HMI（人機介面）是製造現(xiàn)場中人與機臺的主要溝通介面。最早的HMI是簡單的按鍵，簡單控制設(shè)備的啟動與停止，隨著機臺功能漸趨複雜，觸控式的HMI逐漸出現(xiàn)在產(chǎn)線中，時至今日，各類精密機臺上的HMI已是按鍵、鍵盤、觸控面板共存。

這幾年工業(yè)4.0帶動製造業(yè)走向智慧化，與既有的機臺相較，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)計概念，在此概念中，HMI在產(chǎn)線系統(tǒng)的定位與過去截然不同，為了因應(yīng)此一改變，HMI的軟硬體規(guī)格也必須同時進化。

內(nèi)外因素刺激 智慧製造趨勢已成

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

過去30年，臺灣靠著大陸經(jīng)濟剛起步時所提供的大量且低價人力維持競爭力；這幾年大陸勞工成本逐漸升高，且全球勞工意識抬頭、各國開始強化勞工權(quán)益，即便臺商將製造基地轉(zhuǎn)移到東南亞或其他開發(fā)中國家，也無法降低人力成本。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)，只能從管理財著手，而賺管理財?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)，只能從管理財著手，而賺管理財?shù)那疤峋褪侵腔垩u造。（攝影／王明德）

外部因素則來自是貿(mào)易戰(zhàn)與客戶需求。這兩年中美貿(mào)易戰(zhàn)開打，美國政府限令中國製造的產(chǎn)品不得入境，臺商紛紛將製造基地移往他國，這一波新廠的建置時期，與近年來興起的智慧製造浪潮重疊，因此部分製造業(yè)者順勢轉(zhuǎn)型，透過數(shù)位系統(tǒng)強化管理效益。

至於客戶端需求，也來自全球智慧製造趨勢，尤其歐美國家的發(fā)展速度又高於其他地區(qū)，加上歐美市場等先進國家是臺灣製造業(yè)的重要訂單來源，為了取得業(yè)績，臺商除了配合歐美客戶需求，必須在產(chǎn)品中加入訂單中指定的智慧化設(shè)計之外，部分智慧化較完整的客戶還會要求供應(yīng)鏈中的配合廠商，必須有相應(yīng)的智慧化營運機制，讓自己能隨時掌握貨源的品質(zhì)與狀態(tài)，並且在必要時回溯追蹤，找出產(chǎn)品的問題所在。

因應(yīng)這股智慧製造潮流，HMI在產(chǎn)線中所扮演的角色，也從過去僅作為機臺操控與狀態(tài)監(jiān)控再次進化。就如李立偉所言，現(xiàn)在製造業(yè)賺的是管理財，而管理財?shù)那疤崾亲屬Y訊透明化，透過通透且完整的資訊，讓管理者掌握工廠中產(chǎn)線、倉儲物流，甚至是廠房內(nèi)的水電能源等廠務(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)的圖像化與流動化。人類對圖像的接受度遠(yuǎn)高於文字，李立偉以智慧手機為例指出，手機過去是文字呈現(xiàn)，後來3G、4G啟動後，智慧手機呈現(xiàn)爆炸性成長，後來更進一步刺激、發(fā)展出各種新功能，在未來的物聯(lián)網(wǎng)世界中，手機已經(jīng)是不可或缺的要角。他認(rèn)為HMI的發(fā)展也會循同一軌跡。

新世代的HMI透過設(shè)計，將工廠中各種文字、符號化繁為簡，以圖像呈現(xiàn)在使用者眼前，讓管理者可以在第一時間就直覺了解數(shù)據(jù)背後所代表的意義，達到可視化願景。

可視化的另一個意義是數(shù)據(jù)的流動化。在製造業(yè)中，過去IT與OT兩大系統(tǒng)是分開運作，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)域的各類型機臺，則專注於產(chǎn)品的製造，不過工業(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IT與OT兩大系統(tǒng)的整合，讓製造業(yè)中的各項資訊可以互為所用，進而達到彈性化生產(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，臺達HMI產(chǎn)品副理劉家宏認(rèn)為，HMI的定位會從機臺的監(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 : 臺達HMI產(chǎn)品副理劉家宏認(rèn)為，HMI的定位會從機臺的監(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／臺達電子）

劉家宏進一步表示，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智慧製造的骨幹網(wǎng)路，此一網(wǎng)路剛問世時是集中式運算架構(gòu)，將現(xiàn)場端的所有設(shè)備數(shù)據(jù)傳送到上層雲(yún)端平臺統(tǒng)一運算處理。不過，當(dāng)終端設(shè)備數(shù)量過多時，集中式運算會造成頻寬與雲(yún)端運算單元的沉重負(fù)荷，因此後來發(fā)展出邊緣運算。

邊緣運算是讓終端設(shè)備在前端先做篩選、分流與簡單的運算，將數(shù)據(jù)化為已處理過的資訊後，再傳送到雲(yún)端平臺，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)邊緣運算中的分流工作，至於智慧製造中，劉家宏認(rèn)為，未來將會由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)同時橫跨IT與OT，要透過IT新技術(shù)強化設(shè)備效能，使之可因應(yīng)邊緣運算需求相對容易。

因應(yīng)智慧需求 硬體再次升級

為了滿足邊緣運算的需求，新世代的HMI在硬體層面必須再次升級，過去HMI只需與現(xiàn)場端的機臺連結(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)，不過在智慧製造的路由器角色中，HMI還要負(fù)責(zé)機聯(lián)網(wǎng)（M2M）、機聯(lián)雲(yún)（M2C）的工作，因此MQTT、OPC UA、HTTPS就成為必須。

劉家宏表示，臺達HMI的最大優(yōu)勢，就在於涵蓋了市場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，在邊緣運算要求下，運算效能也須要進一步強化，現(xiàn)在市場上已有配備雙核、四核等處理器的高階HMI機種，可滿足目前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的邊緣運算需求。

至於螢?zāi)环矫妫|控面板已經(jīng)成為現(xiàn)場機臺的基礎(chǔ)配備，且尺吋也愈來愈大、並具備多媒體影音錄放功能等，實際上已可作為一個獨立的設(shè)備，甚至是產(chǎn)線戰(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廠商除了現(xiàn)場端的產(chǎn)品外，也推出大型看板，北爾就是一例，北爾的HMI可依尺寸分為三類產(chǎn)品，小尺寸用於單一機臺，中型尺寸放在製造現(xiàn)場，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)端掌握各處廠房的運作數(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，市場對新概念HMI的接受度也逐漸升高，在智慧製造趨勢的催化下，具備智慧化設(shè)計的HMI已經(jīng)成為製造業(yè)者導(dǎo)入新機臺的重要考量，隨著智慧化腳步的加快，其成長速度將會加速，成為製造系統(tǒng)的主流機型。

**刊頭圖（source：Hannover Messe）