HMI（人機(jī)介面）是製造現(xiàn)場(chǎng)中人與機(jī)臺(tái)的主要溝通介面。最早的HMI是簡(jiǎn)單的按鍵，簡(jiǎn)單控制設(shè)備的啟動(dòng)與停止，隨著機(jī)臺(tái)功能漸趨複雜，觸控式的HMI逐漸出現(xiàn)在產(chǎn)線(xiàn)中，時(shí)至今日，各類(lèi)精密機(jī)臺(tái)上的HMI已是按鍵、鍵盤(pán)、觸控面板共存。

這幾年工業(yè)4.0帶動(dòng)製造業(yè)走向智慧化，與既有的機(jī)臺(tái)相較，新世代製造系統(tǒng)加入了更多的可視化、異系統(tǒng)整合等全新設(shè)計(jì)概念，在此概念中，HMI在產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)的定位與過(guò)去截然不同，為了因應(yīng)此一改變，HMI的軟硬體規(guī)格也必須同時(shí)進(jìn)化。

內(nèi)外因素刺激 智慧製造趨勢(shì)已成

觀察整體市場(chǎng)趨勢(shì)，受到內(nèi)外兩端的影響，製造業(yè)走向智慧化已是大勢(shì)所趨。內(nèi)部因素來(lái)自節(jié)節(jié)攀升的勞力成本，臺(tái)灣傳統(tǒng)製造業(yè)向來(lái)倚靠大量的人力，因此，降低人力成本就成為企業(yè)重要的營(yíng)運(yùn)策略之一。

過(guò)去30年，臺(tái)灣靠著大陸經(jīng)濟(jì)剛起步時(shí)所提供的大量且低價(jià)人力維持競(jìng)爭(zhēng)力；這幾年大陸勞工成本逐漸升高，且全球勞工意識(shí)抬頭、各國(guó)開(kāi)始強(qiáng)化勞工權(quán)益，即便臺(tái)商將製造基地轉(zhuǎn)移到東南亞或其他開(kāi)發(fā)中國(guó)家，也無(wú)法降低人力成本。北爾電子產(chǎn)品管理與支援部協(xié)理李立偉就指出，勞工成本再降低的空間已經(jīng)有限，因此現(xiàn)在製造業(yè)要維持以往的獲利水準(zhǔn)，只能從管理財(cái)著手，而賺管理財(cái)?shù)那疤峋褪侵腔垩u造。

圖1 : 北爾電子產(chǎn)品管理與支援部協(xié)理李立偉指出，現(xiàn)在製造業(yè)要維持以往的獲利水準(zhǔn)，只能從管理財(cái)著手，而賺管理財(cái)?shù)那疤峋褪侵腔垩u造。（攝影／王明德）

外部因素則來(lái)自是貿(mào)易戰(zhàn)與客戶(hù)需求。這兩年中美貿(mào)易戰(zhàn)開(kāi)打，美國(guó)政府限令中國(guó)製造的產(chǎn)品不得入境，臺(tái)商紛紛將製造基地移往他國(guó)，這一波新廠(chǎng)的建置時(shí)期，與近年來(lái)興起的智慧製造浪潮重疊，因此部分製造業(yè)者順勢(shì)轉(zhuǎn)型，透過(guò)數(shù)位系統(tǒng)強(qiáng)化管理效益。

至於客戶(hù)端需求，也來(lái)自全球智慧製造趨勢(shì)，尤其歐美國(guó)家的發(fā)展速度又高於其他地區(qū)，加上歐美市場(chǎng)等先進(jìn)國(guó)家是臺(tái)灣製造業(yè)的重要訂單來(lái)源，為了取得業(yè)績(jī)，臺(tái)商除了配合歐美客戶(hù)需求，必須在產(chǎn)品中加入訂單中指定的智慧化設(shè)計(jì)之外，部分智慧化較完整的客戶(hù)還會(huì)要求供應(yīng)鏈中的配合廠(chǎng)商，必須有相應(yīng)的智慧化營(yíng)運(yùn)機(jī)制，讓自己能隨時(shí)掌握貨源的品質(zhì)與狀態(tài)，並且在必要時(shí)回溯追蹤，找出產(chǎn)品的問(wèn)題所在。

因應(yīng)這股智慧製造潮流，HMI在產(chǎn)線(xiàn)中所扮演的角色，也從過(guò)去僅作為機(jī)臺(tái)操控與狀態(tài)監(jiān)控再次進(jìn)化。就如李立偉所言，現(xiàn)在製造業(yè)賺的是管理財(cái)，而管理財(cái)?shù)那疤崾亲屬Y訊透明化，透過(guò)通透且完整的資訊，讓管理者掌握工廠(chǎng)中產(chǎn)線(xiàn)、倉(cāng)儲(chǔ)物流，甚至是廠(chǎng)房?jī)?nèi)的水電能源等廠(chǎng)務(wù)資訊，從而因應(yīng)不同的狀況，制定出最佳化策略，也因此可視化成為HMI在智慧製造世代中的新角色。

角色重新定位 HMI擔(dān)起可視化重責(zé)

可視化的意義有兩種，包括數(shù)據(jù)的圖像化與流動(dòng)化。人類(lèi)對(duì)圖像的接受度遠(yuǎn)高於文字，李立偉以智慧手機(jī)為例指出，手機(jī)過(guò)去是文字呈現(xiàn)，後來(lái)3G、4G啟動(dòng)後，智慧手機(jī)呈現(xiàn)爆炸性成長(zhǎng)，後來(lái)更進(jìn)一步刺激、發(fā)展出各種新功能，在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)世界中，手機(jī)已經(jīng)是不可或缺的要角。他認(rèn)為HMI的發(fā)展也會(huì)循同一軌跡。

新世代的HMI透過(guò)設(shè)計(jì)，將工廠(chǎng)中各種文字、符號(hào)化繁為簡(jiǎn)，以圖像呈現(xiàn)在使用者眼前，讓管理者可以在第一時(shí)間就直覺(jué)了解數(shù)據(jù)背後所代表的意義，達(dá)到可視化願(yuàn)景。

可視化的另一個(gè)意義是數(shù)據(jù)的流動(dòng)化。在製造業(yè)中，過(guò)去IT與OT兩大系統(tǒng)是分開(kāi)運(yùn)作，IT領(lǐng)域中的MES、ERP系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理各種企業(yè)管理面的資訊，OT領(lǐng)域的各類(lèi)型機(jī)臺(tái)，則專(zhuān)注於產(chǎn)品的製造，不過(guò)工業(yè)4.0的出現(xiàn)打破了此一藩籬。

工業(yè)4.0核心概念是透過(guò)IT與OT兩大系統(tǒng)的整合，讓製造業(yè)中的各項(xiàng)資訊可以互為所用，進(jìn)而達(dá)到彈性化生產(chǎn)，並讓管理者藉此擬定出最佳化生產(chǎn)策略。而在此一概念中，臺(tái)達(dá)HMI產(chǎn)品副理劉家宏認(rèn)為，HMI的定位會(huì)從機(jī)臺(tái)的監(jiān)控，放大為整體系統(tǒng)中，承上啟下的數(shù)據(jù)處理與傳遞角色。

圖2 : 臺(tái)達(dá)HMI產(chǎn)品副理劉家宏認(rèn)為，HMI的定位會(huì)從機(jī)臺(tái)的監(jiān)控，放大為整體系統(tǒng)中，承上啟下的數(shù)據(jù)處理與傳遞角色。（照片提供／臺(tái)達(dá)電子）

劉家宏進(jìn)一步表示，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智慧製造的骨幹網(wǎng)路，此一網(wǎng)路剛問(wèn)世時(shí)是集中式運(yùn)算架構(gòu)，將現(xiàn)場(chǎng)端的所有設(shè)備數(shù)據(jù)傳送到上層雲(yún)端平臺(tái)統(tǒng)一運(yùn)算處理。不過(guò)，當(dāng)終端設(shè)備數(shù)量過(guò)多時(shí)，集中式運(yùn)算會(huì)造成頻寬與雲(yún)端運(yùn)算單元的沉重負(fù)荷，因此後來(lái)發(fā)展出邊緣運(yùn)算。

邊緣運(yùn)算是讓終端設(shè)備在前端先做篩選、分流與簡(jiǎn)單的運(yùn)算，將數(shù)據(jù)化為已處理過(guò)的資訊後，再傳送到雲(yún)端平臺(tái)，藉此降低網(wǎng)路頻寬與後端處理器的負(fù)載。

在IT領(lǐng)域中，是由「路由器（Router）」負(fù)責(zé)邊緣運(yùn)算中的分流工作，至於智慧製造中，劉家宏認(rèn)為，未來(lái)將會(huì)由HMI擔(dān)起此一重責(zé)。劉家宏指出，HMI發(fā)展已久，早已具備製造系統(tǒng)所需的穩(wěn)定度，再加上HMI軟硬體架構(gòu)同時(shí)橫跨IT與OT，要透過(guò)IT新技術(shù)強(qiáng)化設(shè)備效能，使之可因應(yīng)邊緣運(yùn)算需求相對(duì)容易。

因應(yīng)智慧需求 硬體再次升級(jí)

為了滿(mǎn)足邊緣運(yùn)算的需求，新世代的HMI在硬體層面必須再次升級(jí)，過(guò)去HMI只需與現(xiàn)場(chǎng)端的機(jī)臺(tái)連結(jié)，因此通訊介面埠多僅有Modbus、RS-422、RS-485等工業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)，不過(guò)在智慧製造的路由器角色中，HMI還要負(fù)責(zé)機(jī)聯(lián)網(wǎng)（M2M）、機(jī)聯(lián)雲(yún)（M2C）的工作，因此MQTT、OPC UA、HTTPS就成為必須。

劉家宏表示，臺(tái)達(dá)HMI的最大優(yōu)勢(shì)，就在於涵蓋了市場(chǎng)上各種主流的豐富通訊協(xié)議，大幅提升與OT、IT兩端的相容性。除了通訊之外，在邊緣運(yùn)算要求下，運(yùn)算效能也須要進(jìn)一步強(qiáng)化，現(xiàn)在市場(chǎng)上已有配備雙核、四核等處理器的高階HMI機(jī)種，可滿(mǎn)足目前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的邊緣運(yùn)算需求。

至於螢?zāi)环矫妫|控面板已經(jīng)成為現(xiàn)場(chǎng)機(jī)臺(tái)的基礎(chǔ)配備，且尺吋也愈來(lái)愈大、並具備多媒體影音錄放功能等，實(shí)際上已可作為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，甚至是產(chǎn)線(xiàn)戰(zhàn)情中心。

值得一提的是，為了讓可視化概念更完整，現(xiàn)在HMI廠(chǎng)商除了現(xiàn)場(chǎng)端的產(chǎn)品外，也推出大型看板，北爾就是一例，北爾的HMI可依尺寸分為三類(lèi)產(chǎn)品，小尺寸用於單一機(jī)臺(tái)，中型尺寸放在製造現(xiàn)場(chǎng)，讓看板與MES連結(jié)，生產(chǎn)管理人員可由此看到完整的產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)，大尺寸則是設(shè)置在企業(yè)總部的戰(zhàn)情室，讓高階主管從遠(yuǎn)端掌握各處廠(chǎng)房的運(yùn)作數(shù)據(jù)。

觀察產(chǎn)業(yè)發(fā)展，可以看出HMI的角色不但已在轉(zhuǎn)換，市場(chǎng)對(duì)新概念HMI的接受度也逐漸升高，在智慧製造趨勢(shì)的催化下，具備智慧化設(shè)計(jì)的HMI已經(jīng)成為製造業(yè)者導(dǎo)入新機(jī)臺(tái)的重要考量，隨著智慧化腳步的加快，其成長(zhǎng)速度將會(huì)加速，成為製造系統(tǒng)的主流機(jī)型。

**刊頭圖（source：Hannover Messe）