PLC與HMI 作為工業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)，在全球市場持續(xù)蓬勃發(fā)展。美國、歐洲、日本等主要經(jīng)濟(jì)體的需求也維持高檔，而政府政策也為市場帶來利多。隨著技術(shù)不斷演進(jìn)，PLC與HMI 將在更多應(yīng)用場景發(fā)揮作用。
可程式邏輯控制器（PLC）與人機(jī)介面（HMI）是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的兩大核心技術(shù)，兩者的整合應(yīng)用在現(xiàn)代製造業(yè)中扮演著不可或缺的角色。PLC 負(fù)責(zé)控制和監(jiān)測生產(chǎn)過程中的各種設(shè)備和流程，其功能類似於工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、指令發(fā)送等任務(wù)。HMI 則作為人與機(jī)器溝通的橋樑，將複雜的生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀易懂的圖形介面，方便操作人員監(jiān)控、管理和控制生產(chǎn)過程。
PLC 與 HMI 的搭配使用，能將自動(dòng)化系統(tǒng)的潛力發(fā)揮到極致。PLC負(fù)責(zé)處理底層的邏輯控制，確保生產(chǎn)流程的穩(wěn)定運(yùn)行，而 HMI 則提供友好的操作介面，讓操作人員能輕鬆掌握生產(chǎn)狀況，並進(jìn)行必要的調(diào)整和干預(yù)。兩者相輔相成，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化、高效化，為企業(yè)帶來顯著的效益提升。
隨著全球製造業(yè)數(shù)位轉(zhuǎn)型加速，PLC+HMI 的市場需求持續(xù)蓬勃發(fā)展。本文將探討 PLC+HMI 在國內(nèi)外市場的發(fā)展概況、政策影響、技術(shù)趨勢，以及在零售、交通、倉儲(chǔ)物流等基礎(chǔ)應(yīng)用場景的實(shí)例。
全球PLC與HMI市場規(guī)模持續(xù)上揚(yáng)
根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)MarketsandMarkets的研究，在自動(dòng)化、智慧製造、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域的需求帶動(dòng)下，2023 年全球 PLC 市場規(guī)模達(dá)到了161億美元，預(yù)計(jì)在2024年達(dá)到175億美元，而2025年將持續(xù)成長到190億美元的規(guī)模，呈現(xiàn)穩(wěn)定成長趨勢。
至於在國家與區(qū)域方面，亞太地區(qū)是 PLC 市場成長最快的區(qū)域，特別是中國與印度等新興市場的需求更為強(qiáng)勁，其驅(qū)力是這些快速成長的國家，對於國內(nèi)工業(yè)化進(jìn)程的加速，因此大幅提升了PLC設(shè)備的需求。
至於HMI 的市場規(guī)模，2023年全球HMI市場規(guī)模達(dá)50.2億美元，預(yù)計(jì)在2024年將達(dá)到 54 億美元，2025年則微幅成長到58億美元，成長速度較PLC市場稍慢。
主要的成長動(dòng)力來自製造業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)與交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域．對人機(jī)互動(dòng)、數(shù)據(jù)可視化、遠(yuǎn)程監(jiān)控等需求的增加。其中汽車HMI市場是整體HMI市場的重要成長市場，隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化程度的提高，對HMI的需求也會(huì)明顯成長。
同樣的，新興國家也是HMI的主要成長區(qū)域，包含中國、印度在內(nèi)，以及越南，泰國、印尼與馬來西亞等東南亞國家。由於這些國家及區(qū)域有著大量的基礎(chǔ)建設(shè)與產(chǎn)業(yè)計(jì)畫正在推動(dòng)等，因此帶動(dòng)了對製造業(yè)、城市建設(shè)、能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對HMI的需求也在不斷增加。
另外， 歐洲地區(qū)的德國和義大利對於HMI的需求也仍是持穩(wěn)，尤其在汽車、機(jī)械、化工等產(chǎn)業(yè)。
| 圖一 : 另一家市場研究機(jī)構(gòu)對全球HMI市場規(guī)模所做的展望。（source：precedenceresearch） |
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地緣政策催動(dòng)製造回流 各國政策推動(dòng)需求
除了新興市場與國家在基礎(chǔ)設(shè)施和產(chǎn)業(yè)拓展上大力助益外，基於地緣政治所引發(fā)的製造業(yè)回流，也讓PLC和HMI在已開發(fā)國家地區(qū)出現(xiàn)了新的動(dòng)能；另一方面，由於節(jié)能減碳和數(shù)位轉(zhuǎn)型的趨勢，對製造設(shè)備與工具機(jī)臺(tái)的性能有更高的能效要求，並進(jìn)一步強(qiáng)化智慧應(yīng)用的規(guī)模與深度，也讓該市場有了發(fā)展底氣。
美國市場
美國作為全球最大的經(jīng)濟(jì)體之一，其製造業(yè)對自動(dòng)化設(shè)備的需求一直保持強(qiáng)勁，特別是在汽車、航空航太、食品飲料等產(chǎn)業(yè)，對PLC與HMI 的需求尤其旺盛。
近幾年，由於美中在政經(jīng)對抗的情況加劇，因此美國政府積極推動(dòng)「再工業(yè)化」的政策，鼓勵(lì)企業(yè)回流美國本土生產(chǎn)，並提供稅收優(yōu)惠、資金補(bǔ)助等支持措施，這也刺激了PLC和HMI市場的需求。
歐洲市場
歐洲是全球工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的領(lǐng)先地區(qū)，特別是德國、義大利等國的製造業(yè)實(shí)力雄厚，因此在PLC與HMI裝置的需求也持穩(wěn)發(fā)展，不過近幾年在節(jié)能減碳與數(shù)位轉(zhuǎn)型趨勢帶動(dòng)下，對於高階PLC和HMI產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)較高的情況。
特別是在歐盟推動(dòng)「工業(yè) 5.0」戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)以人為本的智慧製造，鼓勵(lì)企業(yè)導(dǎo)入更具彈性、可持續(xù)性的自動(dòng)化解決方案，也為PLC與HMI市場帶來新的機(jī)會(huì)。
日本市場
日本是全球工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備的主要生產(chǎn)國之一，對PLC和HMI的需求也同樣呈現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展。然而日本製造強(qiáng)調(diào)高品質(zhì)，且專精於高階市場，因此在汽車、電子、半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)，對高精度、高可靠性的PLC與HMI產(chǎn)品需求較高。
不過由於日本人口老化嚴(yán)重，且少子化的衝擊也日益嚴(yán)峻，因此日本政府推動(dòng)「社會(huì) 5.0」概念，強(qiáng)調(diào)以科技解決社會(huì)問題，鼓勵(lì)企業(yè)開發(fā)更具人性化、智能化的自動(dòng)化設(shè)備，也由於國家?guī)ь^發(fā)展深度智慧化應(yīng)用，為PLC與HMI市場帶來新的發(fā)展方向。
臺(tái)灣市場
臺(tái)灣製造業(yè)以中小企業(yè)為主，過往面臨曾面臨產(chǎn)業(yè)外移的挑戰(zhàn)，不過近年由於美中對況的局面，導(dǎo)致許多臺(tái)商回臺(tái)設(shè)廠；另一方面，由於臺(tái)灣半導(dǎo)體製造的產(chǎn)業(yè)規(guī)模出現(xiàn)跳躍式的成長，因此新廠房的設(shè)立也成為近期重要進(jìn)展，整體都強(qiáng)化了臺(tái)灣對自動(dòng)化設(shè)備需求日益增加。這些趨勢與需求也成為PLC和HMI導(dǎo)入的利基，並對企業(yè)的生產(chǎn)效率提升、成本降低與轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來幫助。
在政策方面，臺(tái)灣近期推動(dòng)了「智慧機(jī)械產(chǎn)業(yè)推動(dòng)方案」、「5+2 產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新計(jì)畫」，以及賴清德政府正在力推的「五大信賴產(chǎn)業(yè)」等政策，皆鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入智慧製造解決方案，為臺(tái)灣的PLC與HMI市場創(chuàng)造有利環(huán)境。
| 圖二 : 在全球主要國家政策的加持下PLC與HMI的市場有望穩(wěn)定成長。圖上為西門子的HMI解決方案；下圖為泓格科技的控制器方案。 |
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AI領(lǐng)航新技術(shù) PLC與HMI現(xiàn)新動(dòng)能
有政策的加持，替PLC與HMI的成長帶來助益外，新技術(shù)的刺激，也為它們帶來新一波的動(dòng)能。尤其是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）、邊緣運(yùn)算、人工智慧（AI）等技術(shù)整合至PLC與HMI系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)智慧製造的關(guān)鍵，成為該市場的成長利基。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：PLC和HMI可與 IIoT 技術(shù)深度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)採集與分析，提升生產(chǎn)管理效率，目前已成為智慧廠房的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置之一。
邊緣運(yùn)算：在PLC與HMI系統(tǒng)中導(dǎo)入邊緣運(yùn)算，可即時(shí)處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，降低對雲(yún)端運(yùn)算的依賴，提升系統(tǒng)反應(yīng)速度。這樣的架構(gòu)與系統(tǒng)也是當(dāng)前工業(yè)終端的主流設(shè)計(jì)方向。
人工智慧（AI）：AI 技術(shù)應(yīng)用於PLC和HMI系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)知維護(hù)、生產(chǎn)流程優(yōu)化等功能，提升生產(chǎn)效率與品質(zhì)。
開放式架構(gòu)與平臺(tái)：採用開放式架構(gòu)，讓不同廠牌的 PLC+HMI 設(shè)備能互通互聯(lián)，提升系統(tǒng)整合彈性。
值得注意的是，由於生成式AI正在快速的改變所有的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用風(fēng)貌，即便是相對穩(wěn)定的工業(yè)領(lǐng)域也將會(huì)出現(xiàn)變革，因此PLC與HMI的軟硬體發(fā)展也會(huì)出現(xiàn)的架構(gòu)與方面。
在硬體方面，在 PLC中整合AI加速晶片將會(huì)是主要的趨勢，藉以提升數(shù)據(jù)處理和分析能力，實(shí)現(xiàn)更快速的反應(yīng)和決策；再者，為了增強(qiáng)邊緣與智慧應(yīng)用的效能，搭載AI功能的感測器也會(huì)是主要方向，它能更精確感知環(huán)境變化，提供更豐富的數(shù)據(jù)來源，支援更智能的控制策略。
至於軟體方面，提升機(jī)器學(xué)習(xí)演算法的支援會(huì)是重要方針， 透過機(jī)器學(xué)習(xí)，PLC與HMI能從歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，自動(dòng)優(yōu)化控制參數(shù)，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。另一方面，實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)也是重要的技術(shù)策略。 藉由AI分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)測潛在故障，提前進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，降低停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。
表一：HMI的硬體規(guī)格演進(jìn)
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年份
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2010
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2015
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2020
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2024
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處理核心種類
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x86
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x86/ARM
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ARM
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ARM
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平均 SDRAM 容量 (MB)
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64 - 256
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256 - 512
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512 - 1024
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1024 - 2048
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搭載 GPU
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否
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少量
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部分
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常見
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顯示器尺寸 (吋)
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4 - 7
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7 - 10
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10 - 15
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12 - 21
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通訊埠種類
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RS-232/485, Ethernet
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Ethernet, USB, (Wi-Fi)
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Ethernet, USB, Wi-Fi
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Ethernet, USB, Wi-Fi, 5G
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智慧應(yīng)用當(dāng)?shù)?零售、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)領(lǐng)域展身手
隨著智慧應(yīng)用的深化，PLC與HMI的整合，正為各行各業(yè)帶來革命性的變革。例如越來越常見的無人商店和廠房，商品與生產(chǎn)資訊、庫存狀態(tài)都會(huì)自動(dòng)顯示，甚至能自動(dòng)結(jié)帳和接單。至於公共資訊設(shè)備，如列車時(shí)刻看售票管理系統(tǒng)，在搭乘時(shí)，列車位置、運(yùn)行狀態(tài)一目了然，還能中央監(jiān)控、故障診斷．這些先進(jìn)的智慧管理系統(tǒng)，正隨著PLC與HMI技術(shù)的發(fā)展越來越普及。
零售業(yè)
無人商店：透過PLC 來控制門禁、照明、空調(diào)等設(shè)備，HMI則顯示商品資訊、庫存狀態(tài)、購物流程，並與支付系統(tǒng)整合。再者透過結(jié)合RFID、影像辨識(shí)等技術(shù)，就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)結(jié)帳、庫存管理、客流分析等功能。
自動(dòng)販賣機(jī)：主要利用PLC控制商品出貨、溫度調(diào)節(jié)、故障報(bào)警等。並搭配HMI來顯示商品選項(xiàng)、支付方式、操作指南。結(jié)合行動(dòng)支付、遠(yuǎn)端監(jiān)控等技術(shù)，提升便利性與管理效率。
| 圖三 : 透過先進(jìn)的PLC系統(tǒng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行控制，搭配HMI則能顯示列車位置、運(yùn)行狀態(tài)、車站資訊等。 |
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運(yùn)輸業(yè)
智慧運(yùn)輸系統(tǒng)：透過先進(jìn)的PLC系統(tǒng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行控制、電力供應(yīng)、號(hào)誌系統(tǒng)等。搭配HMI則能顯示列車位置、運(yùn)行狀態(tài)、車站資訊等。若進(jìn)一步結(jié)合SCADA系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)中央監(jiān)控、故障診斷、應(yīng)急指揮等功能。
智慧停車場：PLC可控制車位指示燈、閘門、收費(fèi)機(jī)等，HMI顯示車位狀態(tài)、停車費(fèi)用、導(dǎo)航資訊。結(jié)合車牌辨識(shí)、行動(dòng)支付等技術(shù)，提升停車效率與用戶體驗(yàn)。
倉儲(chǔ)業(yè)
自動(dòng)化倉儲(chǔ)：智慧倉儲(chǔ)內(nèi)部使用許多物品的撿放與輸送設(shè)備，使用PLC 可以控制堆垛機(jī)、輸送帶、分揀設(shè)備等。至於HMI則能顯示庫存位置、出入庫記錄、作業(yè)進(jìn)度。結(jié)合WMS系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)庫存管理、訂單處理、路徑規(guī)劃等功能。
智慧物流：同樣大量使用運(yùn)送設(shè)備，物流業(yè)者需要PLC來控制 AGV、無人機(jī)、自動(dòng)包裝機(jī)等，並運(yùn)用HMI顯示物流路線、包裹狀態(tài)、配送資訊。若結(jié)合 GPS、RFID、影像辨識(shí)等技術(shù)，進(jìn)能實(shí)現(xiàn)更高度智慧化的自動(dòng)分揀、運(yùn)輸、配送功能。
結(jié)語
整體而言，PLC與HMI作為工業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)，將在全球市場持續(xù)蓬勃發(fā)展，預(yù)計(jì)2023年全球PLC市場規(guī)模將達(dá)161億美元，2028年將達(dá)215億美元，HMI 市場規(guī)模則預(yù)計(jì)在2025年達(dá)到58億美元。
隨著技術(shù)不斷演進(jìn)，PLC與HMI將在更多應(yīng)用場景發(fā)揮作用。例如，在零售業(yè)的無人商店、自動(dòng)販賣機(jī)等；交通業(yè)的捷運(yùn)系統(tǒng)、智慧停車場；倉儲(chǔ)業(yè)的自動(dòng)化倉儲(chǔ)與智慧物流等。
而在智慧應(yīng)用與AI技術(shù)的推動(dòng)下，未來，PLC與HMI 將持續(xù)整合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、邊緣運(yùn)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)採集與分析、預(yù)測性維護(hù)等功能，為各行業(yè)帶來更高效、智慧化的解決方案。
