新一代HMI將以更新的技術和元件取代傳統(tǒng)的按鈕、指示燈和選擇器，並降低對大量顯示面板和電纜的依賴，透過先進的HMI功能加強對設備的監(jiān)控來達到降低營運成本。

在近三年之間，人機介面（HMI）有了快速的發(fā)展，而功能性的先進成了市場中的一個差異化因素，重要性也變得越來越明顯，例如iPod或iPhone，就是直覺式人機介面的代表性應用，完全改變使用者對特定產(chǎn)品類型的認知方式。

透過集中和數(shù)位化來優(yōu)化操作流程，讓使用者可在不同形式的圖形、聊天機器人或數(shù)位協(xié)助下，查看重要訊息。因此，可以觀察到越來越多的工業(yè)應用和自動化設備者，已經(jīng)大幅度的導入先進人機介面，來提升產(chǎn)品的競爭力。

由於Apple或其他高階消費性產(chǎn)品操作介面改變的成功，刺激了許多工業(yè)用設備業(yè)者開始更加關注用戶操控介面的改善，使得新一代設備中的HMI嵌入更高階功能，和互動式等技術的需求快速增長，例如多點觸控螢幕和高功能性顯示器等。

此外，HMI的應用也已經(jīng)擴大到各個領域，包括製造工廠、自動販賣機、食品和飲料行業(yè)、製藥和其他公用事業(yè)。例如在食品和飲料、包裝等各種應用產(chǎn)業(yè)領域中，採用自動化來提高營運效率，是促進人機介面市場大幅擴張的重要趨勢。

互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0推動先進HMI需求成長

以前透過HMI與PLC的整合，雖然已經(jīng)大幅度的改善操作人性化方便性與多功能性，但對於互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的興起，需要進一步的實現(xiàn)整個系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)蒐集能力，讓技術人員更容易根據(jù)當下的狀態(tài)，選擇或調整工程參數(shù)。包括在金屬物件製造過程中，可以透過先進的HMI來控制切割或折疊金屬的方法、以及速度。在物流領域方面，HMI也可以提供庫存控制和進貨的智慧化，減少供應商的送貨次數(shù)。

根據(jù)市調公司Mordor Intelligence研究報告顯示，2020年全球人機介面市場規(guī)模約為37.1億美元，預計到2026年將達到72.4億美元，預測期間（2021~2026年）的複合年增長率為10.3%。新一代的HMI將以更新的技術和元件，取代傳統(tǒng)的按鈕、指示燈和選擇器，並降低對大量顯示面板和電纜的依賴，進一步透過先進的HMI，加強對設備的監(jiān)控來達到降低營運成本。

而工業(yè)和消費產(chǎn)品透過互聯(lián)網(wǎng)來連接已是主流趨勢。根據(jù)世界銀行的統(tǒng)計，物聯(lián)網(wǎng)連接設備的數(shù)量，從2015年的154.1億臺增加到 2017年的203.5億臺，預計到 2023 年將大幅度成長達到511.1億臺。工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的興起，使得無論是工業(yè)或消費性產(chǎn)品之間容易連接，因此將智慧型手機、智慧手錶變成行動式或可穿戴的HMI也變得更加容易。

今日的人機介面在操作友善化方面有著很大的進步，包括更為簡潔的直覺式圖形化、多功能的連接、更大的螢幕尺寸和多點觸摸功能，提供了更多的操作廣度，不僅是對設備當前狀態(tài)的操控，更進一步的，可用於改善設備整個作業(yè)的性能特性。

當生產(chǎn)線上計劃導入先進的人機介面時，應該注意的5個重點。包括：

1.必須是為了提高生產(chǎn)力和增加產(chǎn)量而設計。

2.可以提供使用者更好的直覺式操作，以及提供視覺化故障排除的建議，而非一堆艱深的文字說明。

3.提供強化的綜合性報告和資訊追蹤能力。

4.可以提供預防性的維護計畫和預警作用。

5.可以進行遠端存取、主動性維護、耗材識別和耗材訂購，來支援更高能力的設備自我監(jiān)控。

嵌入式人機介面的導入速度正快速成長

現(xiàn)在大多數(shù)的人機介面都是嵌入式。嵌入式只是意味著螢幕是一體的，包括介面、觸控式螢幕（或PLC），有視訊的圖形驅動和一些處理資料的能力。這些功能性正逐漸成為主流，並且容易透過互聯(lián)網(wǎng)路與其他設備相互連接（圖1）。

圖1 : 嵌入式人機介面現(xiàn)在有更強的處理能力來改善訊息提供方式，例如，不再是過去會閃爍的警告燈，而是可以顯示設備的影像和更多資訊。（source：BW Flexible Systems）

現(xiàn)今的嵌入式人機介面可提供更多可即時顯示複雜資料的能力，如設備的OEE，可以在螢幕上和透過視訊方式立即主動顯示故障所在，並提供修復故障的機制。再加上安全和可靠地透過遠端連接到其他設備的能力；要具備這些能力，在過去必須先加裝非常昂貴的額外IT基礎設備，或工廠可視化的功能性套件。

目前來說，嵌入式HMI可能會使用一些商用電腦元件，但其硬體設計是為適應與工業(yè)應用相關的溫度和其他環(huán)境因素而定制的。再加上嵌入式作業(yè)系統(tǒng)無需佔用大量資源，而只需要承載HMI功能即可，所以只需要較低的處理能力和較少的記憶體即可。

嵌入式HMI也無須另外設置就可以使用，因此一體化觸控螢幕易於使用，與基於IPC的HMI元件相比，故障點較少，這有助於準備維護用的備品。無論是新專案還是為現(xiàn)有系統(tǒng)更換裝置，都可以實現(xiàn)快速安裝。

有了嵌入式人機介面之後，具有改善訊息或預警提供的方式和能力，透過提高速處理架構，就可以達到即時訊息分析和顯示系統(tǒng)整體資訊。例如可以顯示設備整體的影像，在故障位置發(fā)出指示訊號，提供操作者可以排除故障的指導步驟，完成解決故障和重置機器的步驟，而不是像過去幾年前，只能閃爍警告燈。這樣一來，就無需翻閱艱深難懂的操作手冊，能夠當場解決問題，大幅降低停機時間，提高操作效率（圖2）。

圖2 : Smartlink人機介面引導操作員進行設置，並通過視訊為操作員提供常規(guī)維護任務的建議，減少停機時間。（source：Accraply）

高階的資訊分析和異常檢測

先進的HMI可以自我進行高階資訊分析。世界上的許多資料都是資料流和時間序列資料，其中的異常資料提供了指示緊急情況的重要資訊，包括預防性和預測性維護、故障檢測和監(jiān)視等。

「異常」通常定義為系統(tǒng)行為異常，這與過去的觀念完全不同。異常可能是空間異常，這意味著該值超出了典型範圍。也可能是時間異常，儘管該值沒有超出典型範圍，但發(fā)生的順序卻不同。狀態(tài)標籤可以與異常關聯(lián)，並可將其分類為時間或空間。警示系統(tǒng)還可以根據(jù)優(yōu)先順序、重要性和頻率分配加權值以預測故障。

因此，任何先進的HMI必須在本地進行必要的支援，並即時發(fā)送和接收消息，確保遠端設備資料是最新且有效的。例如，MQTT和Kafka之類的協(xié)定可以確保狀態(tài)通信，而Sparkplug B規(guī)範則處理狀態(tài)管理。

一旦進入雲(yún)端，就可以將現(xiàn)場資料進行整合，並與來自多個資料來源的資料合併。可以提供工廠同時考慮多種運營或單一整套設備，而不管其位置如何，基於雲(yún)端的過濾和分析模型，可用於完善資料以進行深度分析、預測行為和趨勢，例如設備的平均故障間隔時間（MTBF）或使用壽命。然後，可以將該資訊發(fā)送回部署在邊緣的HMI中運行的機器學習模型，以改善其生產(chǎn)作業(yè)。

受COVID-19影響和工廠遠距操控所需，帶動行動HMI需求

因為COVID-19的影響，促進對行動HMI的需求。舉例來說，採用高顯示能力面板下的先進HMI，可以與設備進行遠端連接並獲取所需的所有資訊，以便更深入地進行操控。並且強化遠端連接能力和簡化操作後，可不受作業(yè)環(huán)境因素的影響，提高工廠的整體生產(chǎn)力，所以這種對於設備的能力，在市場上的實現(xiàn)性備受期待。

而提高設備HMI的資訊可行動化能力，就能夠實現(xiàn)更多和更強大的應用。例如對大型設備進行操控時，就能讓設備中的資訊傳送到遠距離的可攜式操控終端上，反向當需要對設備下達指令時，就可以在行動化人機介面終端上，發(fā)送出完整的分步指令。

過去，在設備前面的HMI上送出分步指示，對於方便性沒有太大的幫助，但是有了行動化人機介面後，就能把指示呈現(xiàn)在可攜式操控終端上，同時可以縮短作業(yè)時間和步驟，以及優(yōu)化整個作業(yè)過程，推動工廠效率和OEE。

因為COVID-19所帶來的遠距工作變化，這項技術可以讓作業(yè)人員在家裡或任何地點，透過視訊、音訊和影像從遠端進行維護和作業(yè)。所以，行動HMI的價值和效率是在整個應用及方便性獲得大幅提升，而且隨著時間的推移，將被用來提高營運的可見性和效率。因此，我們可以說的是，COVID-19的出現(xiàn)，確實加快了行動HMI的被採用和所帶來的價值性。

先進HMI將實現(xiàn)更高效的控制

從最初的自動化開始，HMI已經(jīng)走過了很長的路。重要的是要了解到，老舊HMI的畫面已經(jīng)不敷使用了。導入和實施高性能HMI升級，可以提高每個人（從作業(yè)人員到?jīng)Q策者）工作效率。因此，在開始進行提升HMI硬體和軟體時，需要考慮高性能HMI畫面，來發(fā)揮更好的控制製造過程和系統(tǒng)（圖3）。

圖3 : 現(xiàn)代HMI超越了簡單的視覺化，可幫助OEM和最終用戶管理資料傳輸並執(zhí)行機器學習分析。（source：ADISRA）

毫無疑問，隨著時間的流逝，設備技術以及對製造過程的視覺化需求將繼續(xù)發(fā)展。由於設備變得越來越智慧，AI也不斷提高，業(yè)界會受益於高性能HMI操作介面帶來的優(yōu)點。訓練有素的員工，能夠按照標準規(guī)範的畫面進行作業(yè)，並確保其在作業(yè)時的正確性與掌握系統(tǒng)訊息，這對獲得提高生產(chǎn)效率至關重要。

**刊頭圖（source：Direct Industry）