HMI在自動化製造系統中，是唯一的圖形化人機介面，過去HMI主要是連接PLC、變頻器、直流調速器、儀錶等工業控制設備，利用顯示螢幕顯示，透過觸控式螢幕、鍵盤等輸入設備，輸入工作參數或操作命令，讓人與機器的資訊得以交流。不過，在智慧製造趨勢下，HMI的角色將會開始改變。

就市場發展態勢來看，雲端與可視化將會是下一世代製造系統的既定趨勢，透過工業物聯網架構，讓底層機台具備訊號擷取能力，並將所取得的資訊往上傳送，讓雲端平台儲存、分析相關資訊，從而制定出最佳化生產策略。而此一系統運作過程，設備的資訊不但必須快速流動，而且不同階層的管理者都可透過經授權過的設備，在任何時間、地點查看到相關數據，透過可視化願景的落實，提升製造系統效益。在雲端與可視化趨勢中，HMI的角色與功能也會同步進化。

HMI新角色–邊緣運算

台達電子機電事業群運動控制事業部總經理蔡清雄博士就指出，從HMI的Human Machine Interface可以看出，最早之前的設備定義是人與機器的互通介面，不過在工業4.0架構中，製造系統之間需要互通資訊的，已不只是人與機器，機器與機器(Machine to Machine Interface；MMI)、機器與雲端(Cloud to Machine Interface；CMI)也會是系統運作時相當頻繁的工作，而在此定義的改變下，HMI的功能也會隨之改變，過去僅做為控制設備數據顯示的功能將會進一步延伸，強化其運算處理能力，扮演工業物聯網架構中，邊緣運算(Edge Computing)與閘道器(Gateway)的角色。

除了台達，北爾電子市場開發經理何輔仁也認為，邊緣運算將會是HMI未來的重要功能之一，他進一步指出，導入的製造業者必須釐清，HMI與後端系統的運算資料歸屬，也就是那些資料要上雲？那些資料留在終端即可，當然HMI與後端系統連接已成趨勢，不過雙方的傳輸並不一定要時時同步。對此蔡清雄表示，製造現場的設備運作快速，對即時性的需求相當高，不可能由後台的雲端系統負責控制，雲端平台的資訊分析，主要是透過產能的數據，分析制定出整體製程的改善方向，當下的即時指令，必須由位於現場、可精準掌握產線狀況的HMI負責，方能讓決策品質最佳化。

不過蔡清雄認為，製造業對雲端HMI的需求目前仍未浮現，主要原因在於使用者對雲端系統帶來的價值，仍抱持觀望態度，雲端系統必須建構整體系統，而非只需添購一部HMI，但架構整體系統不但成本高昂，系統上線之後像是通訊、維修等費用也會開始產生，另一方面則是系統廠商宣稱的服務內容，各製造業者都已有自己的一套運作模式，或許效能不如新系統高，不過一來運作時間久，熟悉度已高，二不必像新系統建置，必須在初期就投入大量成本，因此製造業者都仍抱持「能用就用」的心態，而這些實際面的考量，都是雲端系統發展速度較慢的原因。

整合IT系統 落實可視化願景

至於可視化部分，何輔仁指出HMI未來扮演的閘道器角色，將彙整上傳底層設備擷取的資料至資料中心(Database)，供後端IT系統查看、分析，因此HMI必須與資料中心緊密連結，目前北爾就與第3方資料中心業者合作，提供相關服務，另外北爾的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，載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庫。

除了後端IT系統的可視化外，現場的可視化則是與MES的鏈結，透過這兩者的結合，讓自動化系統產生了更多附加功能，包括生產追蹤管理、品質管理、零配件管理、機台預修保養、物料管理、報表入口網頁、載具管理等，以下就這些工廠可視化的管理功能進行分析。

圖1 : 台達電子機電事業群運動控制事業部總經理蔡清雄指出，HMI的功能將會進一步延伸，強化其運算處理能力，扮演工業物聯網架構中，邊緣運算與閘道器的角色。(照片提供／台達電子)

生產追蹤管理是工廠可視化的核心，利用建置在產線上的讀取器讀取每個產品批號，紀錄每批產品的進出產線時間，目前的產品批號以條碼為主，作業人員持掃描器讀取資料，未來若RFID成為供應鏈主流技術，則貨品讀取會更快，多家HMI廠商也將RFID列為未來重點發展規格。生產追蹤管理讀取產品訊息後，利用網路將訊息即時送往後端系統，廠管人員可即刻在HMI上追蹤工單(Work order)進度，另外也可利用此系統進行生產順序排程，掌握出貨順序，生產追蹤管理是工廠可視化的核心功能，其他功能都是圍繞此模組建置出來。

品質管理是SCADA所延伸出來的功能之一，在生產過程中蒐集資料，並運用統計的分析方式，即時發現異常的現象加以處理，以降低生產損失，品質管理系統可區分為幾個部分，包括資料蒐集、統計檢驗、呈現、處置等，資料蒐集由生產追蹤管理負責，統計檢驗則代表質管理系統所能提供的檢驗規則，當系統檢驗出不良品趨勢增高後，便顯示在HMI上，通知生產工程師進行處理。

零配件管理主要負責工廠中所有機台與零配件的管理，並建立與生產過程之間的互動關係，因此關於生產中的零配件及零配件庫存管理都是相關的項目，零配件的系統規劃目標應該包括機台基本資料維護、生產追蹤管理模組整合、零配件進出與庫存管理，在後端電腦上，也將所有機台進行顏色管理，利用不同顏色標示機台狀況，讓管理者不在現場也能即時監控生產狀況。

機台預修保養系統是保養工序中最重要的軟體工具，將機台與零配備的設定、型態、群組等資料建入系統後，系統會依設定的時間如日、週、季、年等時間自動通知保養人員，例如以電子郵件的發送，提醒保養人，除了主機台外，重要零配件也可列入系統一併保養，此外每次保養的歷史紀錄也會存檔，供企業存查，以往這些功能都僅建置在後端系統介面，不過在HMI規格被強化後，也可兼具此功能，事先輸入自動化系統的零配件維修週期，時間一到即提醒現場人員進行維修。

在軟硬體架構方面，蔡清雄認為，近年來AI技術已然成熟，未來將會應用在製造業中，擁有AI運算能力的HMI，可透過深度學習，讓工業物聯網系統中的設備，具有自我診斷能力，他也指出，現在HMI的運算核心，已足以負荷工業物聯網的資料量，不過隨著整體系統的演進，未來HMI也會開始走向多核心，至於通訊埠的應用，由於必須與後端IT系統鏈接，何輔仁指出乙太網路埠仍是必備，其他的序列式通訊標準像是RS232、RS485等仍是必備，至於現場總線介面，就視各家設備應用選擇，整體來說，HMI的通訊變化並不大。

市場持續展開 HMI穩定成長

面對工業4.0趨勢，台達的工控產品近年來也加快智慧化腳步。在HMI部分，蔡清雄表示未來將會擴大整合面，賦予HMI更多功能。他進一步表示，未來的HMI會像現在的智慧手機，雖然仍具有通話功能，不過在有各種App程式後，智慧手機已不斷延伸出拍照、上網、收發電子信件…等功能，HMI也會是如此，除了現有的設備控制外，在智慧製造系統下，強化過後的HMI將會被附加更多功能，例如內建條碼讀寫器、相機。台達的HMI目前也往這個方向走，近期將會推出相關機種。

圖2 : 北爾電子市場開發經理何輔仁表示，HMI必須與資料中心緊密連結，讓後端IT系統可查看、分析資訊。(攝影／王明德)

整體來看，與IT系統的鏈接，讓現場設備的訊息可視化，將會是HMI在智慧製造變革中的第一個轉變，不過要達到此一功能，前提是所有設備的數據都可被擷取。而這正是目前智慧製造系統建構時最困難的一步，由於多數老舊機台並沒有感測器，要外加相關的功能模組也不容易。不過現在各界都正努力克服此一問題，例如經濟部智慧機械辦公室，就在今年起展開5年計畫，預計推動9,000台以上機器安裝Smart Machine Box(SMB)，加裝SMB後，業者的設備可立即實現聯網功能，以進行機器連線及收集生產資料，讓生產管理變成可視化、生產排程優化，至於雲端部分，目前製造商雖多處於觀望態度，不過從長期來看，這仍然是明確趨勢，只是製造業者的做法不同於一般消費性產品，會在短時間集體汰換舊設備，不是逐步替換，就是在新產線或新廠房建置時，再一併規劃，因此雲端在製造系統的成長不會是一夕爆發，而是緩步成長，未來的發展仍然樂觀。