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可視化概念打造新世代HMI 工業物聯網更貼合使用需求
[作者 王明德]   2020年12月01日 星期二 瀏覽人次: [2038]

在應用漸趨多元的市場中,HMI的設計創意將越來越多,透過這些創意與實用的設計,HMI可進一步貼近使用者需求,打造最適化工業物聯網系統。


物聯網被多種產業視為未來的營運骨幹,此一系統與既有的IT最大不同之一,在於系統中所有的數據都設計為可視化,藉此協助管理者迅速掌握現場資訊與設備運作狀態,從而建立快速反應機制,並作為中長期策略發展的參考。在所有的可視化技術中,HMI發展多年、技術成熟,近幾年的應用也逐漸多元。


HMI最早應用於製造、船舶、能源等系統,2011年德國啟動工業4.0政策,對產業帶來重大衝擊,在未來的製造體系中,所有設備的角色都會被再次延伸與定義,HMI作為製造系統中人機溝通的唯一介面,因此在未來的工廠環境中,將扮演更重要的角色。


軟硬體同步進化


圖1 : 在工業4.0時代,HMI的角色將會更吃重。(source:Centigrade GmbH)
圖1 : 在工業4.0時代,HMI的角色將會更吃重。(source:Centigrade GmbH)

在工業4.0趨勢中,資料擷取會變得越來越重要,工業物聯網(IIoT)無疑會變成未來製造系統的主架構,架構中的第一層設備擷取資料後,在透過網路連線,將資料往上傳,後端管控平台再利用各端點擷取的數據,分析、制定出完善策略。


在製造系統中,HMI過去多扮演系統第一線的資訊顯示與部分控制功能,但在工業4.0時代,HMI的角色將會更吃重,由於HMI是製造現場中唯一可顯示資訊的設備,因此業者指出,在工業4.0環境中,HMI將會成為製造資訊可視化的樞紐,由於雲端架構會是工業物聯網的重要組成之一,HMI將會肩負一部分的資料擷取與上傳工作,因此HMI的網路化與雲端化,都會是HMI的未來趨勢。


在雲端與網路化的趨勢下,軟體將成為HMI廠商的開發重點,主因在於HMI的硬體技術,絕大多數是從消費性IT技術而來,包括處理器、觸控面板……等都是,這幾年硬體技術發展已然成熟,效能往上提升有限,而且另一方面,工控領域所使用的HMI,也不需要太高的效能,在此態勢下,非消費性領域HMI供應商的硬體技術彼此相去不遠,因此軟體的設計能力就成為市場決勝點。


除了市場態勢外,產業趨勢也是HMI走向軟體的原因,工業4.0講究軟硬整合,現在後端的IT系統主要功能,都以軟體設計,作為製造系統的一環,HMI未來的功能設計,也勢必以軟體為重,而且也唯有軟體,才能讓產品產生差異化,藉以區隔市場,創造更大的利基。


市場應用漸趨多元

至於在應用方面,自動化製造還是會成為HMI最重要的產業之一,自動化技術成熟多時,之前一段時間多數業者都認為此一領域發展已經過於成熟,不過這幾年工業4.0、智慧工廠等概念席捲全球,製造系統再次出現變革,因此即便過去的市場總值已經相當龐大,但在智慧化趨勢下,製造業還有相當驚人的成長潛力。


第二個潛力應用是能源,在工業發達下,全球各國對能源的重視程度越來越高,尤其再生能源如太陽能、風力發電等,更成為多數國家的重要政策,再生能源所需的發電地域廣闊,而且在智慧電網趨勢下,每一發電設備的訊息都必須可完整揭露,同時還要能遠端監控,因此能源系統所配置的HMI必須有智慧化設計。


最後則是船舶應用,現在船舶系統的技術演進相當快,而船舶所使用的HMI也需特殊設計,除了必有的防水、防鹽蝕外,其他設計例如螢幕的亮度、操作介面的設計,都必須符合特定安規,HMI在船舶領域應用已經多年,雖然此一領域的整體需求量不像製造系統,但是符合標準、投入發展的廠商有限,因此仍屬於藍海市場,發展潛力也相當雄厚。


至於市場發展部分,亞洲目前看來還是全球市場成長最快的區域,中國大陸過去20年一直是世界工廠,雖然美中貿易戰開打,不過在該國政府的經濟政策與其龐大內需市場優勢下,在可預見的未來幾年,此一角色仍不會改變,尤其是工業4.0概念興起後,一步到位的系統建置作法必然成為主流,在此態勢下,中國大陸的市場短時間內不會縮小,此外東南亞近年來經濟成長腳步已逐漸加快,中國大陸加上東南亞,將使得亞洲市場成為未來全球製造業的發展核心。


另一個潛力發展地區則是歐洲,德國推出的工業4.0帶動全球熱潮,歐洲是現代工業的起源地,工業發展的歷史雖久,但一直未見停歇,雖然歐洲受COVID-19病毒侵襲甚重,但疫情終究會過去,工業4.0趨勢在歐洲各工業大國所掀起的智慧浪潮仍會持續,包括HMI在內的自動化設備,未來幾年都會有換機潮。


HMI智慧化大勢底定


圖2 : 隨著可視化概念的興起,HMI將在各類型物聯網系統中扮演重要的角色。(source:Siemens)
圖2 : 隨著可視化概念的興起,HMI將在各類型物聯網系統中扮演重要的角色。(source:Siemens)

而此一換機潮的走向必然是智慧化,智慧化製造系統的核心是整合,未來製造業不管前後端,不但會彼此鏈接,單一平台也將成為製造系統的主流設計,HMI就是如此,未來的HMI不再只具備顯示功能,還將扮演工業物聯網底層的閘道器角色,整合將控制器、驅動裝置與數據通訊技術。透過相關技術的整合,HMI將具備邊緣運算功能,當底層感測器、控制器將訊息傳送至HMI後,HMI會先行篩選分類,即時性需求高者,在現場端就做出指示,讓產線快速做出回應,即時性不高者,則先彙整數據再將之傳送到上層管理平台。透過HMI的邊緣運算功能,後端系統的儲存與運算負擔可大幅降低,同時也可兼顧系統的即時性,讓工業物聯網系統的運作更精確有效率。


隨著可視化概念的興起,HMI在各類型物聯網系統所扮演的角色將越來越吃重,其型態架構也會開始解構,例如現在就有廠商直接拋棄傳統的硬體,讓HMI直接化為軟體,使用者持手機、平板電腦等設備與現場機台聯結,HMI畫面就會直接顯示在手持式設備上,這種概念可應用於能源、水庫等大範圍機電設備管理系統中,藉此降低佈建與維護成本。


在應用漸趨多元的市場中,諸如此類的HMI設計創意將越來越多,透過這些創意與實用的設計,HMI可進一步貼近使用者需求,打造最適化工業物聯網系統。


**刊頭圖(source:Siemens)


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