人與機溝通平台的發展趨勢

Big Data的時代來臨，資訊整合是現在必須處理的重點之一，也是人與機器發展的新方向。攝影：張世文

技術的進步，讓HMI的發展由單機的操作介面，跨足到生產線乃至於整廠的監控及可視化裝置，其重要性也跟著迅速提升，更衍生到新興的應用領域，在多方需求及技術整合下，HMI也就此邁入新領域。

HMI在傳統的工廠自動化系統中，主要是扮演顯示及操作介面，或是作為現場環境監控的平台，其角色相當單純；在近年來IT技術大舉跨入自動化技術的同時，HMI也從製造現場的自動化系統的操作，產生了結構性變化，成為智慧化的主要介面。

在如此的情況之下，由於目前客戶多針對產品的性價比進行完整考量，因此在硬體系統發展已逐漸趨於頂峰之際，廠商也在不同的面向上增加功能，甚至對系統進行適度的變型規劃，讓HMI成為不同的形象呈現。

有些台廠從軟體系統出發，透過整合性工具來進行資訊整合，規劃生產線的整廠應用，等於將HMI做為「中介者」，以數據拋轉的方式設計完整資訊蒐集，用以溝通產線與控制器之間的資訊聯結，從前端的感測器、中間的控制到後端的管理系統，協助廠商進行完整無縫的系統整合。

軟硬整合

像是士電設計的HMI軟體，系統定位在類SCADA式的架構，也就是說HMI可將產線的運作狀況進行初步的分析，一方面是分擔後端管理系統的運算，另一方面由於中階管理階層所關注的，多是在產線的運作狀況，如果可從HMI直接分析資訊，也比從後端管理系統的龐大資料庫中擷取資訊來得方便與即時，這對現場管理者存在相當大的助益。尤其是在現況上HMI產品的硬體，已經有能力初步的進行資料分析統計，以及產線的報表輸出，在系統架構上當然更具競爭力。

相較於競爭廠商，士電本身每半年就更新升級軟體一次，主要的目的在功能強化。為什麼這麼積極？士電也不諱言，主要的原因仍然在面對市場競爭，以功能強化來符合使用者的需求，而其中最重要的，就是近期相當受到重視的「使用者體驗」，而在軟體的設計上，則體現在系統的「表現力」和「親和性」。

士電舉例，像是可以在相同系統上進行連動規劃的「通用元件」，就是他們在與客戶訪談後所作出的新規畫；它可以透過連動設計將不同的HMI進行連動，讓設定者可以簡化工作，而系統操作也可以更無縫連結。

除此之外，系統設定的方便性與整合性，也是客戶主要選擇的項目。像是有客戶就會直接針對編輯呈現的「置中」提出要求，這些小細節的留意，可能會成為客戶選擇的成敗關鍵。

系統控制與資訊分析

除此之外，HMI也從傳統的單機控制逐漸整合到系統發展，因此在視角上，HMI的定位也跟著逐步提升。

以系統管理的角度來說，系統整合的重點，乃在於「資訊」的無縫連結與應用。以如此角度觀察，基本上工廠乃至設備的可視化，讓控制者得以全盤掌握製程的現況，讓控制者得以在控管製程的同時，減少因系統故障所造成的偏差；此外，製程中的相關數據均可保留在資料庫中，更因為資訊的整合，得以建立產品製造的「智慧組合」，甚至加上大數據分析，讓工廠自動化更晉身至「智慧化」。因此，以軟體為核心的高度整合，成為設備自動化必須採取的優先態度。

針對HMI，由於它是直覺式操作的裝置，在使用的過程中，絕對不能讓操作者「用」起來麻煩；此外HMI最大的價值，在於可以將複雜的工作簡化成直覺化的指令，由於HMI產品的生命週期長，必須讓操作者以習慣的方式來運用，才能達到最大的效果。

對於系統的遠端控制及整廠資訊整合，廠商必須進行相當的規畫。透過與乙太網路的聯結，系統透過PC將產線中HMI所呈現的資訊進行整合，並可以做到初步的控制；這可以說因為HMI對於資訊的可視化，同時帶動了周邊系統資訊的完整整合，也建立了工廠智慧化的完整模式。

HMI設備從傳統單純顯示工業設備的各項數值，到現在透過各種不同的圖型化元件來進行顯示與操作，這其實透露出HMI的角色重要性的提升，從過去與傳統現場端工控設備連結，到現在與後端管理系統進行資料的整合交換，我們可以發現，愈來愈多的要求直接賦予到HMI的身上。

自動化系統從工廠端到系統端，甚至現在可以連結到雲端，HMI的角色已不僅是單機或生產線的控制輸出入角色，資訊整合的「可視化」成為其發展趨勢，從單純的顯示資訊到複雜生產系統前後端間的連接點，HMI必須能從不同系統中，存取需要資訊以供使用者參考。

平台+控制  整合更直覺

另外一個角度，則是透過HMI功能強化的思維來進行定位。這是把HMI定位在「控制介面」的角色，也是廠商解決的一種方案思維。

以台達為例，其人機控制器HMC(Human Machine Interface with Controller)就是一例。HMC為一款內建PLC的人機介面，除了原有的人機介面功能外還內建了PLC控制器功能，可以說是PLC與HMI的結合。除了透過螢幕顯示訊息及控制排程外，在邏輯控制上HMC也可以發揮PLC的功能來直接進行；而為了確保PLC程式的執行效率，除了原有的HMI運算的RISC架構CPU外，另外還加上一顆PLC程式專用的DSP(Digital Signal Processor)，進行系統的整合。

DSP控制效果與連續系統相當接近，歸功於強大的資料運算處理功能，即使在複雜的控制中，一樣可以取得極小的採樣周期。利用DSP的即時運算，進行複雜的計算，精度愈高，速度也愈快。基於這樣架構下的分時多工處理，讓HMC可以在同一時間內執行不同的應用，相關協調無須透過通訊介面再行溝通，直接透過內部暫存器進行，可讓協同運作幾乎以零時差的方式達成，這也可以達成系統精簡化的完整解決方案。

簡單來說，在價值上，HMC可將機電整合問題簡單化，大幅縮短開發時間，電控成本降低30%，且擁有自主的開發知識，讓自動化系統的整合價值最佳化。

綜觀來看，無論是軟體或硬體，HMI的規格都已產生變革，由於自動化系統的整合速度加快，HMI與異系統的鏈結也會越來越緊密，未來不管是對內的軟體設計或對外的週邊支援，HMI都將邁入另一個新世代。