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工业4.0冲击制造业 人机介面需同步进化
 

【作者: 王明德】2019年12月02日 星期一

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在智慧制造与工业物联网的驱动下,人机介面在制造现场的角色越来越重要,无论是从深度还是广度方面都有显着的成长,应用越来越广泛、功能也越来越多元,不过在中小尺寸市场由於技术相近,市场趋於饱和,用户对产品功能、产品性价比的要求逐渐提高,厂商之间的竞争日益激烈。



图1 :  在工业4.0的冲击下,人机介面已然面临新变局,唯有不断因应产业变化,转换设计思维,才能让产品符合新世代产业的需求,永续生存於市场。(source:SIEMENS)
图1 : 在工业4.0的冲击下,人机介面已然面临新变局,唯有不断因应产业变化,转换设计思维,才能让产品符合新世代产业的需求,永续生存於市场。(source:SIEMENS)

从产品类别来看,不同类型厂商的竞争方式和手段上也不一样,对西门子、欧姆龙、三菱这种大型自动化厂商来说,人机介并非唯一产品,大多是搭配PLC使用提供给OEM厂商,因此厂商选择其产品时,价格不会是唯一考量。


价格会有激烈竞争者,大多是走中低阶价位的台湾及大陆厂商产品,这类型产品的功能阳春,後来几??都落入以寸计价的竞争,至於价位较高的欧、美、日单一人机介面产品,则会配合智慧制造趋势,透过各种软硬整合、联网设计,强化产品价值,瑞典大厂北尔电子就是最隹例子。


人机介面效能渐趋强大

北尔电子这几年积极转型旗下人机介面在产线中的定位,透过边缘运算强化其效能,让人机介面扮演工业物联网的闸道器角色,将汇整上传底层设备撷取的资料至资料中心,供後端IT系统查看、分析,目前北尔就与第三方资料中心业者合作,提供相关服务。


另外,北尔电子的DashBoard平台也可让管理者即时掌握各端点讯息,透过云端撷取各端点上传的数据,再透过特殊设计的介面平台,显示所选择的端点数据,为企业打造出精准的战情室。


除了北尔电子这类型软硬体合一的人机介面厂商外,市场另一种供应商是工业电脑业者提供的PC Based人机介面。最早的人机介面产品可以追溯到按钮开关和指示灯时代,伴随显示技术的发展,人机介面产品经历了CRT、LCD、单色STN到TFT的发展,现在已经是与智慧手机一样的电容式触控萤幕世代。



图2 : 人机介面是制造系统中唯一的可视化设备,在工业4.0系统中,将扮演见角色。(source:AllenBradly)
图2 : 人机介面是制造系统中唯一的可视化设备,在工业4.0系统中,将扮演见角色。(source:AllenBradly)

过去,PC based的稳定度是其工业应用的隐??,其中作业系统更是其要因之一,不过随着微软作业系统的稳定获得解决,PC based人机介面已逐渐展现其价值和优势。


相较於封闭式架构,PC based人机介面的特点是开放架构,可以直接采用PC技术,因此可提供丰富的功能,并且在工业物联网架构中,快速与IT系统的高速运算处理器、大容量储存、开放型资料库等系统整合。


因此在要求管控一体的智慧制造体系中,PC based人机介面的开放性特色将更有优势,尤其是PC based人机介面的厂商均为工业电脑厂商,而工业电脑厂商旗下也会有工业通讯、资料撷取、运动控制、分散式I/O等各种工业自动化解决方案,这些产品分别应用於工业现场、控制系统与资讯管理平台等自动化系统的不同层面。


而由於人机介面是介於控制层和管理层之间,因此工业电脑厂商多会以人机介面与其它控制产品搭配,整合成一套方案,应用於交通、医疗、零售等各种产业的解决方案。


软硬兼施 满足市场要求

再从设计趋势来看,人机介面是软硬结合的产品,在软体方面,目前有提供人机介面组态软体的厂商并不多,尤其是工业电脑厂商,主要原因是PC为开放平台,因此用户可以自主选择其他人机介面软体,如果绑住自己的软体,将会失去开放性的意义。


此外,市场上也不可能出现可以满足所有产业要求的软体,因此工业电脑厂商都专注於硬体平台,软体面则由系统整合商自行负责,不过在物联网趋势下,包括人机介面在内的各种自动化设备,开始被应用於各种产业。


而在多数产业并没有自动化或智慧化系统导入经验的情况下,大型工业电脑厂商近期将产品设计尽量往前延伸,除了提供开发工具缩短设备上线时间外,还会将软体功能尽量设计周全,系统整合商只需在其基础下,依据本身专业附加特定功能,即可满足终端客户需求。



图3 : 智慧制造系统要求IT与OT两大系统全面整合,因应此需求,人机介面的角色也需重新定义。(source:BOSCH)
图3 : 智慧制造系统要求IT与OT两大系统全面整合,因应此需求,人机介面的角色也需重新定义。(source:BOSCH)

至於在硬体方面,这几年人机介面除了触控萤幕逐渐成为主流外,通讯功能也被强化。在智慧制造趋势下,现在的人机介面并不仅只做为输出入的介面,还要能即时反应产线状态并从远端监控生产设备,因此对网路的需求越来越高,其中乙太网路通讯介面、e-mail、Web Server 及FTP Server/Client等网路功能,已是人机介面的基本配备,透过网路,系统与设备可进行更有效的沟通。


无论是软体功能的延伸或硬体效能的强化,都是工业电脑厂商提升自家产品价值的必要作法,从硬体架构面来看,目前人机介面技术差异已经不大,市场渐趋饱和,技术门槛的降低,让市场叁与者增加,同时也进入价格竞争的阶段,现在通用型人机介面已进入红海市场,要从红海走入蓝海,为自己产品附加更多价值已然是不可避免的作法。


在智慧制造浪潮下,工业市场开始进化,作为工厂中唯一的可视化设备,人机介面成为链接OT与IT两大系统的关键,也因此无论是传统独立式系统或工业电脑的开放性架构,各类型厂商都积极强化旗下人机介面产品的整合性,甚至有厂商开始解构过去的概念,直接取消人机介面上的萤幕,而改以短距离无线通讯方式链结手持式装置,让画面出现在工业用平板电脑上。


当然这些新作为都有待市场检视,不过整体来看,在工业4.0的冲击下,人机介面已然面临新变局,唯有不断因应产业变化,转换设计思维,才能让产品符合新世代产业的需求,永续生存於市场。


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