in-One（控制/閘道器/顯示）HMI工業(yè)及觸控電腦- PanKonix系列來說，就標(biāo)榜屏控一體，使用者無需添購IoT閘道器與運動控制PLC模組，機型包含10吋、15吋、21吋。

PanKonix可以讓閘道器的功能「消失」，既支援OT端的Modbus RTU、Modbus TCP/IP協(xié)定，也支援IT端的OPC UA、MQTT、RESTful API協(xié)議，同步滿足IoT資料蒐集及可視化、雲(yún)端上傳等需求，確保與90%以上的PLC驅(qū)動器通訊，至於最佳化雲(yún)端服務(wù)連線能支援 OPCUA、MQTT及RESTful API用於物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用。PanKonix還可以讓運動控制PLC模組的功能「消失」，將PLC與運動控制軟體化，即使是不諳OT的IT人員也能輕鬆入手，使用IT語法完成PLC編程，OT人員則能運用No Code/Low Code開發(fā)環(huán)境完成IoT編程。

硬體上，PanKonix以友達(dá)IP65面板為基底，外型設(shè)計為窄邊框電容式觸控螢?zāi)唬c傳統(tǒng)搭載電阻式螢?zāi)坏腍MI風(fēng)格明顯不同；軟體上，PanKonix內(nèi)建可視化圖控軟體，便於使用者以直覺拖拉、表單設(shè)定方式輕易連結(jié)HMI程式元件與PLC、變頻器、馬達(dá)等多種設(shè)備的IO位址。圖控軟體中的向量圖檔可任意縮放，不失真，即使轉(zhuǎn)換螢?zāi)怀叽缫矡o需重新設(shè)計UI。

至於PanKonix內(nèi)建的SuperCAT軟體可以取代實體卡，使用者透過標(biāo)準(zhǔn)EtherCAT就能控制多數(shù)品牌設(shè)備。SuperCAT可支援125μs EtherCAT控制頻率，與前一代傳統(tǒng)運動控制卡相比達(dá)兩倍速，可控軸數(shù)也從64倍提升至128倍，而且支援IEC 61131-9協(xié)定。

圖1 : PanKonix Series-HMI Panel PC具備工業(yè)級HMI觸控平板電腦整合控制、閘道及顯示功能。（source：凌華）

除了數(shù)位轉(zhuǎn)型，隨著綠色製造、淨(jìng)零碳排與ESG大浪襲來，製造業(yè)還需要克服零碳轉(zhuǎn)型的進(jìn)階痛點，排除空氣品質(zhì)監(jiān)測、溫室氣體排放檢測/管制、碳盤查與碳足跡追蹤、優(yōu)化能源使用率等相關(guān)問題。而這些新「參數(shù)」同樣需要納入IT與OT系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)傳送到ESG演算法核心，所幸透過HMI可以優(yōu)化各種協(xié)作效率。

隨著AI科技快速進(jìn)化，智慧廠房在運作流程中更加依賴HMI，多元化人機介面可以同步解決數(shù)種問題，比方模組化設(shè)計的多點觸控面板電腦及工業(yè)級顯示器就能提供雙螢?zāi)伙@示功能，透過寬螢?zāi)辉O(shè)計擴充HMI的可視範(fàn)圍，讓使用者可以同時查看多個程式視窗，提高生產(chǎn)力與效率。

臺達(dá)電子推出的C2000-HS高速變頻器即採用新世代功率半導(dǎo)體元件，搭配高速馬達(dá)控制技術(shù)，變頻器效率提升1.2%，馬達(dá)能耗降低2-8%，淺顯易懂的HMI可視化介面能明確引導(dǎo)磁浮馬達(dá)組裝順序，解決產(chǎn)品開發(fā)或組裝過程中因為複雜軟硬體架構(gòu)導(dǎo)致的時程延宕。

圖2 : 臺達(dá)電子高頻電機驅(qū)動器C2000-HS系列。（source：臺達(dá)電子）

HMI可視化進(jìn)階中：機器視覺、圖形化+聯(lián)網(wǎng)功能與多協(xié)議轉(zhuǎn)換

HMI可視化已成為智慧廠房不可或缺的助攻配備，在既有的整合控制、閘道器、可視化、跨平臺、多語言等基本配備下，HMI軟硬體逐步朝圖形化升級、進(jìn)階聯(lián)網(wǎng)功能、多協(xié)議轉(zhuǎn)換邁進(jìn)，HMI也出現(xiàn)AR/MR、數(shù)位孿生等進(jìn)階技術(shù)應(yīng)用，從IoT到AIoT，層層堆疊新的HMI軟硬體核心價值，帶動HMI可視化相關(guān)軟硬體緩步升級。

新世代HMI高度仰賴邊緣人工智慧（AI）才能發(fā)揮新功能，除了AR/VR的應(yīng)用，也加入人臉辨識對機器進(jìn)行控制存取，或者藉由手勢辨識進(jìn)行非接觸操作，甚至加入機器視覺等邊緣AI功能以提高HMI分析系統(tǒng)狀態(tài)、狀況預(yù)測及維護(hù)預(yù)測方面的精準(zhǔn)度。

因此，設(shè)計HMI應(yīng)用程式時，勢必將邊緣AI應(yīng)用程式開發(fā)及處理器功能納入其中，還須兼顧散熱性、電源能耗與使用壽命等細(xì)節(jié)。此外，隨著感測器、多元裝置進(jìn)駐智慧廠房，HMI的連接性和控制功能也有必要進(jìn)一步提升，以強化人機通訊品質(zhì)。

前述種種需仰賴強大的處理器，是以，高效處理器也將成為新世代HMI的強大助力之一，如搭載四核心 Arm Cortex-A53或AM62處理器即可大幅增強邊緣AI功能，以AM62處理器來說，可支援多種顯示介面，如RGB888、2K及超高畫質(zhì)顯示介面，全面提升HMI效能。

瑞典商HMS Networks集團(tuán)臺灣總代理司騰達(dá)（BHP Industry Solution）指出，隨著AIoT工業(yè)自動化與邊緣運算導(dǎo)入設(shè)備管理軟體，逐漸改變HMI Process可視化軟體的功能，除了連結(jié)工業(yè)自動化PLC的各式通訊協(xié)議與周邊基礎(chǔ)設(shè)備，少不了管理和數(shù)據(jù)可視化功能，連同紀(jì)錄、蒐集資訊及產(chǎn)出報表、處理及回饋警報等功能，而這些功能已然成為工業(yè)自動化機臺設(shè)備或IoT平臺架構(gòu)、雲(yún)端連結(jié)中的標(biāo)配。

隨著聯(lián)網(wǎng)、上雲(yún)與跨平臺、遠(yuǎn)端應(yīng)用成為HMI新日常，資安問題也連帶受到重視。同時，HMI可視化軟體也需要保持對主要現(xiàn)場總線通信協(xié)議的開放性，使用開放及公認(rèn)的市場技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如HTML5、SVG、XML），並保有使用介面的靈活、跨平臺整合性與安全性。

此外，在多元、少量多樣趨勢下，廠房產(chǎn)線需要對所有客戶端更為友善便利的可視優(yōu)化屏幕，才能節(jié)省編程時間，這部分需要更好的驗證技術(shù)才能推動可操作應(yīng)用程序變得更加簡單。

西門子（SIEMENS）HMI基本型裝置可以提供絕佳的顯示品質(zhì)及高功率視覺化，在安裝及工程規(guī)劃過程中節(jié)省寶貴時間；高階型HMI舒適型面板設(shè)計可以實現(xiàn)機器層級的高性能視覺化應(yīng)用及整合介面；製程可視化圖形監(jiān)控系統(tǒng)WinCC V7具有監(jiān)視自動化過程的高性能，使用者可在不同語言間切換，可為不同行業(yè)、高度複雜的可視化任務(wù)及SCADA應(yīng)用程序提供完整功能。

WinCC內(nèi)建所有HMI功能與開放介面，提供連接控制器與AllenBradley Ethernet IP、Modbus TCP/IP、Mitsubishi MC TCP/IP所需重要通訊通道，還能支援不同廠商通訊，如PROFIBUS/PROFINET與OPC等，以及用於資料歸檔的MS SQL Server協(xié)助資料交換，可同步支援IT及商務(wù)整合。

圖3 : SIEMENS HMI人機介面。（source：BHP Industry Solution）

換位思考：HMI一站式解決方案

智慧廠房與AI、物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合為必然趨勢，技術(shù)面更重視電腦視覺、邊緣運算及精準(zhǔn)控制，未來的智慧廠房將出現(xiàn)網(wǎng)路、感測器、PLC、硬體與雲(yún)端服務(wù)串聯(lián)的龐大系統(tǒng)，不論是傳統(tǒng)廠房數(shù)位轉(zhuǎn)型或是處於新舊軟硬體整合升級的哪個階段，不少業(yè)者都會陷入做與不做或如何做最有效的掙扎，即便砸下重金更換HMI軟硬體，使用者端能否同步升級，熟悉操作與運作流程？變與不變的轉(zhuǎn)換成本需要精打細(xì)算。

HMI供應(yīng)商北爾電子提出另一種思維模式，也許直接更換HMI系統(tǒng)，透過HMI平臺內(nèi)含各大通訊軟體與常見通訊協(xié)議的優(yōu)勢，就能在不改動控制器程式的狀態(tài)下進(jìn)行資料擷取，重點是不需讓生產(chǎn)線停擺就能完成全產(chǎn)線升級，如北爾電子的HMI及Gateway平臺可在不停機下裝設(shè)完成，可對接市面上95%以上的工業(yè)通訊協(xié)定，輕鬆解決整合問題。

工業(yè)電腦廠維田在2023年臺北國際電腦展（COMPUTEX 2023）中展出HMI人機介面、觸控式工業(yè)電腦、觸控式工業(yè)顯示器等解決方案，以全防水不鏽鋼工業(yè)電腦及HMI人機介面工業(yè)電腦為產(chǎn)品核心，提供特殊工業(yè)場域的解決方案，如加裝戶外日光可視設(shè)計、模組化擴充設(shè)計等，為HMI注入更多創(chuàng)新能量。

更為開放、永續(xù)及高效的新一代智慧廠房正在建構(gòu)的路上奔跑，一如美商3M臺灣子公司指出軟體、感測器、AI人工智慧和HMI人機介面將重塑工業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活樣貌，可預(yù)見的未來，HMI人機介面將如智慧型手機，成為智慧廠房的另一臺「遙控器」，少了這臺遙控器一如少了一把鑰匙，開不了新世界的大門。