账号:
密码:
智动化 / 文章 /

智慧语音技术突破 工业HMI应用有新思维
[作者 盧傑瑞]   2020年04月16日 星期四 浏览人次: [3441]

这种不使用键盘的输入也是一种HMI,更像是人与人之间的对话,如果再加上高速、高频宽通信技术的进步,更可对於各种生产设备的进行控制与监视。


自从世界上第一台电脑ENIAC被发明以来,人机之间的沟通就成为电脑科学中非常重要的一个分支学科。二战期间的ENIAC被用於密码破译、炮弹弹道计算等, 但此时的人机之间的沟通还是非常的原始,需要透过打孔纸条来进行指令的输入和输出,即使一个功能简单的程式,也需要几天时间来制作打孔纸条,并且需要手动开关和电缆的设置。如此「原始」的人机对话模式极大地影响了电脑操作的便捷性,此後各领域的电脑科学专家积极的开发人机介面,来满足操作者先进的人机对话模式需求。


就传统而言,当操作人员对生产设备进行指令的下达,不外??使用了键盘、滑鼠,和触控等进行指示。这种重复的输出入动作,也可以看作是人与机器之间的对话方式之一。


随着元件技术与程式语言的进步,现已经可以将指令透过语音的方式来进行输入,而这种技术则通称为语音识别,例如,可以透过语音识别方式来进行网站的搜索。这种不使用键盘的输入也是一种HMI(Human-Machine Interface),更像是人与人之间的对话,如果再加上高速、高频宽通信技术的进步,更可对於各种生产设备的进行控制与监视,除了现场能达到即时资讯获得,还能够透过各种云端服务来进行更为智慧化的辨识和判断,这样的突破,让各种设备与操作人员之间的关系正在发生重大变化。


与键盘或触控式萤幕相比,语音命令在工业环境中具有一定的优势。首先,它不需要操作员的手或视觉焦点。这意味着操作员可以在向机器发出命令时继续从事其他任务。


HMI的人工智慧和聊天机器人

如前所述,HMI上的设备端往往更接近人机端,使用语音识别而不是键盘输入单词是最明显的例子之一。此外,不仅单词,人的感官和情感都可能被传送到设备,并让设备开始理解它。


过去,语音识别和语音合成系统既复杂又昂贵。但如今,使用AI扬声器和智慧型手机进行语音输入和自动朗读已经变得司空见惯。这些实现是由於硬体和软体的巨大进步,但是其采用的速度也令人印象深刻。正如智慧型手机在过去十年中变得非常流行一样,HMI的复杂性和速度可能正在进入一个新阶段。


第一个聊天机器人Eliza於1960年被开发出来,但是受限於当时的程式与元件技术,Eliza的功能和执行力很快达到了极限,就像是,Eliza当接收到聊天语句之後,经常出现「我无法回答任何其他问题」,或「现在不是这种情况」等等,令人无法满意的回覆或答案。



图一 : 第一个聊天机器人Eliza於1960年被开发出来(照片来源:Oin Interactive)
图一 : 第一个聊天机器人Eliza於1960年被开发出来(照片来源:Oin Interactive)

但随着程式与元件技术的进步,如今,聊天机器人已经可以与客户服务展开「合作」,例如当进行购买旅游服务时,机器人可以对消费者提供有关出发时间和服务的文字或音讯资料。当今的机器人已能够判别出关键字、验证用户输入,并根据预设的规则和程式来进行回复。此外,现代聊天机器人还可以与人工智慧进行协同工作,例如Amazon Alexa,Google Home,Google Assistant等也是聊天机器人。


工厂智慧语音助理已正式被采用在新一代的生产设备

基於语音辨识技术的进步和成熟度,现今已经可以开始被应用在工厂生产线上的设备或管控。近几年最引人注意的是,美国小型新创公司iT SpeeX在2018年发表了一款 CNC设备的工业用语音助理ATHENA。这套系统包括降噪耳机、一部工业用笔记型电脑,以及内建可整合不同机台设备的软体。一般而言大多工厂生产线上的机器,往往是各种品牌设备的大杂烩,但是,透过ATHENA的技术,生产线上操作人员可以透过耳机上的麦克风,下达指令给CNC机台,或者提问并调出生产数据。


这样的工厂智慧语音助理可以让工厂流程更流畅、错误率也更低。虽然目前这款语音助理产品只能适用於工厂生产线上常用的CNC机台,不过如果未来研发至其他工厂设备,将可以大幅度降低使用设备的技术门槛,即使一位不必知道如何操作机台的操作人员也可以轻松操作需要处理的事项、下达各种指令。



图二 : iT SpeeX的ATHENA让操作人员可以透过耳机上的麦克风,下达指令给CNC机台,或者提问并调出生产数据。(source:Gardner Business Media)
图二 : iT SpeeX的ATHENA让操作人员可以透过耳机上的麦克风,下达指令给CNC机台,或者提问并调出生产数据。(source:Gardner Business Media)

工厂智慧语音助理提供了可与任何控制器一起使用的通用介面,但是它不会取代控制器,而是扮演着位於控制器和操作人员之间,可有效替换键盘或功能表式的操控系统。令人难以置信的是,工厂智慧语音助理允许以通用方式,对任何控制器发出自然语句的命令。这使操作员可以轻松地在不同的生产设备之间移动,而无需了解这些生产设备的不同控制的方式。


工厂智慧语音助理允许操作员控制机器,设置基准和运行程式,此外还可以提供有关机器状态的报告,执行诸如过程能力之类的计算,并回答如 「如何更换冷却液?」 之类的问题,这些类似操作手册中的更换工具问题,在一般功能表示的操作系统中几??是不被预设与内建其中的,但是透过工厂智慧语音助理的协助,现在已经成为了很简单的一个命令执行。


例如:


操作人员:换工具,换五号工具。


工厂智慧语音助理:您确定要更改为五号工具吗?


操作员:是的ATHENA。


工厂智慧语音助理:更改为五号工具。


日本工具机设备大厂牧野,已经将iT SpeeX的ATHENA工厂智慧语音助理应用在工具机设备中,为未来工具机的人机互动创造了无限可能。牧野透过Hyper-i控制系统将Athena连接起来。而Athena的硬体包括第二个显示萤幕和HyperConnect 功能,该功能可以实现与个人电脑或智慧设备的完全互连,还配有远程监控,包括电子邮件警报。



图三 : 牧野已经将iT SpeeX的ATHENA工厂智慧语音助理应用在工具机设备中,为未来工具机的人机互动创造了无限可能。
图三 : 牧野已经将iT SpeeX的ATHENA工厂智慧语音助理应用在工具机设备中,为未来工具机的人机互动创造了无限可能。

牧野的a500Z系列产品搭配连接ATHENA来实现语音控制,来进行指示灯的ON/OFF状态、刀具更换、主轴停止、汇报机床状况等。当操作人员戴上耳机後就可以直接透过麦克风说出ATHENA需要做的事项,而ATHENA也能够接收复杂的语言指令,并且执行对应工作。


不断进步的自然语言系统

利用语音进行命令时,囗语的速度非常快,大多数人每分钟最多只能可以输入60个单词,但一般人与人交谈的情况下,可以相当平稳且不疾不徐地以两倍的速度说话。


早期的语音命令系统只是用语音辨识代替了键盘。这意味着必须按正确的顺序说出特定的命令字。对控制器进行程式设计以接受这些输入是相对简单的,并且语音辨识引擎可以仅侦听少量命令字,进而大大提高了识别准确性。但是,这种方法并不能减少操作复杂生产设备时所需要的训练。实际上,如果没有视觉回??,记住复杂过程的顺序就会让「操控设备」这件事变得更加困难。这也意味着控制器可能需要内建一些语音提示,例如「确定」等等。


当前的语音命令系统是带有语音辨识功能的自然语言(NLP)系统。这使电脑能够理解句子的含义,而不是简单地识别标准命令。从理论上讲,复杂的指令可以作为操作员与控制器之间的自然对话而给出,从而节省了时间并大大减少了培训需求。操作员应该可以简单地告诉机器他们想要做什麽。在执行不可逆操作之前,机器可能需要进行一些澄清和最终确认,但它们都应该自然而有效。但是,目前,NLP并不总是完全可靠的,结果可能会有些混乱。


而CONICS语音机器介面(VMI)是一种更通用的工业数位助理。可以在制造,能源管理,工业自动化或智慧建筑中执行一系列功能。例如,监视系统和过程的状态,控制设备和设备以及分析KPI。VMI使用Microsoft Cortana(微软出品的智慧语音助手),Amazon Alexa(亚马逊出品的Amazon Alexa)和Google Assistant(谷歌助理)等消费类数位助理的语音辨识功能。例如操作人员说出「嘿,Cortana。1号生产线的能源效率是多少,与上个班次相比有什麽不同?」VMI就会提供相对应的答案,例如「1号线的能源效率为78.3%,比昨天增加了2%」。


结语

使用语音与机器和资料自然交互的能力正在彻底改变人类如何使用机器的方式。以其最基本的形式,该技术允许释放双手和保持视线不变的交互,以便操作员可以在执行其他任务时指挥机器并获取资料。最新一代的基於自然语言处理的系统意味着不再需要学习复杂的功能表系统。您只要问你想要什麽。这将在减少训练和使操作人员更灵活地在不同工作之间转移。因此语音命令将采用大量非协作机器人技术,使人类和机器人在同一空间中并排工作。


相关文章
机器人技术持续突破 逐步打开医疗应用市场
HMI的软硬体与I/O介面再定义
智慧制造浪潮袭来 HMI角色重新定位
HMI智慧化商机浮现 台湾厂商如何维持既有竞争力?
工业机器视觉:提高系统速度和功能,同时提供更高简捷性
comments powered by Disqus
  相关新闻
» 明纬线上展馆7月15日揭幕 与客户零接触贴心服务
» 离岸风电百万年薪职缺正囹 金属中心媒合产业人才
» 汉翔运用达梭系统解决方案 如期实现国机国造高教机
» 罗升助客户逆境突围 提供多点温控解决方案
» 隹世达携手国韶实业 满足客户一站购足需求
  相关产品
» 中美万泰推出新款Intel第八代Whisky Lake工业级触控电脑
» 安勤触控双萤幕AIO POS终端机RiVar模组化扩充快速
» 大昌华嘉在台韩推广DataPhysics量测设备 投入表面和介面科学领域
» 明纬扩充EPP-500系列
» KNX用於现代建筑 可降低事後维护与火灾风险