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智慧應用加持 PLC與HMI 市場穩定成長
數位轉型與AI技術領航
[作者 木言]   2024年06月25日 星期二 瀏覽人次: [771]

PLC與HMI 作為工業自動化的核心技術,在全球市場持續蓬勃發展。美國、歐洲、日本等主要經濟體的需求也維持高檔,而政府政策也為市場帶來利多。隨著技術不斷演進,PLC與HMI 將在更多應用場景發揮作用。


可程式邏輯控制器(PLC)與人機介面(HMI)是工業自動化領域的兩大核心技術,兩者的整合應用在現代製造業中扮演著不可或缺的角色。PLC 負責控制和監測生產過程中的各種設備和流程,其功能類似於工業自動化系統的大腦,負責邏輯運算、數據處理、指令發送等任務。HMI 則作為人與機器溝通的橋樑,將複雜的生產數據轉化為直觀易懂的圖形介面,方便操作人員監控、管理和控制生產過程。


PLC 與 HMI 的搭配使用,能將自動化系統的潛力發揮到極致。PLC負責處理底層的邏輯控制,確保生產流程的穩定運行,而 HMI 則提供友好的操作介面,讓操作人員能輕鬆掌握生產狀況,並進行必要的調整和干預。兩者相輔相成,實現了生產過程的自動化、智能化、高效化,為企業帶來顯著的效益提升。


隨著全球製造業數位轉型加速,PLC+HMI 的市場需求持續蓬勃發展。本文將探討 PLC+HMI 在國內外市場的發展概況、政策影響、技術趨勢,以及在零售、交通、倉儲物流等基礎應用場景的實例。


全球PLC與HMI市場規模持續上揚

根據市場研究機構MarketsandMarkets的研究,在自動化、智慧製造、基礎設施建設等領域的需求帶動下,2023 年全球 PLC 市場規模達到了161億美元,預計在2024年達到175億美元,而2025年將持續成長到190億美元的規模,呈現穩定成長趨勢。


至於在國家與區域方面,亞太地區是 PLC 市場成長最快的區域,特別是中國與印度等新興市場的需求更為強勁,其驅力是這些快速成長的國家,對於國內工業化進程的加速,因此大幅提升了PLC設備的需求。


至於HMI 的市場規模,2023年全球HMI市場規模達50.2億美元,預計在2024年將達到 54 億美元,2025年則微幅成長到58億美元,成長速度較PLC市場稍慢。


主要的成長動力來自製造業、能源產業與交通運輸等領域.對人機互動、數據可視化、遠程監控等需求的增加。其中汽車HMI市場是整體HMI市場的重要成長市場,隨著汽車智能化、網聯化程度的提高,對HMI的需求也會明顯成長。


同樣的,新興國家也是HMI的主要成長區域,包含中國、印度在內,以及越南,泰國、印尼與馬來西亞等東南亞國家。由於這些國家及區域有著大量的基礎建設與產業計畫正在推動等,因此帶動了對製造業、城市建設、能源產業的發展,對HMI的需求也在不斷增加。


另外, 歐洲地區的德國和義大利對於HMI的需求也仍是持穩,尤其在汽車、機械、化工等產業。



圖一 : 另一家市場研究機構對全球HMI市場規模所做的展望。(source:precedenceresearch)
圖一 : 另一家市場研究機構對全球HMI市場規模所做的展望。(source:precedenceresearch)

地緣政策催動製造回流 各國政策推動需求

除了新興市場與國家在基礎設施和產業拓展上大力助益外,基於地緣政治所引發的製造業回流,也讓PLC和HMI在已開發國家地區出現了新的動能;另一方面,由於節能減碳和數位轉型的趨勢,對製造設備與工具機台的性能有更高的能效要求,並進一步強化智慧應用的規模與深度,也讓該市場有了發展底氣。


美國市場

美國作為全球最大的經濟體之一,其製造業對自動化設備的需求一直保持強勁,特別是在汽車、航空航太、食品飲料等產業,對PLC與HMI 的需求尤其旺盛。


近幾年,由於美中在政經對抗的情況加劇,因此美國政府積極推動「再工業化」的政策,鼓勵企業回流美國本土生產,並提供稅收優惠、資金補助等支持措施,這也刺激了PLC和HMI市場的需求。


歐洲市場

歐洲是全球工業自動化技術的領先地區,特別是德國、義大利等國的製造業實力雄厚,因此在PLC與HMI裝置的需求也持穩發展,不過近幾年在節能減碳與數位轉型趨勢帶動下,對於高階PLC和HMI產品的需求呈現較高的情況。


特別是在歐盟推動「工業 5.0」戰略,強調以人為本的智慧製造,鼓勵企業導入更具彈性、可持續性的自動化解決方案,也為PLC與HMI市場帶來新的機會。


日本市場

日本是全球工業機器人、自動化設備的主要生產國之一,對PLC和HMI的需求也同樣呈現穩定發展。然而日本製造強調高品質,且專精於高階市場,因此在汽車、電子、半導體等產業,對高精度、高可靠性的PLC與HMI產品需求較高。


不過由於日本人口老化嚴重,且少子化的衝擊也日益嚴峻,因此日本政府推動「社會 5.0」概念,強調以科技解決社會問題,鼓勵企業開發更具人性化、智能化的自動化設備,也由於國家帶頭發展深度智慧化應用,為PLC與HMI市場帶來新的發展方向。


台灣市場

台灣製造業以中小企業為主,過往面臨曾面臨產業外移的挑戰,不過近年由於美中對況的局面,導致許多台商回台設廠;另一方面,由於台灣半導體製造的產業規模出現跳躍式的成長,因此新廠房的設立也成為近期重要進展,整體都強化了台灣對自動化設備需求日益增加。這些趨勢與需求也成為PLC和HMI導入的利基,並對企業的生產效率提升、成本降低與轉型升級帶來幫助。


在政策方面,台灣近期推動了「智慧機械產業推動方案」、「5+2 產業創新計畫」,以及賴清德政府正在力推的「五大信賴產業」等政策,皆鼓勵產業導入智慧製造解決方案,為台灣的PLC與HMI市場創造有利環境。



圖二 : 在全球主要國家政策的加持下PLC與HMI的市場有望穩定成長。圖上為西門子的HMI解決方案;下圖為泓格科技的控制器方案。
圖二 : 在全球主要國家政策的加持下PLC與HMI的市場有望穩定成長。圖上為西門子的HMI解決方案;下圖為泓格科技的控制器方案。

AI領航新技術 PLC與HMI現新動能

有政策的加持,替PLC與HMI的成長帶來助益外,新技術的刺激,也為它們帶來新一波的動能。尤其是工業物聯網(IIoT)、邊緣運算、人工智慧(AI)等技術整合至PLC與HMI系統,是實現智慧製造的關鍵,成為該市場的成長利基。


工業物聯網:PLC和HMI可與 IIoT 技術深度結合,實現設備聯網、數據採集與分析,提升生產管理效率,目前已成為智慧廠房的標準設置之一。


邊緣運算:在PLC與HMI系統中導入邊緣運算,可即時處理生產數據,降低對雲端運算的依賴,提升系統反應速度。這樣的架構與系統也是當前工業終端的主流設計方向。


人工智慧(AI):AI 技術應用於PLC和HMI系統中,可以實現設備預知維護、生產流程優化等功能,提升生產效率與品質。


開放式架構與平台:採用開放式架構,讓不同廠牌的 PLC+HMI 設備能互通互聯,提升系統整合彈性。


值得注意的是,由於生成式AI正在快速的改變所有的產業應用風貌,即便是相對穩定的工業領域也將會出現變革,因此PLC與HMI的軟硬體發展也會出現的架構與方面。


在硬體方面,在 PLC中整合AI加速晶片將會是主要的趨勢,藉以提升數據處理和分析能力,實現更快速的反應和決策;再者,為了增強邊緣與智慧應用的效能,搭載AI功能的感測器也會是主要方向,它能更精確感知環境變化,提供更豐富的數據來源,支援更智能的控制策略。


至於軟體方面,提升機器學習演算法的支援會是重要方針, 透過機器學習,PLC與HMI能從歷史數據中學習,自動優化控制參數,提升生產效率和產品品質。另一方面,實現預測性維護也是重要的技術策略。 藉由AI分析設備運行數據,預測潛在故障,提前進行維護保養,降低停機風險。


表一:HMI的硬體規格演進

年份

2010

2015

2020

2024

處理核心種類

x86

x86/ARM

ARM

ARM

平均 SDRAM 容量 (MB)

64 - 256

256 - 512

512 - 1024

1024 - 2048

搭載 GPU

少量

部分

常見

顯示器尺寸 (吋)

4 - 7

7 - 10

10 - 15

12 - 21

通訊埠種類

RS-232/485, Ethernet

Ethernet, USB, (Wi-Fi)

Ethernet, USB, Wi-Fi

Ethernet, USB, Wi-Fi, 5G


智慧應用當道 零售、運輸、倉儲領域展身手

隨著智慧應用的深化,PLC與HMI的整合,正為各行各業帶來革命性的變革。例如越來越常見的無人商店和廠房,商品與生產資訊、庫存狀態都會自動顯示,甚至能自動結帳和接單。至於公共資訊設備,如列車時刻看售票管理系統,在搭乘時,列車位置、運行狀態一目了然,還能中央監控、故障診斷.這些先進的智慧管理系統,正隨著PLC與HMI技術的發展越來越普及。


零售業

無人商店:透過PLC 來控制門禁、照明、空調等設備,HMI則顯示商品資訊、庫存狀態、購物流程,並與支付系統整合。再者透過結合RFID、影像辨識等技術,就可實現自動結帳、庫存管理、客流分析等功能。


自動販賣機:主要利用PLC控制商品出貨、溫度調節、故障報警等。並搭配HMI來顯示商品選項、支付方式、操作指南。結合行動支付、遠端監控等技術,提升便利性與管理效率。



圖三 : 透過先進的PLC系統架構,可以實現列車運行控制,搭配HMI則能顯示列車位置、運行狀態、車站資訊等。
圖三 : 透過先進的PLC系統架構,可以實現列車運行控制,搭配HMI則能顯示列車位置、運行狀態、車站資訊等。

運輸業

智慧運輸系統:透過先進的PLC系統架構,可以實現列車運行控制、電力供應、號誌系統等。搭配HMI則能顯示列車位置、運行狀態、車站資訊等。若進一步結合SCADA系統,就能實現中央監控、故障診斷、應急指揮等功能。


智慧停車場:PLC可控制車位指示燈、閘門、收費機等,HMI顯示車位狀態、停車費用、導航資訊。結合車牌辨識、行動支付等技術,提升停車效率與用戶體驗。


倉儲業

自動化倉儲:智慧倉儲內部使用許多物品的撿放與輸送設備,使用PLC 可以控制堆垛機、輸送帶、分揀設備等。至於HMI則能顯示庫存位置、出入庫記錄、作業進度。結合WMS系統,能實現庫存管理、訂單處理、路徑規劃等功能。


智慧物流:同樣大量使用運送設備,物流業者需要PLC來控制 AGV、無人機、自動包裝機等,並運用HMI顯示物流路線、包裹狀態、配送資訊。若結合 GPS、RFID、影像辨識等技術,進能實現更高度智慧化的自動分揀、運輸、配送功能。


結語

整體而言,PLC與HMI作為工業自動化的核心技術,將在全球市場持續蓬勃發展,預計2023年全球PLC市場規模將達161億美元,2028年將達215億美元,HMI 市場規模則預計在2025年達到58億美元。


隨著技術不斷演進,PLC與HMI將在更多應用場景發揮作用。例如,在零售業的無人商店、自動販賣機等;交通業的捷運系統、智慧停車場;倉儲業的自動化倉儲與智慧物流等。


而在智慧應用與AI技術的推動下,未來,PLC與HMI 將持續整合工業物聯網、邊緣運算等技術,實現設備聯網、數據採集與分析、預測性維護等功能,為各行業帶來更高效、智慧化的解決方案。


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