產線可視化概念成形 HMI角色再定義

產線可視化已成智慧製造系統的要角，其中HMI扮演了不可或缺的角色。DIGITIMES攝

製造現場的資訊向來較為封閉，在效率至上的前提下，產線資訊可視化逐漸成為趨勢，HMI與MES的整合，將使生產線的訊息全面透明，為智慧工廠架構下的重要基石。

HMI(Human Machine Interface；人機介面)作為操作者與生產機台的中介橋樑，穩定性都是企業採購多年來的第一要求，相容性只要到一定程度即可，並未多所要求。不過，在PC技術大舉跨入自動化控制領域後，PC週邊成為廠房中輕易可見的設備，相容性逐漸成為人機介面的採購重點之一。而在工業電腦廠商的推波助瀾下，開放式架構HMI已陸續問世，雖然就目前工控市場應用來看，傳統式HMI仍佔有絕大市場，不過如果將時間拉長，工控PC化將成為主流之一，HMI走向開放式架構也在所難免。

HMI市場幾乎都為傳統大廠如普羅菲司、西門子、富士等國際大廠所獨佔，以PC Based控制器進軍工控領域的工業電腦廠商，在HMI市場仍不是這些傳統大廠的敵手，主要原因就出在穩定性。因為乘載了龐大產值的生產設備，只要機器一開啟，就是龐大成本的開始，讓生產設備能夠穩定的順利運作，便成為製造業MIS的最重要課題。

提供傳統型HMI的廠商，多半在市場上都已有相當長的一段時間，產品多已得到製造業者的認可，性能也相當穩定。唯一的缺點只在規格較為封閉，在工控設備逐漸PC化的衝擊下，這個缺點被快速放大，現在廠房內的PC週邊設備已越來越多，另一方面HMI本身的高階化與網路化，也逐漸讓傳統的HMI技術不敷使用，因此走向PC式的開放架構，成為HMI的另一條出路。

重新定位的HMI

工控設備的PC化也引發了製造業生產流程新趨勢，由於設備相容性提升，系統整合成為新世代生產系統設計的必然概念。過去工廠中的各硬體設備都是獨立運作，每個流程節點各自負責一部分工作，無法知道其他節點的工作內容，這種情況會造成兩個問題，一是效率難以控制，工作一旦延遲，難以追蹤問題所在；二是會變成黑箱作業，製造流程的關鍵節點資訊無法透明，Knowhow容易被該點工作人員把持，讓廠管人員難以全面掌控，在可視度極低的情況下，生產線的效率不彰可想而知。而在工廠高度PC化之後，生產設備的資訊流變得相當暢通，工廠可視化程度的提高，也讓HMI在自動化系統的定位被重新定義。

如前所述，HMI以往多僅作為自動化設備如PLC的控制介面，功能相當簡單明確，因此所需規格也不高，處理器以單晶片(SoC)或低階CPU即可，畫面尺寸則在3.5吋~7吋之間，對外連接埠為RS-232等Serial Port，這些技術在IT產業都已相當成熟，在穩定度方面已無問題，對需長時運作的自動化系統來說相當適合，不過在可視化程度快速提升下，過去這些規格逐漸不敷使用，在此情況下，HMI廠商紛紛推出高規格的產品。

HMI的快速整合，不只是硬體，軟體端也面臨同樣趨勢，以往的HMI除了做為PLC的控制介面外，頂多就是在加上SCADA的擷取資料顯示，但如今HMI不但仍需負責這兩個原有工作外，還需與其它製造軟體整合，最明顯的就是MES(Manufacturing Execution System；製造執行系統)。

與MES結合已成趨勢

在工廠可視化環境中，HMI除了仍負責PLC的操控介面外，與MES的鏈結也成為重要功能之一，這兩者的結合，讓自動化系統產生了多樣附加功能，包括生產追蹤管理、品質管理、零配件管理、機台預修保養、物料管理、報表入口網頁、載具管理等，以下就這些工廠可視化的管理功能進行分析。

生產追蹤管理是工廠可視化的核心，利用建置在產線上的讀取器讀取每個產品批號，紀錄每批產品的進出產線時間，目前的產品批號以條碼為主，作業人員持掃描器讀取資料，未來若RFID成為供應鏈主流技術，則貨品讀取會更快，多家HMI廠商也將RFID列為未來重點發展規格。生產追蹤管理讀取產品訊息後，利用網路將訊息即時送往後端系統，廠管人員可即刻在HMI上追蹤工單(Work order)進度，另外也可利用此系統進行生產順序排程，掌握出貨順序，生產追蹤管理是工廠可視化的核心功能，其他功能都是圍繞此模組建置出來。

品質管理是SCADA所延伸出來的功能之一，在生產過程中蒐集資料，並運用統計的分析方式，即時發現異常的現象加以處理，以降低生產損失，品質管理系統可區分為幾個部分，包括資料蒐集、統計檢驗、呈現、處置等，資料蒐集由生產追蹤管理負責，統計檢驗則代表質管理系統所能提供的檢驗規則，當系統檢驗出不良品趨勢增高後，便顯示在HMI上，通知生產工程師進行處理。

零配件管理主要負責工廠中所有機台與零配件的管理，並建立與生產過程之間的互動關係，因此關於生產中的零配件及零配件庫存管理都是相關的項目，零配件的系統規劃目標應該包括機台基本資料維護、生產追蹤管理模組整合、零配件進出與庫存管理，在後端電腦上，也將所有機台進行顏色管理，利用不同顏色標示機台狀況，讓管理者不在現場也能即時監控生產狀況。

機台預修保養系統是保養工產中最重要的生產器具軟體，將機台與零配備的設定、型態、群組等資料建入系統後，系統會依設定的時間如日、週、季、年等時間自動通知保養人員，例如以電子郵件的發送，提醒保養人，除了主機台外，重要零配件也可列入系統一併保養，此外每次保養的歷史紀錄也會存檔，供企業存查，以往這些功能都僅建置在後端系統介面，不過在HMI規格被強化後，也可兼負起此功能，事先輸入自動化系統的零配件維修週期，時間依到便即提醒現場人員進行維修。

未來功能將再提升

物料管理系統在整個生產控管中是相當重要的一環，雖然不是主要的控管產品，但是卻關係著整個生產順暢與否和產品成本高低等問題，物料管理系統必須囊括了幾個物料管控作業，提供完整的歷史紀錄及單據列印等功能，主要的作業包括物料維護、物料發退、生產過站自動扣料、結合ERP之庫存模組，這些資料以往也都在各工作站的HMI上顯示。

報表入口網頁多設計成屬於可獨立的單一模組，功能為單純的報表呈現介面，提供1個Portal來透過連結的方式外掛MES標準、客製化報表，另也有廠商設計成利用網頁超連結方式來外掛其他系統的報表，並透過使用者權限的設定，讓不同權限的使用者可以看到不同權限設定後的報表，現在的HMI多會在連接埠上設計1~2個USB Port，可用來鏈接印表機，輸出報表。

這些新功能多是MES廠商所推出的模組，過去這些模組都必須在各節點另行架構一台PC，不過在HMI被重新定義並強化功能後，已開始取代一部分PC功能，讓自動化系統的架構逐漸簡化，在工廠可視化漸受重視下，未來HMI所擔負的功能，還有可能再提升。