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智慧化推动人机介面进化 工业4.0愿景落地成真
 

【作者: 王明德】2021年04月01日 星期四

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业者在选购人机介面功能时,需要考量到与工业物联网的介接问题,透过相关设计到数据收集、弹性制程与降低成本等效益,让人机介面成为企业数位转型的助力,顺利推动工业4.0的策略。


工业4.0对制造业带来重大的冲击,在未来的制造体系中,所有设备的角色都会被再次延伸与定义,作为制造系统中人机沟通的唯一介面,人机介面在未来的工厂环境中,将扮演更重要的角色。


在工业4.0趋势中,资料撷取会变得越来越重要,工业物联网无疑会变成未来制造系统的主架构,架构中的第一层设备撷取资料後,在透过网路连线,将资料往上传,後端管控平台再利用各端点撷取的数据,分析、制定出完善策略,在制造系统中,人机介面过去多扮演系统第一线的资讯显示与部分控制功能,但在工业4.0时代,人机介面的角色将会更吃重。



图1 : 过去人机介面业者多强调硬体规格及其技术,近年来逐渐着重软体技术的开发。(source:IK4-Ideko)
图1 : 过去人机介面业者多强调硬体规格及其技术,近年来逐渐着重软体技术的开发。(source:IK4-Ideko)

由於人机介面是制造现场中唯一可显示资讯的设备,因此在工业4.0环境中,人机介面将会成为制造资讯可视化的枢纽,由於云端架构是工业物联网的重要组成之一,人机介面将会肩负一部分的资料撷取与上传工作,因此,网路化与云端化都会是人机介面的未来趋势。


软体功能日渐重要 区隔市场创造新利基

过去人机介面业者多强调硬体规格及其技术,近年来逐渐着重软体技术的开发,主要原因在於人机介面的硬体技术,很大一部分是从消费性IT技术而来,包括处理器、触控面板…等都是,这几年硬体技术发展已然成熟,效能往上提升有限,而且另一方面,工控领域所使用的人机介面,也不需要太高的效能,在此态势下,非消费性领域人机介面供应商,硬体技术彼此相去不远,因此软体的设计能力就成为市场决胜点。


除了市场态势外,产业趋势也是人机介面走向软体的原因,工业4.0讲究软硬整合,现在後端的IT系统主要功能都是以软体设计,作为制造系统的一环,人机介面未来的功能设计,也势必以软体为重,而且也唯有软体,才能让产品产生差异化,藉以区隔市场,创造更大利基。


至於在市场应用方面,自动化制造仍然是此领域业者最重视的产业,自动化技术成熟多时,之前一段时间,业界都认为此一领域发展已经过於成熟,不过这几年工业4.0、智慧工厂等概念席卷全球,制造系统再次出现变革,因此即便过去的市场总值已经相当庞大,但在智慧化趋势下,制造业还有相当惊人的成长潜力。


第二个潜力应用是能源,在工业发达下,全球各国对能源的重视程度越来越高,尤其再生能源如太阳能、风力发电等,更成为多数国家的重要政策,再生能源所需的发电地域广阔,而且在智慧电网趋势下,每一发电设备的讯息都必须可完整揭露,同时还要能远端监控,因此能源系统所配置的人机介面必须有智慧化设计。


最後则是船舶应用,现在船舶系统的技术演进相当快,而船舶所使用的人机介面也需特殊设计,除了必有的防水、防盐蚀外,其他设计例如萤幕的亮度、操作介面的设计,都必须符合特定安规,北尔电子的人机介面应用在船舶领域已有多年,虽然此一领域的整体需求量不像制造系统,但是能符合标准、投入发展的厂商有限,因此仍属於蓝海市场,发展潜力也相当雄厚。


人机介面功能演进 重新定义市场角色

在市场发展部分,虽然2020年全球受到疫情冲击,经济发展趋缓,但亚洲目前看来仍是全球市场成长最快的区域,中国大陆过去20年一直是世界工厂,虽然中美贸易战火未歇,但在可预见的未来几年,其重要性仍不会改变。尤其是工业4.0概念兴起後,一步到位的系统建置作法必然成为主流,在此态势下,中国大陆的市场短时间内不会缩小,此外东南亚近年来经济成长脚步已逐渐加快,中国大陆加上东南亚,将使得亚洲市场成为未来全球制造业的发展核心。


另一个潜力发展地区则是欧洲,德国推出的工业4.0,带动全球热潮,欧洲是现代工业的起源地,工业发展历史虽久,但一直未见停歇,在工业4.0趋势下,欧洲各工业大国已掀起智慧浪潮,包括人机介面在内的自动化设备,都会有换机潮。


针对快速进化的智慧化,人机介面厂商也纷纷重新定义产品、调整市场策略,就有业者指出,智慧化制造系统的核心是整合,未来制造业不管前後端,不但会彼此链接,单一平台也将成为制造系统的主流设计。


因应此一趋势,市场必须有可降低开发时间成本的跨平台整合方案,这类平台必须无缝整合了人机介面、控制器、驱动装置与数据通讯技术,协助各产业客户更快速而有效的建置自动化系统。



图2 : 在工业4.0趋势中,资料撷取会变得越来越重要,工业物联网无疑会变成未来制造系统的主架构。(source:Festo)
图2 : 在工业4.0趋势中,资料撷取会变得越来越重要,工业物联网无疑会变成未来制造系统的主架构。(source:Festo)

至於在人机介面自身的软硬体功能,则须以智慧制造概念为核心设计,硬体部份,为使设备在严苛环境中仍能稳定运作,宽温、防水、防尘势必要需求。另外更为特殊的应用场域如位於海边的风力发电或船舶,还须有防盐蚀设计。


至於操作软体,可依供应商类型分为两种,北尔、普罗菲司…等品牌人机介面业者大多为有自己的系统,这类型做作业软体的功能都已内建,使用者买来即可上线使用,工业电脑厂商所提供的人机介面则仅有硬体,由系统整合厂商视企业需求开发软体,缺点是需要一定的开发时间,好处则是所开发的功能可以贴合自身需求。


无论是品牌业者或系统整合厂商的作业软体,业者在选购或商谈需求时,都须考量到与工业物联网的介接问题,透过相关设计,到数据收集、弹性制程与降低成本等效益,让人机介面成为企业数位转型的助力,顺利推动工业4.0策略。


**刊头图(source:Poland Today)


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