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延伸应用触角 HMI走出不同天空
 

【作者: 王明德】2019年04月12日 星期五

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图1 : 功能改变导引规格变动,这几年高阶HMI的规格比过去几年强化许多,而更高规格的HMI,也逐步拓宽了其应用范围。(source:Siemens)
图1 : 功能改变导引规格变动,这几年高阶HMI的规格比过去几年强化许多,而更高规格的HMI,也逐步拓宽了其应用范围。(source:Siemens)

HMI以往都做为自动化系统的操作介面,在功能设计上相对简单,只用来取代PLC上的按钮,不过这几年工厂自动化系统吹起整合风,资讯可视化的程度不断提高,在此情况下,HMI的定位也一再改变,从以往的单纯控制,转变为整个自动化系统的资讯运作中心。


规格进化刺激应用拓广

HMI向来秉持着「够用就好」的原则,由於主要以设备控制为主,功能不需太强,不过如果要做的更高,以目前的技术水准来说,厂商也都行有馀力,处理器等级选择要看产品定位,如果像大尺寸面板(17寸以上)、多媒体、快速影像撷取等需求,HMI还是需要更高阶的处理器。


目前会用到这麽高阶的HMI还不多,主要应用范围则在大型电子制造商,像是晶圆厂或TFT-LCD厂等,这些大型电子制造商一来资源丰沛,花起钱来不手软,即便高阶HMI比中低阶价格要翻上好几翻,不过相对於整体厂房成本来说,所占比例仍极低,因此一般在建厂初期,就会直接选用高阶HMI。


另一个原因则也是确有需要,大型电子制造商的制造系统都有一定程度的智慧化,系统整合已成必然,在此情况下,HMI所肩负的任务就不会只是单纯的PLC控制,而必须与其他MES甚或ERP链结,再加上体制内原有的SCADA软体,这层层负担让HMI欲小不易,只能往高阶产品靠拢,不过这几年智慧制造虽然媒体声量颇大,但就整体出货量来看,高阶HMI仍占市场总出货量的小部份,在低阶处理器淡出市场,量产规模缩小、价格逐渐上扬之前,中低阶产品仍会占有多数市场。



图2 : 大型电子制造商的制造系统都有一定程度的智慧化,系统整合已成必然。(source:soraluce)
图2 : 大型电子制造商的制造系统都有一定程度的智慧化,系统整合已成必然。(source:soraluce)

功能改变导引规格变动,这几年部份高阶HMI的规格已比过去几年强化许多,虽然成本仍是HMI厂商的主要考量,中小型尺寸的HMI还是在以量计价的红海市场,高阶规格HMI出货量仍不高,不过目前各大厂商的技术都已到位,若接到订单,要设计出规格强大的HMI产品并非难事。


HMI规格强化,同时也刺激出新应用,传统型HMI只做为单纯的操控介面,架构设计简单,要求的是稳定,周边的I/O Port只有RS-232、RS-485等,不过在强化规格後,不仅CPU等级提升,周边的乙太网路、I/O埠等。整体来看,HMI的规格仍不断进化,这让HMI开始走出工控领域,跨足其他嵌入式平板电脑在垂直市场的应用领域,其中又以智慧家庭与智慧建筑潜力最为雄厚。


智慧家庭与船舶将是潜力市场

电子、电机、资讯、通信与自动化设备等科技技术的进步,使得智慧化居住生活的愿景得以提前实现,促使生活智慧化的趋势提早来临。根据IDC研究,全球智慧家庭装置出货量2022年市场出货量可以达到9.397亿台,年平均复合成长率(CAGR)将达18.5%。电子化、资讯化促成的智慧化居住生活系统,将成为居住生活设施中最重要的一环。台湾区房地产在经历了前两年的不景气之後,2004年景气开始复苏,各建商零星推出以数位化、电子化为卖点的各式建筑,智慧家庭开始出现雏形。


除了智慧家庭外,船舶也是HMI厂商认为潜力十足的应用,由於船舶应用型的HMI,在防水、防锈蚀等专业上的技术,要求更高於一般工业电脑应用上的标准,所以,长期以来市场相当封闭,也不是一般厂商能够轻易切入。


HMI厂商对触控式与工业用液晶显示器与模组的开发已有经验,掌握了面板相关的技术,若再结合实际市场经验,将可针对船舶应用领域推出相对应的解决方案,并且透过市场中的系统整合商,切进相关市场供应链中,未来几年在船舶应用方面的市场仍有大幅度的成长空间。


电子厂商跨入垂直应用领域,大致可分为三块领域,包括控制系统、网路系统、应用系统等,其中控制系统以自动化控制厂商为主,这方面由於工业电脑厂商过去在自动化设备的着墨较久,因此如多数工业电脑厂商都有相关产品投入,控制系统也包括家电控制,这方面自控业者就必须与家电业者合作。


至於被视为智慧家庭神经主轴的网路系统,则是透过网路连结住宅中的各种电子、电机、自动化设备,网路是台湾IT产业的强项,无论是电源网路、有线区域网路、无线区域网路等,都有厂商投入。社区应用与控制系统的差别,在於前者为户外控制,後者则属於住宅内,社区应用包括停车、门禁、安全监控等,这方面工业电脑厂商也多有涉猎,只不过是将配合厂商由家电业者改为保全业者。


须从使用者角度出发

在智慧家庭与船舶应用系统中,不管是网路系统或其他自动化控制系统,与使用者最接近的都是HMI,透过HMI的友善介面,才能有效操作这些功能,过去HMI应用於工控领域时,对於外观的设计并不要求,不过如果踏入其他垂直应用市场,还依循以往的作法,在验收时可能会大吃苦头,这些领域的业者虽然必须仰赖与IT业的合作,不过就产业供需关系来看,IT业者只是供给者而不是市场主导者。


简单来说,就是建筑业者与造船业者是IT业者的客户,如果IT业者想做他们的生意,虽不必说无条件全面配合客户需求,但在两者互动中,IT业者不可避免配合程度要远高於对方,因为毕竟IT设备只是附加价值,建物与船舶本身才是主要价值,少了前者,顶多成为一件没有差异化的建案而已。



图3 : 智慧家庭的HMI需求与工控领域不同。(source:SafeWise)
图3 : 智慧家庭的HMI需求与工控领域不同。(source:SafeWise)

拿一个实际案例来看,智慧家庭概念在豪宅阶层刮起旋风之後,台湾曾有屋主有意在新购置住宅中导入智慧概念,因此找了系统厂商进行规划,然而当系统厂商完成产品後,却被业主要求重新设计,其实在整体架构上,这套系统的功能十分完整,该企业主管所在意的是外观部分。


购置一楝豪宅所花费的金额都在新台币上亿元,屋主必会对其内部装??风格斤斤计较,而该厂商所设计的系统操作介面,未注重工业设计,结果整个HMI外观设计与室内装??格格不入,若安装在墙面会显得十分突兀,因此系统厂商遭退货後,在介面外观设计特意加强,并配合其住宅室内装??风格,方才验收完成。


从这个案例可以探讨供需两方对智慧家庭的定位与看法,如前文所叙,对屋主来说,智慧化对建物本体提供的是附加价值,也就是加分效果,但若设计不良,影响到住宅的主体价值,反而会带来负分,这时住户就宁舍弃便利的IT设备,以保持完整的住宅风格。


随着各类型智慧化系统的落地,HMI应用领域将会逐渐拓展,各领域所需的软硬体功能也会因应环境与建置目标,而有不同的功能需求,因此业者要跨足其他产业,必须从使用者角度出发,产品才能符合市场需求,进而站稳脚步。


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