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智慧化推動人機介面進化 工業4.0願景落地成真
[作者 王明德]   2021年04月01日 星期四 瀏覽人次: [3219]

業者在選購人機介面功能時,需要考量到與工業物聯網的介接問題,透過相關設計到數據收集、彈性製程與降低成本等效益,讓人機介面成為企業數位轉型的助力,順利推動工業4.0的策略。


工業4.0對製造業帶來重大的衝擊,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,作為製造系統中人機溝通的唯一介面,人機介面在未來的工廠環境中,將扮演更重要的角色。


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,人機介面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,人機介面的角色將會更吃重。



圖1 : 過去人機介面業者多強調硬體規格及其技術,近年來逐漸著重軟體技術的開發。(source:IK4-Ideko)
圖1 : 過去人機介面業者多強調硬體規格及其技術,近年來逐漸著重軟體技術的開發。(source:IK4-Ideko)

由於人機介面是製造現場中唯一可顯示資訊的設備,因此在工業4.0環境中,人機介面將會成為製造資訊可視化的樞紐,由於雲端架構是工業物聯網的重要組成之一,人機介面將會肩負一部分的資料擷取與上傳工作,因此,網路化與雲端化都會是人機介面的未來趨勢。


軟體功能日漸重要 區隔市場創造新利基

過去人機介面業者多強調硬體規格及其技術,近年來逐漸著重軟體技術的開發,主要原因在於人機介面的硬體技術,很大一部分是從消費性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,工控領域所使用的人機介面,也不需要太高的效能,在此態勢下,非消費性領域人機介面供應商,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,產業趨勢也是人機介面走向軟體的原因,工業4.0講究軟硬整合,現在後端的IT系統主要功能都是以軟體設計,作為製造系統的一環,人機介面未來的功能設計,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,創造更大利基。


至於在市場應用方面,自動化製造仍然是此領域業者最重視的產業,自動化技術成熟多時,之前一段時間,業界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人機介面必須有智慧化設計。


最後則是船舶應用,現在船舶系統的技術演進相當快,而船舶所使用的人機介面也需特殊設計,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,北爾電子的人機介面應用在船舶領域已有多年,雖然此一領域的整體需求量不像製造系統,但是能符合標準、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。


人機介面功能演進 重新定義市場角色

在市場發展部分,雖然2020年全球受到疫情衝擊,經濟發展趨緩,但亞洲目前看來仍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,雖然中美貿易戰火未歇,但在可預見的未來幾年,其重要性仍不會改變。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,工業發展歷史雖久,但一直未見停歇,在工業4.0趨勢下,歐洲各工業大國已掀起智慧浪潮,包括人機介面在內的自動化設備,都會有換機潮。


針對快速進化的智慧化,人機介面廠商也紛紛重新定義產品、調整市場策略,就有業者指出,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。


因應此一趨勢,市場必須有可降低開發時間成本的跨平台整合方案,這類平台必須無縫整合了人機介面、控制器、驅動裝置與數據通訊技術,協助各產業客戶更快速而有效的建置自動化系統。



圖2 : 在工業4.0趨勢中,資料擷取會變得越來越重要,工業物聯網無疑會變成未來製造系統的主架構。(source:Festo)
圖2 : 在工業4.0趨勢中,資料擷取會變得越來越重要,工業物聯網無疑會變成未來製造系統的主架構。(source:Festo)

至於在人機介面自身的軟硬體功能,則須以智慧製造概念為核心設計,硬體部份,為使設備在嚴苛環境中仍能穩定運作,寬溫、防水、防塵勢必要需求。另外更為特殊的應用場域如位於海邊的風力發電或船舶,還須有防鹽蝕設計。


至於操作軟體,可依供應商類型分為兩種,北爾、普羅菲司…等品牌人機介面業者大多為有自己的系統,這類型做作業軟體的功能都已內建,使用者買來即可上線使用,工業電腦廠商所提供的人機介面則僅有硬體,由系統整合廠商視企業需求開發軟體,缺點是需要一定的開發時間,好處則是所開發的功能可以貼合自身需求。


無論是品牌業者或系統整合廠商的作業軟體,業者在選購或商談需求時,都須考量到與工業物聯網的介接問題,透過相關設計,到數據收集、彈性製程與降低成本等效益,讓人機介面成為企業數位轉型的助力,順利推動工業4.0策略。


**刊頭圖(source:Poland Today)


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