隨著元宇宙題材發(fā)酵，製造業(yè)智慧廠房在AI、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)位孿生、AR/VR等技術(shù)導(dǎo)入後，人機(jī)介面（HMI）智慧化腳步也愈來愈快。其中，高彈性、視覺性、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1200億美元，預(yù)估2030年年度支出總額可能高達(dá)5兆美元；彭博情報（Bloomberg Intelligence）預(yù)估，2024年元宇宙市場規(guī)模將達(dá)8000億美元，跨產(chǎn)業(yè)鏈商機(jī)涵蓋資通訊、半導(dǎo)體、製造業(yè)、服務(wù)業(yè)、金融業(yè)、教育業(yè)等領(lǐng)域。
隨著源宇宙題材發(fā)酵，製造業(yè)智慧廠房在AI、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)位孿生、AR/VR等技術(shù)導(dǎo)入後，人機(jī)介面（HMI）智慧化腳步也愈來愈快。
智慧廠房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(jī)介面（HMI）上市，可連接各品牌不同控制器，如PLC、馬達(dá)、溫控器、變頻器、運(yùn)動控制器、機(jī)械手臂、機(jī)器視覺等，滿足大量資料和安全連接上層（中控室）和現(xiàn)場層（工廠）網(wǎng)路的需求。HMI導(dǎo)入日趨成熟的AI技術(shù)後，更加速廠房智慧化腳步，比方施耐德電機(jī)推出Pro-face HMI基本型人機(jī)介面ST6000全新版本，近年也致力於導(dǎo)入工業(yè)擴(kuò)增實境顧問Augmented Operator Advisor（AOA），藉由擴(kuò)增實境技術(shù)進(jìn)行模擬操作學(xué)習(xí)。
施耐德電機(jī)工業(yè)自動化事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理王曉柔指出，隨著工業(yè)4.0與智慧製造相關(guān)技術(shù)的推進(jìn)，施耐德電機(jī)觀察到智慧廠房中人機(jī)介面（HMI）有三大發(fā)展趨勢：高彈性、視覺性、可靠性，也是Pro-face HMI Centric人機(jī)中樞體系架構(gòu)重點。
這個架構(gòu)以人為中心，利用HMI及IPC做為人員與機(jī)器溝通的介面，連接IT及OT，達(dá)到自動化的目的，讓人員跟機(jī)器有更好的互動，人員直覺操作也能極大化工作效率。
趨勢一:高彈性
各產(chǎn)業(yè)客戶需求不盡相同，例如半導(dǎo)體和面板廠等客戶所需要的HMI功能各異，須根據(jù)廠房環(huán)境做出適當(dāng)調(diào)整，因此客製化成為一大關(guān)鍵。Pro-face人機(jī)介面的高靈活性是一大優(yōu)勢，不僅支援全面通訊格式，也能與各品牌控制元件互通互聯(lián)。日本知名的造紙大廠川之江造紙機(jī)械有限公司自1992年P(guān)ro-face首次推出以來便持續(xù)採用至今。
趨勢二:視覺性
HMI協(xié)助廠房及產(chǎn)線生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)化。近年來，不少客戶端仰賴HMI將數(shù)據(jù)視覺化，進(jìn)行生產(chǎn)資訊的管理與分析，而人機(jī)介面的SCADA圖控軟體提供視覺化報表，可協(xié)助人員快速且正確的做出決策。
趨勢三:可靠性
HMI資訊及遠(yuǎn)距連線的安全性極為重要。HMI可搭配資安系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備生命週期維護(hù)，也可搭配遠(yuǎn)距安全連線解決方案，客戶端可以安全地進(jìn)行遠(yuǎn)端操作。
此外，內(nèi)建IIoT功能也常見於工業(yè)自動化零組件產(chǎn)品，基於開放式架構(gòu)，能與不同品牌產(chǎn)品輕鬆連線，舉例來說，若工具機(jī)搭配Pro-face人機(jī)介面，可輔助操作人員與設(shè)備溝通，協(xié)助工具機(jī)業(yè)者加速產(chǎn)品開發(fā)，整合軟硬體，也可以提供雲(yún)端產(chǎn)品與服務(wù)，對於需要導(dǎo)入智慧製造、數(shù)位維護(hù)售服的業(yè)者來說，無需自行開發(fā)軟體、建模，可以大幅節(jié)省時間與成本。
為推動智慧製造，施耐德電機(jī)也致力於將工業(yè)自動化解決方案應(yīng)用於工具機(jī)產(chǎn)業(yè)，比方與全球金屬加工設(shè)備領(lǐng)導(dǎo)廠商凱柏精密機(jī)械共同開發(fā)結(jié)合門型機(jī)械手、物聯(lián)網(wǎng)功能的智慧工具機(jī)，整合多道生產(chǎn)程序，提高生產(chǎn)效率。製造業(yè)導(dǎo)入AR等技術(shù)應(yīng)用，有助提升作業(yè)、維修效能，如運(yùn)用AR存取IoT資料，能夠依使用者需求提供有用的指定資訊，也比紙本資料更方便有效率。
至於AR在支援生產(chǎn)現(xiàn)場協(xié)作的應(yīng)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(dǎo)致作業(yè)中斷，還能加速問題排除，縮短平均修復(fù)時間（MTTR）。
| 圖1 : HMI可搭配資安系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備生命週期維護(hù)，也可搭配遠(yuǎn)距安全連線解決方案安全地進(jìn)行遠(yuǎn)端操作。 |
|
HMI智慧再升級 AOA應(yīng)用程式助攻
智慧廠房中的人機(jī)介面也逐漸導(dǎo)入AR/MR等進(jìn)階技術(shù)。在智慧廠房中，AR/MR技術(shù)多使用於行動裝置，作為HMI的延伸，輔助HMI豐富化資訊，現(xiàn)場人員在移動的過程中可以透過行動裝置搭配資訊、影片、手冊等資料，完整監(jiān)看設(shè)備端，在設(shè)備需要進(jìn)行維護(hù)時，也能在第一時間做出最佳決策。
以瑞士設(shè)備製造大廠Buhler Group為例，生產(chǎn)現(xiàn)場的操作員即時存取CAD圖、手冊與教學(xué)視訊、生產(chǎn)清單、安全資訊、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序（SOP）、維護(hù)時程與運(yùn)作狀況等相關(guān)資料，疊蓋顯示於行動裝置對應(yīng)設(shè)備的即時影像上；AR app還可以整合生產(chǎn)現(xiàn)場的IoT裝置，提供各類資訊，協(xié)助客戶管理關(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(jié)省的成本與時間。
在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行反應(yīng)性維護(hù)（Reactive Maintenance）與疑難排解時，AOA可以讓技師透過AR即時掌握設(shè)備作業(yè)、感測器是否啟動等情況，不會被作業(yè)中的設(shè)備阻擋視線，也不需要停機(jī)，效率比人機(jī)介面（HMI）傳統(tǒng)作業(yè)方式高，可縮短作業(yè)中斷時間。
越是需要派遣技師到現(xiàn)場處理的應(yīng)用，AR可能帶來的成效越高，技師可以透過AOA觀看教學(xué)視訊、查閱手冊；透過AR app還可以跟專家進(jìn)行影音通話，提供即時現(xiàn)場狀況，讓技師掌握更多資訊，快速找出問題點；AOA也會列出預(yù)測式維護(hù)作業(yè)，方便工作排程與人力調(diào)派。
AOA應(yīng)用程式除了安裝在手機(jī)或平板電腦，也可以搭配智慧眼鏡使用。操作人員不需要實際打開設(shè)備箱體或進(jìn)入危險場域，只要檢視AOA虛擬投影出的設(shè)備箱體內(nèi)各元件的即時數(shù)據(jù)，即可進(jìn)行巡檢工作；或者依照AOA程式顯示的數(shù)位步驟圖示進(jìn)行故障排除，按圖索驥，動作流程一目瞭然，避免錯誤。
HMI是IT與OT的溝通橋樑，需要呈現(xiàn)於AOA程式中的即時數(shù)據(jù)經(jīng)由HMI蒐集資料彙整後，經(jīng)由伺服器再分享給AOA程式裝置，兩者相互支援，發(fā)揮各自優(yōu)勢。
王曉柔指出，施耐德電機(jī)已經(jīng)在國立勤益科技大學(xué)工具機(jī)大樓的示範(fàn)產(chǎn)線導(dǎo)入AOA，藉由擴(kuò)增實境技術(shù)讓學(xué)生進(jìn)行模擬操作學(xué)習(xí)，同時搭配該軟體的程序指導(dǎo)功能，引導(dǎo)現(xiàn)場人員準(zhǔn)確操作每項步驟，成功降低75%人為疏忽，減少83%的人員培訓(xùn)時間。
| 圖2 : 工業(yè)擴(kuò)增實境顧問可根據(jù)擴(kuò)增實境指引，即時協(xié)助操作人員排除故障，降低人為疏失可能。（source：施耐德電機(jī)） |
|
HMI遠(yuǎn)端操作 資安防護(hù)同步到位
隨著元宇宙世代來臨，未來智慧廠房中的HMI技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用當(dāng)不止於導(dǎo)入AR/MR，對此，王曉柔認(rèn)為，未來智慧廠房的發(fā)展將與大數(shù)據(jù)應(yīng)用高度相關(guān)，比方HMI應(yīng)用架構(gòu)結(jié)合臉部辨識功能，無需透過刷卡等動作就能夠辨識操作人員的身份，只要代入HMI中預(yù)設(shè)編輯好的配方，就能有效控管操作者權(quán)限，記錄使用人員資訊，並追蹤使用期間的所有操作，以確保設(shè)備資訊的安全性，同時改善資訊管控品質(zhì)。
設(shè)備的遠(yuǎn)端操作也是未來的發(fā)展趨勢。HMI搭載4G、WiFi路由器，即使在無法建立網(wǎng)路或終端用戶現(xiàn)場網(wǎng)路無法使用的情況下，人員透過行動裝置作為接入點，便可輕鬆啟動安全遠(yuǎn)程維護(hù)。
值得一提的是，當(dāng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用及遠(yuǎn)端連線成為主流，資安管控就成為重要課題，針對這類解決方案，可搭配資安系統(tǒng)，也可結(jié)合遠(yuǎn)距安全連線解決方案，進(jìn)一步為企業(yè)的資料安全把關(guān)。
不過，雖然Pro-face的HMI能支援多種廠牌的各式設(shè)備，如機(jī)械手臂、視覺感測器等，但目前製造業(yè)中仍有不少廠商仍使用老舊設(shè)備，無法與網(wǎng)路連線，需要透過像Gateway資料擷取等工具，才能順利蒐集與傳送資料到網(wǎng)路與上位設(shè)備，讓OT端順利與大數(shù)據(jù)結(jié)合，或者使用HMI搭配SCADA圖控軟體，讓設(shè)備數(shù)據(jù)視覺化再升級，才可能為現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)資訊的分析與管理。這部分與數(shù)位升級有關(guān)，需要廠商主動擁抱數(shù)位變革，導(dǎo)入智慧技術(shù)，才可能讓廠房愈來愈智慧。
結(jié)語
元宇宙縮短現(xiàn)實世界與虛擬世界融合的速度，為HMI帶來不同啟發(fā)，王曉柔指出，施耐德電機(jī)正積極創(chuàng)造開放、永續(xù)、數(shù)據(jù)驅(qū)動和高效的新一代工業(yè)世界。為了實現(xiàn)這個願景，施耐德電機(jī)不斷探索任何能帶動未來工業(yè)世界進(jìn)步的可行性。例如提升智慧廠房中設(shè)備的互動與合作性、整合大數(shù)據(jù)/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)/數(shù)位孿生模擬應(yīng)用等最新技術(shù)，做好應(yīng)對工業(yè)4.0的各種挑戰(zhàn)。
