跨越數(shù)字鴻溝：HMI技術(shù)與市場全景觀察

導 讀 

圖 1  典型的HMI外觀圖

• 交互性。HMI支持多種交互方式，如語音、手勢、觸摸屏、物理按鈕、鍵盤等，用戶可以方便地輸入指令、調(diào)整參數(shù)，并與設(shè)備進行實時交互。同時，HMI憑借良好的響應(yīng)性能，快速響應(yīng)用戶的操作，實時顯示設(shè)備的運行狀態(tài)和工藝參數(shù)，為用戶提供及時的信息反饋，保障交互的流暢性和實時性。
• 易用性。HMI具有直觀的操作界面和形象的圖形顯示功能。在操作界面上，HMI更加直觀友好，更貼合工業(yè)操作人員的日常習慣和實際需求。操作人員可以根據(jù)自己的工作流程和偏好，靈活的進行界面?zhèn)€性化設(shè)置，提高操作效率和使用舒適度。在數(shù)據(jù)可視化方面，HMI可以將復雜的數(shù)據(jù)和信息以圖形化的方式展示，提供形象的數(shù)據(jù)可視化效果，使得操作人員能夠更直觀地了解設(shè)備狀態(tài)，并迅速做出判斷和決策。
• 可靠性。在工業(yè)生產(chǎn)中，HMI的工作環(huán)境往往比較嚴苛且具挑戰(zhàn)性，要求其必須具備堅固耐用的特性，能夠在高溫、低溫、高濕、高壓、振動、鹽霧、粉塵等各種惡劣的工作環(huán)境中連續(xù)穩(wěn)定運行。此外，HMI軟件更加專注于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的功能實現(xiàn)，且經(jīng)過專業(yè)的優(yōu)化和調(diào)試，能夠在長時間連續(xù)運行的情況下保持穩(wěn)定。
• 兼容性。HMI具備廣泛的通信協(xié)議支持能力，涵蓋Modbus、TCP/IP等多種協(xié)議，這種多樣化通信協(xié)議的兼容性，使得HMI能夠與不同層級和不同類型的工業(yè)設(shè)備進行通信，實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)實時共享和遠程監(jiān)控。同時，HMI具備靈活的數(shù)據(jù)格式適配、與其他系統(tǒng)的無縫集成以及良好的電磁兼容性，使得其能夠在復雜的工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)高效、可靠的人機交互，提高生產(chǎn)效率。

• 產(chǎn)品與軟硬件的兼容性。企業(yè)首先需要了解HMI的通信接口參數(shù)，例如是否有對應(yīng)的物理接口，是否支持以太網(wǎng)通信，是否支持擴展，支持外設(shè)數(shù)量和類型等?？紤]HMI與將要連接的設(shè)備和系統(tǒng)的兼容性，包括控制系統(tǒng)、通信協(xié)議和設(shè)備使用的數(shù)據(jù)格式等，是否能與之通信和協(xié)同工作。
• 性能與任務(wù)要求的一致性。HMI性能參數(shù)涵蓋了中央處理器性能、存儲容量、顯示尺寸、分辨率、顯示亮度、色彩等多個方面，其中中央處理器主頻和核心數(shù)、內(nèi)存是衡量HMI性能的關(guān)鍵指標。中央處理器主頻越高，核心數(shù)越多，其處理速度越快。內(nèi)存越大，HMI運行越流暢。企業(yè)需依據(jù)HMI即將承擔的任務(wù)，來評估所需的處理速度、計算能力和存儲容量。例如，對于涉及大量數(shù)據(jù)處理和復雜圖像呈現(xiàn)的應(yīng)用，應(yīng)選擇主頻高和內(nèi)存大的HMI。
• 功能與企業(yè)需求的匹配度。企業(yè)應(yīng)明確通過HMI需要實現(xiàn)哪些功能，如數(shù)據(jù)顯示、圖表生成、報警提示、遠程監(jiān)控等。例如，當企業(yè)頻繁根據(jù)新需求對分析報表進行優(yōu)化調(diào)整時，選擇一款具備強大數(shù)據(jù)可視化功能且界面可靈活定制的HMI至關(guān)重要。同時，界面是否直觀易用、圖標和按鈕是否清晰易懂也值得企業(yè)重點關(guān)注。
• 產(chǎn)品成熟度與可靠性。在HMI選型時，企業(yè)需要關(guān)注產(chǎn)品是否有同行業(yè)的成功實施案例，了解其在同行業(yè)或相近行業(yè)的表現(xiàn)，進而判斷該產(chǎn)品是否合適。此外，由于各行業(yè)對HMI工作環(huán)境的要求各異，企業(yè)需要根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境的具體要求，選擇具有相應(yīng)防護等級和耐用度的產(chǎn)品。例如，在食品行業(yè)，需要選擇具備耐低溫、防水等特性的產(chǎn)品；在化工行業(yè)，需要選擇具備高精度、耐腐蝕、防塵等特性的產(chǎn)品；而在冶金行業(yè)，則應(yīng)選擇能夠承受高溫和振動等惡劣環(huán)境的產(chǎn)品。
• 總體成本。在進行HMI選型時，不宜盲目追求技術(shù)先進性和產(chǎn)品高性能，而應(yīng)注重合理控制成本。企業(yè)在考慮產(chǎn)品一次性購買成本的同時，還需全面權(quán)衡實施、維護、升級改造等總體成本。目前部分廠商針對自身的產(chǎn)品提供了配套的服務(wù)，企業(yè)應(yīng)依據(jù)自身實際的應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)需求，來選擇一款既能滿足生產(chǎn)需求，又具備合理成本的產(chǎn)品。

1. 多模態(tài)交互融合。在交互方式上，HMI不再局限于單一的交互方式，而是將觸控、語音、手勢、生物識別等多種模態(tài)進行融合。用戶通過語音指令控制設(shè)備的同時，結(jié)合手勢操作能夠進行功能切換或參數(shù)調(diào)整，提高交互的效率和便捷性。此外，利用眼動追蹤技術(shù)，HMI可以實時監(jiān)測用戶的視線焦點，根據(jù)用戶的目光停留位置和時間，自動判斷用戶的需求并進行相應(yīng)的操作。
2. 人工智能技術(shù)應(yīng)用。人工智能技術(shù)賦予HMI智能助手的功能，使其不僅能依據(jù)實時設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)深入分析，挖掘潛在故障模式，進行設(shè)備故障提前預(yù)警；還能夠理解用戶的自然語言指令，并根據(jù)用戶的需求提供建議，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制和優(yōu)化。此外，虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)與HMI深度融合，使得操作人員能夠直觀獲取設(shè)備運作狀態(tài)、維修指導等信息，極大提升操作的便捷性和效率。
3. 數(shù)據(jù)可視化升級。未來HMI不僅限于簡單地展示數(shù)值和靜態(tài)圖形報告，而是以更加吸引人的形式展現(xiàn)信息背后的故事，例如更逼真和絲滑的動畫。通過將數(shù)據(jù)以情境化方式進行表達，確保信息的準確傳達并提升用戶的理解程度。
4. 高度可定制化。隨著市場競爭的加劇和用戶需求的多樣化，高度可定制的HMI解決方案成為大勢所趨。在界面定制方面，用戶可以根據(jù)自己的喜好和需求，自定義更專業(yè)和符合習慣的用戶界面，包括主題風格、圖標、布局等。在功能定制方面，用戶可以根據(jù)行業(yè)特性和使用需求，對啟動、停止、參數(shù)調(diào)整等功能進行個性化定制，以滿足不同行業(yè)和應(yīng)用場景的需求。HMI也可以根據(jù)用戶的使用習慣和場景自動調(diào)整界面布局和功能顯示，提供更為個性化的交互體驗。
5. 統(tǒng)一開放平臺化。HMI正逐步從單一的控制面板發(fā)展成為統(tǒng)一、開放、可擴展的HMI平臺。HMI平臺采用多協(xié)議識別、內(nèi)部數(shù)據(jù)分析過濾技術(shù)，通過統(tǒng)一的通信接口，實現(xiàn)多臺設(shè)備互聯(lián)。HMI平臺能夠兼容不同的操作系統(tǒng)、不同的通信協(xié)議以及不同的顯示設(shè)備，通過云連接，操作人員在WEB客戶端或移動設(shè)備APP即可遠程查看現(xiàn)場各設(shè)備的實時運行狀況，并控制設(shè)備的啟停等。此外，HMI平臺還支持設(shè)備的遠程升級和維護，有效提升設(shè)備的管理效率和便捷性，降低設(shè)備維護成本。