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可视化趋势启动 HMI价值再次延伸
 

【作者: 王明德】2019年03月22日 星期五

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工业4.0趋势横扫全球制造业,不过与之前几次工业革命不同的是,工业4.0结合了人类社会中已然成熟的另一技术━IT,IT与OT系统的整合,不只提升了过去OT系统的价值,更让制造系统有全然不同的面貌与想像,最显而易见的例子就是讯息的流通。


过去制造系统的架构封闭,讯息只为单一设备所用,不过在IT技术导入後,在工业网路的链接下,设备之间的讯息不但可以快速、无缝流动,同时也全面可视,对制造系统来说,可视化不只是让设备更容易被掌控,设备讯息还可延伸出更高价值。


在制造业中,过去厂区设备各自独立,每个站点都由专责人员把持,其它站区人员很难知道厂区实际运作情况,上端管理阶层也因为工厂可视化不足造成制程效率无法有效掌控。



图1 : 在制造业中,过去厂区设备各自独立,很难知道各厂区实际运作情况,上端管理阶层也因为工厂可视化不足造成制程效率无法有效掌控。
图1 : 在制造业中,过去厂区设备各自独立,很难知道各厂区实际运作情况,上端管理阶层也因为工厂可视化不足造成制程效率无法有效掌控。

以往为了加强工厂资讯的掌握,往往必须架构一套制造执行系统,藉由制程叁数的控制、机台稼动、机台状态、人员绩效、订单进度、即时产能,有效管控作业现场,资讯收集必须仰赖机器设备与软体平台连结,或是输入条码与表单等方式,让资料库的内容更完整,而近年来在制造业智慧化启动後,IT与OT系统开始,也让制程可视化进一步提升,过去只负责简单的人与机器间沟通的HMI,有了更吃重的全新角色。


工厂可视化 加快HMI发展脚步

@内文客户端对於工厂可视化的强烈需求,无疑加快了HMI在规格上的演进脚步。早期触控萤幕规格大都是3.5寸左右的单色面板,解析度低,只能显示简单的资讯内容,不过现在客户端需求复杂化,设计也更趋多元化。



图2 : HMI全面整合生产线已是未来趋势。(Source: Siemens)
图2 : HMI全面整合生产线已是未来趋势。(Source: Siemens)

就有业者指出,HMI产品的发展,从来不是因为科技进步而提升,这类产品的演进,多是因产业应用模式习惯的需求所造成,客户因使用经验提出相关需求,产业才会跟进,成为标准化的产品,这种因应客制化需求而生的产品供给,在逐渐模式化後,才成为市场主流的标准品产品。


像是通讯系统,过去以RS-232为基本的通讯介面,後期再加入RS-485等规格,让系统可以进行短中长距离的通讯,目前这几种通讯协定已成为业界主要规范。


此外,随着客户端需求增加,监控功能也由工厂内部区网的直接连系,转为可透过Ethernet进行远端的监控操作;厂区地点不论何处,企业总部都可透过Ethernet得到完整资讯,让以往高阶HMI专属的Web化功能,普及至一般中阶产品。


远端资料传输 实现工厂可视化梦想

目前工厂自动化产品,仍以有线网络做为控制主流,但在资料传输方面,无线系统已成为应用选择之一,尤其在生产线较为弹性或范围较大的厂区,由於设备变动可能性大,容易造成无法布线的窘境,或布线成本过高等问题,无线传输就成为选择方案,依照不同应用层面,这部分目前包括Wi-Fi、蓝牙,甚至是4G都是可采用的技术。


从应用面来看,在机动性较高的工厂环境中,可以长距离通讯系统传输资料,以蓝牙整合仓储管理,加上GPS掌握人员及设备动向,就可搭配监控仓储的堆高机或车辆等使用;此外HMI的应用触角也延伸到仓储盘点领域应用上,结合 RFID与GPS技术,让仓储与厂务人员用於盘点及巡查。


相对於有线网络,过去多认为无线传输是工厂环境中稳定较差的通讯架构,但如果是在非控制层面的通讯而言,目前已然足够,透过无线传输系统持续传送封包,在系统後端仍可以整合所有资料,而摆脱了线路的束缚,产品的应用层面相对更为广泛。


因应不同的环境及应用,HMI也会有不同的因应变化,虽然规格大同小异,但在不同产业的应用上,也会产生不同的应用做法。HMI多装设在厂区中,因厂区环境因素,对於产品也有不同的要求。



图3 : 一般工具机或小型加工厂的HMI,其功能需求简单功能。(摄影/王明德)
图3 : 一般工具机或小型加工厂的HMI,其功能需求简单功能。(摄影/王明德)

例如在高粉尘的环境中,粉尘不但容易卡住设备内部的机械结构,其中酸硷性物质也会侵蚀机台,在此态势下,如何维持设备的稳定性就成为重要的课题。


针对此一问题,工控业界目前的作法是采取密闭式设计,而部分制造业如食品药物生产,需要定时机台清洁,此类产线所需的部件,除了密闭之外,还需要有IP等级的防水设计与不锈钢之类的特殊材质,外观方面也需要设计为全平面,解决了这个问题,以有效防堵微生物孳生,做到完全抗菌的处理。


满足客户需求才是关键

HMI的应用多元,其市场结构也大不相同,针对客户需求提供适合的解决方案,一直是HMI厂商的产品研发重点。一般工具机或小型加工厂的HMI,其功能需求简单功能,状况发生时,可透过操作人员直接进行故障排除,功能简单、价格便宜的产品,是最适合此类型用户的解决方案。


至於中、大型的产线、厂区管理等,Web HMI会是首选,导入企业再依据需求选择生产追踪管理、品质管理、零配件管理、机台预修保养、物料管理、报表入囗网页、载具管理等功能,整合企业资源,进行更有效的控管。


不论是大尺寸Web化的中、高阶HMI,还是单色不具Ethernet功能的产品,都有适合的客户群与应用方式,对制造业来说,导入无障碍,使用模式习惯合??需求,就会是最好的系统,因此以可视化架构解决客户痛点,将成为未来HMI的主要发展方向。


**刊头图:(source: automation.com)


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