人机交互——工业4.0的未来主流

近年来，人机界面(HMI)得到了迅速发展。先进的功能已经成为市场差异化的因素，其重要性也越来越明显。iPod或iPhone等产品是直观人机界面的典型应用，它们完全改变了用户感知特定产品类型的方式。

通过集中化和数字化优化HMI操作流程，用户可以查看重要信息，如图形、聊天机器人或数字辅助。越来越多的自动化设备制造商在工业应用中引入先进的人机界面，以提高产品的竞争力。

由于苹果或其他高端消费产品的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，如多点触摸屏和高性能显示器。

此外，人机界面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，利用自动化来提高操作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推动高级人机界面需求

在过去，通过HMI和PLC(可编程逻辑控制器)的集成，大大提高了操作，使其人性化，便捷性和多功能。随着互联网和工业4.0的兴起，需要提高整个系统的监控和数据采集能力，以便技术人员可以轻松地选择或调整工程参数。例如，在金属产品的制造中，切割或折叠金属的方法和速度可以通过先进的人机界面来控制。在物流领域，HMI可以提供智能库存控制和采购信息，减少供应商的交货次数。

根据市场研究公司Mordor Intelligence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)的复合年增长率为10.3%。

通过互联网连接工业和消费产品已成为主流。根据世界银行的数据，物联网连接设备的数量从2015年的154.1亿台增加到2017年的203.5亿台，预计到2023年将大幅增长到51.1亿台。工业4.0和工业物联网(IIoT)的兴起使工业和消费产品的连接变得更加容易，使智能手机和智能手表更容易变成移动或可穿戴的人机界面。

如今的人机界面在操作友好性方面有了很大的进步，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。这些功能提供了更大的操作广度，不仅对设备的控制，而且对整个操作系统性能的提高。

在规划在生产线上引进先进HMI时应注意的5个关键点包括:

1. 它们的设计必须是为了提高生产率和增加产出。
2. 它们为用户提供了更直观的操作，并提供了可视化的故障排除建议，而不是一堆复杂的文字说明。
3. 它们提供了增强的综合报告和信息跟踪功能。
4. 他们提供预防性维护计划和早期预警。
5. 它们具有远程访问，提供主动维护，并在需要更换耗材时指示和通知，以便及时执行更换订单。

嵌入式人机界面的引入发展迅速

如今大多数hmi都是嵌入式的。嵌入式简单地说就是指接口、触摸屏(或PLC)、带有视频的图形驱动程序和一些数据处理能力都包含在一个单元和显示屏中。这些功能正在成为主流，并且很容易通过互联网与其他设备连接。

今天的嵌入式人机界面具有更大的实时显示复杂数据的能力。设备的整体设备效率(OEE)将取决于立即和主动显示故障位置的能力，以及提供故障修复机制的能力。安全可靠地远程连接到其他设备的能力也是必要的。这些功能过去需要安装非常昂贵的额外IT基础设施，或者为工厂可视化提供功能支持。

嵌入式人机界面可能使用商用计算机组件，但它们的硬件通常是定制的，以适应与工业应用相关的温度和更恶劣的环境因素。嵌入式操作系统不需要大量的资源，因为它们使用低处理能力和很少的内存。

嵌入式HMI无需额外设置即可使用，因此集成触摸屏易于使用，并且比基于工业pc的HMI组件具有更少的故障点。无论是新机器还是现有系统的替换单元，都可以快速安装。

嵌入式人机界面具有早期预警能力。系统整体信息的实时分析和显示也成为可能。例如，可以显示设备的整体图像，指示故障位置，而不是像过去那样只有闪烁的警示灯。然后可以向操作员提供排除故障和重置机器所需的步骤。没有必要经历查阅操作手册的困难，因为问题可以在现场解决。这大大减少了停机时间，提高了作业效率。

高级信息分析和异常检测

高级hmi可以进行高级信息分析。由于系统的数据通常是流的且时间敏感的，因此这些数据可以提供指示紧急情况的重要信息，并可以提供预防性和预测性维护程序、故障检测和监控等。

当HMI指示系统中的“异常”状态时，它可以指示异常是什么。例如，它可以指示是机器或操作部件位置不正确的空间异常，还是操作时机可能关闭的时间异常。

任何高级HMI都必须提供一种实时远程发送和接收消息的方法，确保数据是最新的和有效的，并提供一种应用必要支持的方法。

新冠肺炎疫情和对工厂远程控制的需求推动了对移动人机界面的需求

通过先进的人机界面远程显示功能，可以远程连接到设备并获得易于访问和控制所需的所有信息。加强远程连接，简化操作，提高工厂整体生产力，不受操作环境影响。因此，对具有远程控制能力的人机界面设备的关注预计将继续。

HMI通过提高设备的信息移动性和功能，使更强大的应用程序成为可能。例如，在控制大型设备时，可以将设备的信息传输到便携式遥控终端。反之，当需要对设备进行指令时，可通过移动人机界面终端向机器发送完整的分步指令。

在过去，由于设备本身带有HMI，操作需要在现场完成。采用移动人机界面，可在便携式控制终端上显示指令并进行远程管理，缩短操作时间，从而优化整个操作，提高工厂效率和OEE。

先进的人机界面将实现更有效的控制

自最早的自动化时代以来，人机界面已经走过了漫长的道路。重要的是要理解旧的hmi不再足够。随着时间的推移，HMI设备技术和可视化制造过程的需求将继续发展。随着设备变得越来越智能，人工智能也在不断改进，工业将从人机界面的高性能中受益。训练有素的员工可以按照标准化的屏幕操作。然后，他们将能够通过连接到主系统来确认操作的准确性，从而显着提高生产效率。