人机交互——工业4.0的未来主流
新一代HMI将以更新的技术和组件取代传统的按钮、指示灯和选择器，减少对大量显示面板和电缆的依赖，并通过先进的HMI功能降低运行成本，增强对设备的监控。
发布日期:2022年6月21日
近年来，人机界面(Human Machine Interface, HMI)发展迅速，先进的功能已经成为市场的差异化因素，其重要性也越来越明显，如iPod或iPhone就是直观人机界面的代表应用，完全改变了用户对特定产品类型的感知方式。
通过集中和数字化优化操作流程，允许用户通过不同形式的图形、聊天机器人或数字辅助查看重要信息。因此，可以观察到，越来越多的工业应用和自动化设备制造商大量引入了先进的人机界面，以增强其产品的竞争力。
由于苹果或其他高端消费产品操作界面变革的成功，许多工业设备制造商开始更加重视用户控制界面的改进，使得新一代设备中的HMI嵌入了更高层次的功能和交互技术，如多点触控屏幕和高性能显示器。
此外，HMI的应用也扩展到各个领域，包括制造工厂、自动售货机、食品和饮料行业、制药和其他公用事业。例如，在食品饮料、包装等各种应用行业中，利用自动化来提高运营效率是推动人机界面市场大幅扩大的重要趋势。
互联网和工业4.0驱动高级人机界面的需求
过去通过HMI和PLC的集成，虽然操作的人性化便利性和多功能性有了很大的提高，但随着互联网和工业4.0的兴起，需要进一步实现整个系统的监控和数据采集能力，使技术人员更容易根据当前状态选择或调整工程参数。包括在金属物体的制造过程中，可以通过先进的HMI控制切割或折叠金属的方法和速度。在物流领域，HMI还可以提供智能库存控制和采购，减少供应商的交货数量。
根据市场研究公司魔多情报的研究报告，2020年全球人机界面市场规模约为37.1亿美元，预计到2026年将达到72.4亿美元，预测期内(2021~2026年)年复合增长率为10.3%。新一代HMI将以更新的技术和组件取代传统的按钮、指示灯和选择器，减少对大量显示面板和电缆的依赖，并通过先进的HMI进一步加强对设备的监控，降低运行成本。
工业产品和消费产品通过互联网连接是主流趋势。根据世界银行的数据，物联网设备的数量从2015年的154.1亿增加到2017年的203.5亿，预计到2023年将大幅增长到51.1亿。工业4.0和工业物联网(IIoT)的兴起使工业产品和消费产品之间的连接变得更容易，使智能手机和智能手表更容易变成移动或可穿戴的hmi。
如今的人机界面在操作友好性方面已经有了很大的进步，包括更简洁直观的图形，多功能连接，更大的屏幕尺寸和多点触摸功能，提供了更大的操作广度，不仅可以控制设备的当前状态，而且进一步，可以用来提高设备整个操作的性能特征。
在规划将先进HMI引入生产线时应注意的5个关键点，包括:
1.必须设计为提高生产力和增加产量。
2.它可以为用户提供更好的直观操作，并提供可视化的故障排除建议，而不是一堆复杂的文字说明。
3.提供增强的综合报告和信息跟踪功能。
4.能提供预防性维修计划和预警。
5.可进行远程访问、主动维护、耗材识别和耗材订购，支持更高容量的设备自我监控。
嵌入式人机界面的引入正在加速
现在大多数hmi都是嵌入式的。嵌入式简单地说就是指屏幕是一体的，包括界面、触摸屏(或PLC)、带视频的图形驱动程序和一些数据处理能力。这些功能正在成为主流，并且可以通过互联网轻松地与其他设备连接。
现在的嵌入式人机界面可以提供更多的功能来实时显示复杂的数据，比如设备的OEE，可以在屏幕上和通过视频立即主动地显示故障位置，并提供故障修复机制。此外，还能安全可靠地远程连接到其他设备;这些功能在历史上需要安装非常昂贵的额外IT基础设施，或工厂可视化的功能套件。
目前，嵌入式人机界面可能使用一些商用计算机组件，但其硬件设计是量身定制的，以适应与工业应用相关的温度和其他环境因素。此外，嵌入式操作系统不需要占用大量资源，只需要承载HMI功能，因此只需要更低的处理能力和更少的内存。
嵌入式HMI也可以在不需要额外设置的情况下使用，因此集成触摸屏易于使用，并且比基于ipc的HMI组件具有更少的故障点，这有助于为维护准备备件。无论是新项目还是现有系统的替换单元，都可以快速安装。
采用嵌入式人机界面，提高了提供信息或预警的方式和能力。通过增加速度处理结构，可以实现实时的信息分析和显示系统的整体信息。例如，它可以显示设备的整体图像，在故障位置发出指示信号，为操作人员提供故障排除的指导步骤，完成解决故障的步骤并重置机器，而不是像过去几年那样只闪烁警示灯。这样就不需要翻阅艰深的操作手册，问题可以当场解决，大大减少了停机时间，提高了操作效率。
高级信息分析和异常检测
高级hmi可以自行执行高级信息分析。世界上大部分数据都是流数据和时间序列数据，其中异常数据提供了指示紧急情况的重要信息，包括预防性和预测性维护、故障检测和监控等等。
“异常”通常被定义为系统的异常行为，这与过去的概念完全不同。该异常可能是空间异常，即数值超出了典型范围。它也可能是时间异常，尽管该值没有超出典型范围，但以不同的顺序发生。状态标签可以与异常相关联，并可以将其分类为时间或空间。警报系统还可以根据优先级、重要性和频率分配权重来预测故障。
因此，任何高级HMI都必须在本地提供必要的支持，并实时发送和接收消息，确保远程设备数据是最新的和有效的。
一旦进入云中，就可以将现场数据与来自多个来源的数据进行合并和组合。可以为工厂提供同时考虑多个操作或单一成套设备的基于云的过滤和分析模型，可用于细化数据进行深入分析，预测行为和趋势，例如设备的平均故障间隔时间(MTBF)或使用寿命。然后，这些信息可以发送回部署在边缘的hmi中运行的机器学习模型，以改善其生产操作。
受Covid-19和工厂远程控制需求的影响，推动了对移动HMI的需求
受2019冠状病毒病影响，促进对移动人机界面的需求。例如，通过在高显示能力面板下的高级HMI，可以远程连接到设备并获得更深层次控制所需的所有信息。此外，在加强远程连接能力，简化操作后，可以在不受运行环境因素影响的情况下，提高工厂的整体生产率。因此，这种设备能力的实现在市场上备受期待。
通过提高设备的信息移动性和能力，人机界面使得越来越强大的应用得以实现。例如，在控制大型设备时，可以将设备中的信息传输到远程便携式控制终端。反之，当需要对设备进行命令时，可在移动人机界面终端上发送。完成一步一步的指导。
过去，通过设备前的HMI逐级发送指令并没有太大的便利性，但通过移动人机界面，指令可以显示在便携式控制终端上，可以缩短操作时间，优化整个操作流程，提高工厂效率和OEE。
由于新冠肺炎疫情带来的远程工作的变化，该技术允许运营商在家中或任何地方通过视频、音频和视频进行远程维护和操作。因此，移动HMI的价值和效率在整个应用和便利性方面得到了极大的提升，假以时日，将被用于提高运营的可见性和效率。因此，我们可以说，COVID-19的出现确实加速了移动人机界面的采用和价值。
先进的人机界面将实现更有效的控制
人力资源管理系统从最初的自动化时代到现在已经走过了很长的路。重要的是要明白旧的HMI屏幕已经不够用了。引入并实施高性能HMI升级，为从操作员到决策者的所有人提高工作效率。因此，在开始升级HMI硬件和软件时，需要考虑高性能的HMI屏幕，以便更好地控制制造流程和系统。
毫无疑问，设备技术和可视化制造过程的需求将随着时间的推移继续发展。随着设备变得更加智能，人工智能不断改进，行业将受益于高性能HMI界面的好处。训练有素的员工可以按照标准化的屏幕操作，确保操作的正确性，掌握系统信息，这对提高生产效率至关重要。
2022年6月21日出版
来源:CTIMES
