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智慧化HMI设计考量
技术驱动应用

【作者: 王明德】2015年03月18日 星期三

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目前HMI最主要的应用领域,仍是被放在工业自动化产业使用,由于早期的HMI用以显示大量开关、指示灯号、产线情报或故障警示等讯息,来取代传统开关与灯号元件,其功能局限在启动或停止某个设备;现在的HMI除了提高核心CPU的速度、多样化的显示画面之外,更必须提供多通讯埠以连接外部介面,进而达到讯息整合的目的。


尤其在自动化整合领域,厂商也迈向完整解决方案的提供者角色进行规画,因此各类设备之间的距离,从过去的单一产品贩售,也开始导向整合型服务迈进。


稳定与亲和力 是HMI第一重点


图一
图一

目前以亚洲市场来看,在工控产业上仍以日系产品为主流,但不论哪一国系列的产品,「稳定」与「可靠」均是工厂自动化产业设备的第一要项,当然在技术面上,供应商不断致力于产品功能规格的提升,以期能提供更多元的功能,协助使用者获致效益,但对于使用者而言来说,硬体功能的多寡并非必须,「稳定品质」才是第一要件。


作为与机器沟通的桥梁,HMI介面的整合性的确日趋重要,过去在工厂端应用,相关的操控均有独立的显示系统,HMI整合了各项表头,化零为整将操作单纯化;此外HMI随着传统产业的发展,在技术上目前的确逐渐走向顶点,但便利性绝对是它的最大价值,除了技术的进步,HMI的价值仍在于整合介面的「亲和力」。


由于HMI是直觉式操作的装置,在使用的过程中,绝对不能让操作者用起来麻烦;此外HMI最大的价值,在于可以将复杂的工作简化成直觉化的指令,由于HMI产品的生命周期长,必须让操作者已习惯的方式来运用,才能达到最大的效果。


稳定是第一要求


HMI重视的是「稳定」,所以在软硬体上也以此一需求进行设计,因此部份厂商的HMI产品并不会在效能面如VIDEO或其他较为复杂的架构有太多著墨,而是仍致力于HMI的稳定操作的能力。


除了稳定度之外,现在的HMI的另一个设计思维是整合,由于HMI是操作者面对机器设备的第一线,随着科技技术的进步,各式机械设备整合速度加快,加上架构与功能渐趋复杂,在此情况下,HMI也随之演进。


HMI从传统单纯显示工业设备的各项数值,到现在透过各种不同的图型化元件来进行显示与操作,这透露出HMI的角色重要性的提升,从过去与传统现场端工控设备连结,到现在与后端管理系统进行资料的整合交换,可以发现愈来愈多的要求直接赋予到HMI的身上。


自动化系统从工厂端到系统端,甚至现在可以连结到云端,HMI的角色已不仅是单机或生产线的控制输出入角色,资讯整合的「可视化」成为其发展趋势,从单纯的显示资讯到复杂生产系统前后端间的连接点,HMI必须能从不同系统中,存取需要资讯以供使用者参考,因此强化软体的连结与资讯的传输的扩充,就成为供应商在工厂自动化领域着力的重点。


由于近几年的发展趋势,就硬体技术面来看,目前的技术已足敷HMI使用,就此层面,HMI未来发展的的最重要关键,基本上就落到了软体系统身上,过去在封闭的环境系统进行整合,可能需要添加多种设备才能完成通讯整合,在现在开放的架构下,由于资讯的处理较为透明,反而更能跨领域涵盖自动化的整合及资讯的串连。


业界人士指出,由于现代的工业自动化设备,所需求的功能是逐渐提升,现在HMI应该呈现的,不仅只是设备机台上的生产状况与异常对应,更需要M2M之间的连结,甚或能看到产线上所发挥的产能资讯整合,以及精准的控制产能状况。


整合通讯介面 让沟通更全面


在自动化系统整合的要求提升上,通讯介面的整合也是一项重点。由于现在的HMI并不仅只于做为输出入的介面,在工厂自动化的层次上,更强调必须即时反应与监控,尤其是远端监控沟通,这类功能绝对需要网路,其中Ethernet通讯介面、e-mail、Web Server 及FTP Server/Client等网路功能,已是HMI的基本配备,由于目前将「网路」是为工厂端主流配备已成为趋势,透过网路可让设备进行更直效的沟通,甚至跟PC端的SCADA等系统连结,均相当容易;或是针对类似于EtherCAT,已在欧洲有相当的占有率的通讯介面,供应商均透过这些介面的支援来扩展当地的市场。


通讯埠的增加,主要是因应目前生产线机台上所连结的设备愈趋复杂,在机台功能需求增加的情况下,以过去的人机通讯介面,将会陷入到处「配线」的窘境,因此预留扩充可能的通讯埠,让HMI得以全面整合生产线的整体控制;虽然在工控领域仍存在封闭式系统,但开放式的EtherNet将持续受到青睐,如此的发展趋势将是一定的,这也是工控领域在通讯介面得不断扩充的重要原因。


导入新技术 引发更多成长空间


近年来的工业自动化产品,随着电脑系统与周边技术的快速发展,产生了显著的改变,因应这项趋势,在未来「上位资料收集单元」与「现场设备」之间的关系将会愈加紧密,包括设备网路的提升,产线资料的e化,以及软体介面的统合等功能,将转换成自动化产业的标准功能,未来将持续开发智慧型周边、开发软体,以及更人性化的维护机制为目标,这已是厂商在HMI上发展的共通想像。


至于未来发展,由于HMI现在所使用的处理器多与行动电话相似,在软体系统发展上,是否有可能导入像是现在Android系统的OS开放式介面,这可能将会对工控产业造成一定程度的冲击;行动电话的技术发展或许也是HMI的借镜对象,如此发展下去,HMI也将不仅只是HMI,相信会存在着更多的想像空间。


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