智慧工廠(chǎng)HMI的三大趨勢 高彈性、視覺(jué)性、可靠性

隨著(zhù)元宇宙題材發(fā)酵，制造業(yè)智能工廠(chǎng)在AI、物聯(lián)網(wǎng)、數字孿生、AR/VR等技術(shù)導入后，人機接口（HMI）智能化腳步也愈來(lái)愈快。其中，高彈性、視覺(jué)性、可靠性，將是其發(fā)展的三大趨勢。

麥肯錫（McKinsey）發(fā)布最新報告指出，全球企業(yè)與消費者2022年投入元宇宙有關(guān)的投資金額已超過(guò)1200億美元，預估2030年年度支出總額可能高達5兆美元；彭博情報（Bloomberg Intelligence）預估，2024年元宇宙市場(chǎng)規模將達8000億美元，跨產(chǎn)業(yè)鏈商機涵蓋資通訊、半導體、制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、金融業(yè)、教育業(yè)等領(lǐng)域。

隨著(zhù)源宇宙題材發(fā)酵，制造業(yè)智能廠(chǎng)房在AI、物聯(lián)網(wǎng)、數字孿生、AR/VR等技術(shù)導入后，人機接口（HMI）智能化腳步也愈來(lái)愈快。

智慧工廠(chǎng)HMI三大發(fā)展趨勢
1988年P(guān)ro-face（普羅菲司）全球第一臺人機接口（HMI）上市，可連接各品牌不同控制器，如PLC、馬達、溫控器、變頻器、運動(dòng)控制器、機械手臂、機器視覺(jué)等，滿(mǎn)足大量數據和安全連接上層（中控室）和現場(chǎng)層（工廠(chǎng)）網(wǎng)絡(luò )的需求。HMI導入日趨成熟的AI技術(shù)后，更加速廠(chǎng)房智慧化腳步，比方施耐德電機推出Pro-face HMI基本型人機接口ST6000全新版本，近年也致力于導入工業(yè)擴增實(shí)境顧問(wèn)Augmented Operator Advisor（AOA），藉由擴增實(shí)境技術(shù)進(jìn)行模擬操作學(xué)習。

施耐德電機工業(yè)自動(dòng)化事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理王曉柔指出，隨著(zhù)工業(yè)4.0與智能制造相關(guān)技術(shù)的推進(jìn)，施耐德電機觀(guān)察到智能工廠(chǎng)中人機界面（HMI）有三大發(fā)展趨勢：高彈性、視覺(jué)性、可靠性，也是Pro-face HMI Centric人機中樞體系架構重點(diǎn)。

這個(gè)架構以人為中心，利用HMI及IPC做為人員與機器溝通的接口，連接IT及OT，達到自動(dòng)化的目的，讓人員跟機器有更好的互動(dòng)，人員直覺(jué)操作也能極大化工作效率。

趨勢一:高彈性
各產(chǎn)業(yè)客戶(hù)需求不盡相同，例如半導體和面板廠(chǎng)等客戶(hù)所需要的HMI功能各異，須根據廠(chǎng)房環(huán)境做出適當調整，因此客制化成為一大關(guān)鍵。Pro-face人機接口的高靈活性是一大優(yōu)勢，不僅支持全面通訊格式，也能與各品牌控制組件互通互聯(lián)。日本知名的造紙大廠(chǎng)川之江造紙機械有限公司自1992年P(guān)ro-face首次推出以來(lái)便持續采用至今。

趨勢二:視覺(jué)性
HMI協(xié)助廠(chǎng)房及產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程數據化。近年來(lái)，不少客戶(hù)端仰賴(lài)HMI將數據可視化，進(jìn)行生產(chǎn)信息的管理與分析，而人機接口的SCADA圖控軟件提供可視化報表，可協(xié)助人員快速且正確的做出決策。

趨勢三:可靠性
HMI信息及遠距聯(lián)機的安全性極為重要。HMI可搭配資安系統，進(jìn)行設備生命周期維護，也可搭配遠距安全聯(lián)機解決方案，客戶(hù)端可以安全地進(jìn)行遠程操作。

此外，內建IIoT功能也常見(jiàn)于工業(yè)自動(dòng)化零組件產(chǎn)品，基于開(kāi)放式架構，能與不同品牌產(chǎn)品輕松聯(lián)機，舉例來(lái)說(shuō)，若工具機搭配Pro-face人機接口，可輔助操作人員與設備溝通，輔助功能機業(yè)者加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，整合軟硬件，也可以提供云端產(chǎn)品與服務(wù)，對于需要導入智能制造、數字維護售服的業(yè)者來(lái)說(shuō)，無(wú)需自行開(kāi)發(fā)軟件、建模，可以大幅節省時(shí)間與成本。

為推動(dòng)智能制造，施耐德電機也致力于將工業(yè)自動(dòng)化解決方案應用于工具機產(chǎn)業(yè)，比方與全球金屬加工設備領(lǐng)導廠(chǎng)商凱柏精密機械共同開(kāi)發(fā)結合門(mén)型機械手、物聯(lián)網(wǎng)功能的智能工具機，整合多道生產(chǎn)程序，提高生產(chǎn)效率。制造業(yè)導入AR等技術(shù)應用，有助提升作業(yè)、維修效能，如運用AR存取IoT數據，能夠依用戶(hù)需求提供有用的指定信息，也比紙本數據更方便有效率。

至于A(yíng)R在支持生產(chǎn)現場(chǎng)協(xié)作的應用更具優(yōu)勢，可以讓作業(yè)更一致、有效率，提高安全性，大幅減少人為錯誤，避免意外導致作業(yè)中斷，還能加速問(wèn)題排除，縮短平均修復時(shí)間（MTTR）。


 
圖1 : HMI可搭配資安系統進(jìn)行設備生命周期維護，也可搭配遠距安全聯(lián)機解決方案安全地進(jìn)行遠程操作。

HMI智能再升級 AOA應用程序助攻
智能工廠(chǎng)中的人機接口也逐漸導入AR/MR等進(jìn)階技術(shù)。在智能工廠(chǎng)中，AR/MR技術(shù)多使用于行動(dòng)裝置，作為HMI的延伸，輔助HMI豐富化信息，現場(chǎng)人員在移動(dòng)的過(guò)程中可以透過(guò)行動(dòng)裝置搭配信息、影片、手冊等數據，完整監看設備端，在設備需要進(jìn)行維護時(shí)，也能在第一時(shí)間做出最佳決策。

以瑞士設備制造大廠(chǎng)Buhler Group為例，生產(chǎn)現場(chǎng)的操作員實(shí)時(shí)存取CAD圖、手冊與教學(xué)視訊、生產(chǎn)列表、安全信息、標準作業(yè)程序（SOP）、維護時(shí)程與運作狀況等相關(guān)數據，迭蓋顯示于行動(dòng)裝置對應設備的實(shí)時(shí)影像上；AR app還可以整合生產(chǎn)現場(chǎng)的IoT裝置，提供各類(lèi)信息，協(xié)助客戶(hù)管理關(guān)鍵資產(chǎn)，加速決策；AR工具投資報酬率計算器能試算投資回收期以及節省的成本與時(shí)間。

在生產(chǎn)現場(chǎng)進(jìn)行反應性維護（Reactive Maintenance）與疑難解答時(shí)，AOA可以讓技師透過(guò)AR實(shí)時(shí)掌握設備作業(yè)、傳感器是否啟動(dòng)等情況，不會(huì )被作業(yè)中的設備阻擋視線(xiàn)，也不需要停機，效率比人機接口（HMI）傳統作業(yè)方式高，可縮短作業(yè)中斷時(shí)間。

越是需要派遣技師到現場(chǎng)處理的應用，AR可能帶來(lái)的成效越高，技師可以透過(guò)AOA觀(guān)看教學(xué)視訊、查閱手冊；透過(guò)AR app還可以跟專(zhuān)家進(jìn)行影音通話(huà)，提供實(shí)時(shí)現場(chǎng)狀況，讓技師掌握更多信息，快速找出問(wèn)題點(diǎn)；AOA也會(huì )列出預測式維護作業(yè)，方便工作排程與人力調派。

AOA應用程序除了安裝在手機或平板計算機，也可以搭配智能眼鏡使用。操作人員不需要實(shí)際打開(kāi)設備箱體或進(jìn)入危險場(chǎng)域，只要檢視AOA虛擬投影出的設備箱體內各組件的實(shí)時(shí)數據，即可進(jìn)行巡檢工作；或者依照AOA程序顯示的數字步驟圖標進(jìn)行故障排除，按圖索驥，動(dòng)作流程一目了然，避免錯誤。

HMI是IT與OT的溝通橋梁，需要呈現于A(yíng)OA程序中的實(shí)時(shí)數據經(jīng)由HMI搜集數據匯整后，經(jīng)由服務(wù)器再分享給AOA程序裝置，兩者相互支持，發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢。

王曉柔指出，施耐德電機已經(jīng)在國立勤益科技大學(xué)工具機大樓的示范產(chǎn)線(xiàn)導入AOA，藉由擴增實(shí)境技術(shù)讓學(xué)生進(jìn)行模擬操作學(xué)習，同時(shí)搭配該軟件的程序指導功能，引導現場(chǎng)人員準確操作每項步驟，成功降低75%人為疏忽，減少83%的人員培訓時(shí)間。



 
圖2 : 工業(yè)擴增實(shí)境顧問(wèn)可根據擴增實(shí)境指引，實(shí)時(shí)協(xié)助操作人員排除故障，降低人為疏失可能。（source：施耐德電機）

HMI遠程操作 資安防護同步到位
隨著(zhù)元宇宙世代來(lái)臨，未來(lái)智能工廠(chǎng)中的HMI技術(shù)研發(fā)與應用當不止于導入AR/MR，對此，王曉柔認為，未來(lái)智慧工廠(chǎng)的發(fā)展將與大數據應用高度相關(guān)，比方HMI應用架構結合臉部辨識功能，無(wú)需透過(guò)刷卡等動(dòng)作就能夠辨識操作人員的身份，只要代入HMI中預設編輯好的配方，就能有效控管操作者權限，記錄使用人員信息，并追蹤使用期間的所有操作，以確保設備信息的安全性，同時(shí)改善信息管控質(zhì)量。

設備的遠程操作也是未來(lái)的發(fā)展趨勢。HMI搭載4G、WiFi路由器，即使在無(wú)法建立網(wǎng)絡(luò )或終端用戶(hù)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )無(wú)法使用的情況下，人員透過(guò)行動(dòng)裝置作為接入點(diǎn)，便可輕松啟動(dòng)安全遠程維護。

值得一提的是，當大數據應用及遠程聯(lián)機成為主流，資安管控就成為重要課題，針對這類(lèi)解決方案，可搭配資安系統，也可結合遠距安全聯(lián)機解決方案，進(jìn)一步為企業(yè)的數據安全把關(guān)。

不過(guò)，雖然Pro-face的HMI能支持多種廠(chǎng)牌的各式設備，如機械手臂、視覺(jué)傳感器等，但目前制造業(yè)中仍有不少廠(chǎng)商仍使用老舊設備，無(wú)法與網(wǎng)絡(luò )聯(lián)機，需要透過(guò)像Gateway數據擷取等工具，才能順利搜集與傳送數據到網(wǎng)絡(luò )與上位設備，讓OT端順利與大數據結合，或者使用HMI搭配SCADA圖控軟件，讓設備數據可視化再升級，才可能為現場(chǎng)設備進(jìn)行生產(chǎn)信息的分析與管理。這部分與數字升級有關(guān)，需要廠(chǎng)商主動(dòng)擁抱數字變革，導入智能技術(shù)，才可能讓廠(chǎng)房愈來(lái)愈智慧。

結語(yǔ)
元宇宙縮短現實(shí)世界與虛擬世界融合的速度，為HMI帶來(lái)不同啟發(fā)，王曉柔指出，施耐德電機正積極創(chuàng )造開(kāi)放、永續、數據驅動(dòng)和高效的新一代工業(yè)世界。為了實(shí)現這個(gè)愿景，施耐德電機不斷探索任何能帶動(dòng)未來(lái)工業(yè)世界進(jìn)步的可行性。例如提升智慧廠(chǎng)房中設備的互動(dòng)與合作性、整合大數據/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)/數字孿生仿真應用等最新技術(shù)，做好應對工業(yè)4.0的各種挑戰。