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工業4.0衝擊製造業 人機介面需同步進化
 

【作者: 王明德】   2019年12月02日 星期一

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在智慧製造與工業物聯網的驅動下,人機介面在製造現場的角色越來越重要,無論是從深度還是廣度方面都有顯著的成長,應用越來越廣泛、功能也越來越多元,不過在中小尺寸市場由於技術相近,市場趨於飽和,用戶對產品功能、產品性價比的要求逐漸提高,廠商之間的競爭日益激烈。



圖1 :  在工業4.0的衝擊下,人機介面已然面臨新變局,唯有不斷因應產業變化,轉換設計思維,才能讓產品符合新世代產業的需求,永續生存於市場。(source:SIEMENS)
圖1 : 在工業4.0的衝擊下,人機介面已然面臨新變局,唯有不斷因應產業變化,轉換設計思維,才能讓產品符合新世代產業的需求,永續生存於市場。(source:SIEMENS)

從產品類別來看,不同類型廠商的競爭方式和手段上也不一樣,對西門子、歐姆龍、三菱這種大型自動化廠商來說,人機介並非唯一產品,大多是搭配PLC使用提供給OEM廠商,因此廠商選擇其產品時,價格不會是唯一考量。


價格會有激烈競爭者,大多是走中低階價位的台灣及大陸廠商產品,這類型產品的功能陽春,後來幾乎都落入以吋計價的競爭,至於價位較高的歐、美、日單一人機介面產品,則會配合智慧製造趨勢,透過各種軟硬整合、聯網設計,強化產品價值,瑞典大廠北爾電子就是最佳例子。


人機介面效能漸趨強大

北爾電子這幾年積極轉型旗下人機介面在產線中的定位,透過邊緣運算強化其效能,讓人機介面扮演工業物聯網的閘道器角色,將彙整上傳底層設備擷取的資料至資料中心,供後端IT系統查看、分析,目前北爾就與第三方資料中心業者合作,提供相關服務。


另外,北爾電子的DashBoard平台也可讓管理者即時掌握各端點訊息,透過雲端擷取各端點上傳的數據,再透過特殊設計的介面平台,顯示所選擇的端點數據,為企業打造出精準的戰情室。


除了北爾電子這類型軟硬體合一的人機介面廠商外,市場另一種供應商是工業電腦業者提供的PC Based人機介面。最早的人機介面產品可以追溯到按鈕開關和指示燈時代,伴隨顯示技術的發展,人機介面產品經歷了CRT、LCD、單色STN到TFT的發展,現在已經是與智慧手機一樣的電容式觸控螢幕世代。



圖2 : 人機介面是製造系統中唯一的可視化設備,在工業4.0系統中,將扮演見角色。(source:AllenBradly)
圖2 : 人機介面是製造系統中唯一的可視化設備,在工業4.0系統中,將扮演見角色。(source:AllenBradly)

過去,PC based的穩定度是其工業應用的隱憂,其中作業系統更是其要因之一,不過隨著微軟作業系統的穩定獲得解決,PC based人機介面已逐漸展現其價值和優勢。


相較於封閉式架構,PC based人機介面的特點是開放架構,可以直接採用PC技術,因此可提供豐富的功能,並且在工業物聯網架構中,快速與IT系統的高速運算處理器、大容量儲存、開放型資料庫等系統整合。


因此在要求管控一體的智慧製造體系中,PC based人機介面的開放性特色將更有優勢,尤其是PC based人機介面的廠商均為工業電腦廠商,而工業電腦廠商旗下也會有工業通訊、資料擷取、運動控制、分散式I/O等各種工業自動化解決方案,這些產品分別應用於工業現場、控制系統與資訊管理平台等自動化系統的不同層面。


而由於人機介面是介於控制層和管理層之間,因此工業電腦廠商多會以人機介面與其它控制產品搭配,整合成一套方案,應用於交通、醫療、零售等各種產業的解決方案。


軟硬兼施 滿足市場要求

再從設計趨勢來看,人機介面是軟硬結合的產品,在軟體方面,目前有提供人機介面組態軟體的廠商並不多,尤其是工業電腦廠商,主要原因是PC為開放平台,因此用戶可以自主選擇其他人機介面軟體,如果綁住自己的軟體,將會失去開放性的意義。


此外,市場上也不可能出現可以滿足所有產業要求的軟體,因此工業電腦廠商都專注於硬體平台,軟體面則由系統整合商自行負責,不過在物聯網趨勢下,包括人機介面在內的各種自動化設備,開始被應用於各種產業。


而在多數產業並沒有自動化或智慧化系統導入經驗的情況下,大型工業電腦廠商近期將產品設計盡量往前延伸,除了提供開發工具縮短設備上線時間外,還會將軟體功能盡量設計周全,系統整合商只需在其基礎下,依據本身專業附加特定功能,即可滿足終端客戶需求。



圖3 : 智慧製造系統要求IT與OT兩大系統全面整合,因應此需求,人機介面的角色也需重新定義。(source:BOSCH)
圖3 : 智慧製造系統要求IT與OT兩大系統全面整合,因應此需求,人機介面的角色也需重新定義。(source:BOSCH)

至於在硬體方面,這幾年人機介面除了觸控螢幕逐漸成為主流外,通訊功能也被強化。在智慧製造趨勢下,現在的人機介面並不僅只做為輸出入的介面,還要能即時反應產線狀態並從遠端監控生產設備,因此對網路的需求越來越高,其中乙太網路通訊介面、e-mail、Web Server 及FTP Server/Client等網路功能,已是人機介面的基本配備,透過網路,系統與設備可進行更有效的溝通。


無論是軟體功能的延伸或硬體效能的強化,都是工業電腦廠商提升自家產品價值的必要作法,從硬體架構面來看,目前人機介面技術差異已經不大,市場漸趨飽和,技術門檻的降低,讓市場參與者增加,同時也進入價格競爭的階段,現在通用型人機介面已進入紅海市場,要從紅海走入藍海,為自己產品附加更多價值已然是不可避免的作法。


在智慧製造浪潮下,工業市場開始進化,作為工廠中唯一的可視化設備,人機介面成為鏈接OT與IT兩大系統的關鍵,也因此無論是傳統獨立式系統或工業電腦的開放性架構,各類型廠商都積極強化旗下人機介面產品的整合性,甚至有廠商開始解構過去的概念,直接取消人機介面上的螢幕,而改以短距離無線通訊方式鏈結手持式裝置,讓畫面出現在工業用平板電腦上。


當然這些新作為都有待市場檢視,不過整體來看,在工業4.0的衝擊下,人機介面已然面臨新變局,唯有不斷因應產業變化,轉換設計思維,才能讓產品符合新世代產業的需求,永續生存於市場。


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