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可视化概念打造新世代HMI 工业物联网更贴合使用需求
[作者 王明德]   2020年12月01日 星期二 浏览人次: [3084]

在应用渐趋多元的市场中,HMI的设计创意将越来越多,透过这些创意与实用的设计,HMI可进一步贴近使用者需求,打造最适化工业物联网系统。


物联网被多种产业视为未来的营运骨干,此一系统与既有的IT最大不同之一,在於系统中所有的数据都设计为可视化,藉此协助管理者迅速掌握现场资讯与设备运作状态,从而建立快速反应机制,并作为中长期策略发展的叁考。在所有的可视化技术中,HMI发展多年、技术成熟,近几年的应用也逐渐多元。


HMI最早应用於制造、船舶、能源等系统,2011年德国启动工业4.0政策,对产业带来重大冲击,在未来的制造体系中,所有设备的角色都会被再次延伸与定义,HMI作为制造系统中人机沟通的唯一介面,因此在未来的工厂环境中,将扮演更重要的角色。


软硬体同步进化


图1 : 在工业4.0时代,HMI的角色将会更吃重。(source:Centigrade GmbH)
图1 : 在工业4.0时代,HMI的角色将会更吃重。(source:Centigrade GmbH)

在工业4.0趋势中,资料撷取会变得越来越重要,工业物联网(IIoT)无疑会变成未来制造系统的主架构,架构中的第一层设备撷取资料後,在透过网路连线,将资料往上传,後端管控平台再利用各端点撷取的数据,分析、制定出完善策略。


在制造系统中,HMI过去多扮演系统第一线的资讯显示与部分控制功能,但在工业4.0时代,HMI的角色将会更吃重,由於HMI是制造现场中唯一可显示资讯的设备,因此业者指出,在工业4.0环境中,HMI将会成为制造资讯可视化的枢纽,由於云端架构会是工业物联网的重要组成之一,HMI将会肩负一部分的资料撷取与上传工作,因此HMI的网路化与云端化,都会是HMI的未来趋势。


在云端与网路化的趋势下,软体将成为HMI厂商的开发重点,主因在於HMI的硬体技术,绝大多数是从消费性IT技术而来,包括处理器、触控面板……等都是,这几年硬体技术发展已然成熟,效能往上提升有限,而且另一方面,工控领域所使用的HMI,也不需要太高的效能,在此态势下,非消费性领域HMI供应商的硬体技术彼此相去不远,因此软体的设计能力就成为市场决胜点。


除了市场态势外,产业趋势也是HMI走向软体的原因,工业4.0讲究软硬整合,现在後端的IT系统主要功能,都以软体设计,作为制造系统的一环,HMI未来的功能设计,也势必以软体为重,而且也唯有软体,才能让产品产生差异化,藉以区隔市场,创造更大的利基。


市场应用渐趋多元

至於在应用方面,自动化制造还是会成为HMI最重要的产业之一,自动化技术成熟多时,之前一段时间多数业者都认为此一领域发展已经过於成熟,不过这几年工业4.0、智慧工厂等概念席卷全球,制造系统再次出现变革,因此即便过去的市场总值已经相当庞大,但在智慧化趋势下,制造业还有相当惊人的成长潜力。


第二个潜力应用是能源,在工业发达下,全球各国对能源的重视程度越来越高,尤其再生能源如太阳能、风力发电等,更成为多数国家的重要政策,再生能源所需的发电地域广阔,而且在智慧电网趋势下,每一发电设备的讯息都必须可完整揭露,同时还要能远端监控,因此能源系统所配置的HMI必须有智慧化设计。


最後则是船舶应用,现在船舶系统的技术演进相当快,而船舶所使用的HMI也需特殊设计,除了必有的防水、防盐蚀外,其他设计例如萤幕的亮度、操作介面的设计,都必须符合特定安规,HMI在船舶领域应用已经多年,虽然此一领域的整体需求量不像制造系统,但是符合标准、投入发展的厂商有限,因此仍属於蓝海市场,发展潜力也相当雄厚。


至於市场发展部分,亚洲目前看来还是全球市场成长最快的区域,中国大陆过去20年一直是世界工厂,虽然美中贸易战开打,不过在该国政府的经济政策与其庞大内需市场优势下,在可预见的未来几年,此一角色仍不会改变,尤其是工业4.0概念兴起後,一步到位的系统建置作法必然成为主流,在此态势下,中国大陆的市场短时间内不会缩小,此外东南亚近年来经济成长脚步已逐渐加快,中国大陆加上东南亚,将使得亚洲市场成为未来全球制造业的发展核心。


另一个潜力发展地区则是欧洲,德国推出的工业4.0带动全球热潮,欧洲是现代工业的起源地,工业发展的历史虽久,但一直未见停歇,虽然欧洲受COVID-19病毒侵袭甚重,但疫情终究会过去,工业4.0趋势在欧洲各工业大国所掀起的智慧浪潮仍会持续,包括HMI在内的自动化设备,未来几年都会有换机潮。


HMI智慧化大势底定


图2 : 随着可视化概念的兴起,HMI将在各类型物联网系统中扮演重要的角色。(source:Siemens)
图2 : 随着可视化概念的兴起,HMI将在各类型物联网系统中扮演重要的角色。(source:Siemens)

而此一换机潮的走向必然是智慧化,智慧化制造系统的核心是整合,未来制造业不管前後端,不但会彼此链接,单一平台也将成为制造系统的主流设计,HMI就是如此,未来的HMI不再只具备显示功能,还将扮演工业物联网底层的闸道器角色,整合将控制器、驱动装置与数据通讯技术。透过相关技术的整合,HMI将具备边缘运算功能,当底层感测器、控制器将讯息传送至HMI後,HMI会先行筛选分类,即时性需求高者,在现场端就做出指示,让产线快速做出回应,即时性不高者,则先汇整数据再将之传送到上层管理平台。透过HMI的边缘运算功能,後端系统的储存与运算负担可大幅降低,同时也可兼顾系统的即时性,让工业物联网系统的运作更精确有效率。


随着可视化概念的兴起,HMI在各类型物联网系统所扮演的角色将越来越吃重,其型态架构也会开始解构,例如现在就有厂商直接抛弃传统的硬体,让HMI直接化为软体,使用者持手机、平板电脑等设备与现场机台联结,HMI画面就会直接显示在手持式设备上,这种概念可应用於能源、水库等大范围机电设备管理系统中,藉此降低布建与维护成本。


在应用渐趋多元的市场中,诸如此类的HMI设计创意将越来越多,透过这些创意与实用的设计,HMI可进一步贴近使用者需求,打造最适化工业物联网系统。


**刊头图(source:Siemens)


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