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延伸應用觸角 HMI走出不同天空
[作者 王明德]   2019年04月12日 星期五 瀏覽人次: [6810]


圖1 : 功能改變導引規格變動,這幾年高階HMI的規格比過去幾年強化許多,而更高規格的HMI,也逐步拓寬了其應用範圍。(source:Siemens)
圖1 : 功能改變導引規格變動,這幾年高階HMI的規格比過去幾年強化許多,而更高規格的HMI,也逐步拓寬了其應用範圍。(source:Siemens)

HMI以往都做為自動化系統的操作介面,在功能設計上相對簡單,只用來取代PLC上的按鈕,不過這幾年工廠自動化系統吹起整合風,資訊可視化的程度不斷提高,在此情況下,HMI的定位也一再改變,從以往的單純控制,轉變為整個自動化系統的資訊運作中心。


規格進化刺激應用拓廣

HMI向來秉持著「夠用就好」的原則,由於主要以設備控制為主,功能不需太強,不過如果要做的更高,以目前的技術水準來說,廠商也都行有餘力,處理器等級選擇要看產品定位,如果像大尺寸面板(17吋以上)、多媒體、快速影像擷取等需求,HMI還是需要更高階的處理器。


目前會用到這麼高階的HMI還不多,主要應用範圍則在大型電子製造商,像是晶圓廠或TFT-LCD廠等,這些大型電子製造商一來資源豐沛,花起錢來不手軟,即便高階HMI比中低階價格要翻上好幾翻,不過相對於整體廠房成本來說,所佔比例仍極低,因此一般在建廠初期,就會直接選用高階HMI。


另一個原因則也是確有需要,大型電子製造商的製造系統都有一定程度的智慧化,系統整合已成必然,在此情況下,HMI所肩負的任務就不會只是單純的PLC控制,而必須與其他MES甚或ERP鏈結,再加上體制內原有的SCADA軟體,這層層負擔讓HMI欲小不易,只能往高階產品靠攏,不過這幾年智慧製造雖然媒體聲量頗大,但就整體出貨量來看,高階HMI仍佔市場總出貨量的小部份,在低階處理器淡出市場,量產規模縮小、價格逐漸上揚之前,中低階產品仍會佔有多數市場。



圖2 : 大型電子製造商的製造系統都有一定程度的智慧化,系統整合已成必然。(source:soraluce)
圖2 : 大型電子製造商的製造系統都有一定程度的智慧化,系統整合已成必然。(source:soraluce)

功能改變導引規格變動,這幾年部份高階HMI的規格已比過去幾年強化許多,雖然成本仍是HMI廠商的主要考量,中小型尺寸的HMI還是在以量計價的紅海市場,高階規格HMI出貨量仍不高,不過目前各大廠商的技術都已到位,若接到訂單,要設計出規格強大的HMI產品並非難事。


HMI規格強化,同時也刺激出新應用,傳統型HMI只做為單純的操控介面,架構設計簡單,要求的是穩定,周邊的I/O Port只有RS-232、RS-485等,不過在強化規格後,不僅CPU等級提升,周邊的乙太網路、I/O埠等。整體來看,HMI的規格仍不斷進化,這讓HMI開始走出工控領域,跨足其他嵌入式平板電腦在垂直市場的應用領域,其中又以智慧家庭與智慧建築潛力最為雄厚。


智慧家庭與船舶將是潛力市場

電子、電機、資訊、通信與自動化設備等科技技術的進步,使得智慧化居住生活的願景得以提前實現,促使生活智慧化的趨勢提早來臨。根據IDC研究,全球智慧家庭裝置出貨量2022年市場出貨量可以達到9.397億台,年平均複合成長率(CAGR)將達18.5%。電子化、資訊化促成的智慧化居住生活系統,將成為居住生活設施中最重要的一環。台灣區房地產在經歷了前兩年的不景氣之後,2004年景氣開始復甦,各建商零星推出以數位化、電子化為賣點的各式建築,智慧家庭開始出現雛形。


除了智慧家庭外,船舶也是HMI廠商認為潛力十足的應用,由於船舶應用型的HMI,在防水、防鏽蝕等專業上的技術,要求更高於一般工業電腦應用上的標準,所以,長期以來市場相當封閉,也不是一般廠商能夠輕易切入。


HMI廠商對觸控式與工業用液晶顯示器與模組的開發已有經驗,掌握了面板相關的技術,若再結合實際市場經驗,將可針對船舶應用領域推出相對應的解決方案,並且透過市場中的系統整合商,切進相關市場供應鏈中,未來幾年在船舶應用方面的市場仍有大幅度的成長空間。


電子廠商跨入垂直應用領域,大致可分為三塊領域,包括控制系統、網路系統、應用系統等,其中控制系統以自動化控制廠商為主,這方面由於工業電腦廠商過去在自動化設備的著墨較久,因此如多數工業電腦廠商都有相關產品投入,控制系統也包括家電控制,這方面自控業者就必須與家電業者合作。


至於被視為智慧家庭神經主軸的網路系統,則是透過網路連結住宅中的各種電子、電機、自動化設備,網路是台灣IT產業的強項,無論是電源網路、有線區域網路、無線區域網路等,都有廠商投入。社區應用與控制系統的差別,在於前者為戶外控制,後者則屬於住宅內,社區應用包括停車、門禁、安全監控等,這方面工業電腦廠商也多有涉獵,只不過是將配合廠商由家電業者改為保全業者。


須從使用者角度出發

在智慧家庭與船舶應用系統中,不管是網路系統或其他自動化控制系統,與使用者最接近的都是HMI,透過HMI的友善介面,才能有效操作這些功能,過去HMI應用於工控領域時,對於外觀的設計並不要求,不過如果踏入其他垂直應用市場,還依循以往的作法,在驗收時可能會大吃苦頭,這些領域的業者雖然必須仰賴與IT業的合作,不過就產業供需關係來看,IT業者只是供給者而不是市場主導者。


簡單來說,就是建築業者與造船業者是IT業者的客戶,如果IT業者想做他們的生意,雖不必說無條件全面配合客戶需求,但在兩者互動中,IT業者不可避免配合程度要遠高於對方,因為畢竟IT設備只是附加價值,建物與船舶本身才是主要價值,少了前者,頂多成為一件沒有差異化的建案而已。



圖3 : 智慧家庭的HMI需求與工控領域不同。(source:SafeWise)
圖3 : 智慧家庭的HMI需求與工控領域不同。(source:SafeWise)

拿一個實際案例來看,智慧家庭概念在豪宅階層刮起旋風之後,台灣曾有屋主有意在新購置住宅中導入智慧概念,因此找了系統廠商進行規劃,然而當系統廠商完成產品後,卻被業主要求重新設計,其實在整體架構上,這套系統的功能十分完整,該企業主管所在意的是外觀部分。


購置一棟豪宅所花費的金額都在新台幣上億元,屋主必會對其內部裝潢風格斤斤計較,而該廠商所設計的系統操作介面,未注重工業設計,結果整個HMI外觀設計與室內裝潢格格不入,若安裝在牆面會顯得十分突兀,因此系統廠商遭退貨後,在介面外觀設計特意加強,並配合其住宅室內裝潢風格,方才驗收完成。


從這個案例可以探討供需兩方對智慧家庭的定位與看法,如前文所敘,對屋主來說,智慧化對建物本體提供的是附加價值,也就是加分效果,但若設計不良,影響到住宅的主體價值,反而會帶來負分,這時住戶就寧捨棄便利的IT設備,以保持完整的住宅風格。


隨著各類型智慧化系統的落地,HMI應用領域將會逐漸拓展,各領域所需的軟硬體功能也會因應環境與建置目標,而有不同的功能需求,因此業者要跨足其他產業,必須從使用者角度出發,產品才能符合市場需求,進而站穩腳步。


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