人機(jī)界面 (HMI) 軟件開發(fā)以及它如何使工業(yè)企業(yè)受益

2022-07-08

在工業(yè)領(lǐng)域工作是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。第四次工業(yè)革命已經(jīng)徹底改變了我們的生活和工作方式，而且才剛剛開始。

最有趣的發(fā)展之一是人機(jī)界面 (HMI) 軟件。HMI 軟件是一種尖端技術(shù)解決方案，旨在徹底改變工業(yè)流程和任務(wù)。Statistica 預(yù)測(cè)，到 2026 年，全球 HMI 軟件市場(chǎng)將以 10.3% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，達(dá)到 72.4 億美元。在本文中，我們將確切了解 HMI 軟件是什么，它是如何工作的，以及它如何使企業(yè)受益應(yīng)用工業(yè)過程。

什么是人機(jī)界面軟件？

人機(jī)界面 (HMI) 軟件是指提供圖形用戶界面 (GUI) 以幫助操作或監(jiān)控工業(yè)自動(dòng)化機(jī)器和設(shè)備的軟件和定制APP開發(fā)解決方案。

HMI 軟件通常具有由儀表板組成的 UI，用于控制機(jī)器、機(jī)器組或整個(gè)系統(tǒng)并與之通信。儀表板通常具有輸入/輸出控制功能和顯示在圖形界面上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化。

簡(jiǎn)單人機(jī)界面的一個(gè)簡(jiǎn)單示例是汽車儀表板。駕駛員可以通過儀表板上的按鈕或控制桿（或觸摸屏功能）來控制汽車的許多操作，例如開關(guān)燈、立體聲調(diào)音和音量、加熱器和空調(diào)等。駕駛員還可以接收數(shù)據(jù)反饋，例如如車速、油溫、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。

與工業(yè) HMI 軟件的不同之處在于，所有控件和數(shù)據(jù)都在一個(gè)屏幕上可用，從而為操作員提供方便和高效。屏幕可以顯示在計(jì)算機(jī)顯示器、平板電腦、智能手機(jī)，甚至可穿戴設(shè)備上，例如頭戴式 AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）智能眼鏡或護(hù)目鏡。

HMI 軟件如何工作？

大多數(shù)工業(yè)機(jī)械使用可編程邏輯控制器 (PLC) 系統(tǒng)來控制機(jī)器的工作方式并使某些功能自動(dòng)化。HMI 解決方案與 PLC 系統(tǒng)集成，因此當(dāng) HMI 設(shè)備上的輸入發(fā)生更改時(shí)，它會(huì)在機(jī)器中創(chuàng)建輸出動(dòng)作。

例如，傳送帶可以使用 PLC 控制傳送帶的速度和方向，使用 HMI 軟件可以使操作員遠(yuǎn)程調(diào)整速度。PLC 系統(tǒng)還可以使用傳感器和攝像頭來幫助進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或捕獲圖像，并與 HMI 軟件進(jìn)行通信，從而使操作員能夠更好地進(jìn)行監(jiān)督控制。

大多數(shù)現(xiàn)代人機(jī)界面和 PLC 系統(tǒng)通過云服務(wù)器和無線互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，而不是直接的有線連接。HMI 軟件儀表板通常顯示在觸摸屏設(shè)備上。

一般來說，有 3 種主要的 HMI 系統(tǒng)類型：

數(shù)據(jù)處理程序 - 數(shù)據(jù)處理程序選項(xiàng)最適合需要大量數(shù)據(jù)反饋和生產(chǎn)報(bào)告的任務(wù)或流程。用于數(shù)據(jù)處理程序的 HMI 軟件設(shè)置可能包括數(shù)據(jù)記錄、警報(bào)處理、顯示數(shù)據(jù)趨勢(shì)以及各種圖表和圖形等功能。
按鈕替換器 - 按鈕替換器選項(xiàng)非常適合替換物理按鈕，并且可以在一個(gè)位置控制所有機(jī)器操作，包括開/關(guān)開關(guān)。
監(jiān)督者- 監(jiān)督者 HMI 屏幕通常用于 Windows APP和移動(dòng)設(shè)備。它提供了比其他類型更直觀的用戶界面，非常適合大型生產(chǎn)工廠的決策，例如 MES 或 SCADA 系統(tǒng)。

HMI 軟件用例

HMI 軟件可用于任何使用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、復(fù)雜流程或需要由人工操作員控制或監(jiān)控的機(jī)器人硬件的工作場(chǎng)所。工業(yè)環(huán)境的示例可以是生產(chǎn)或制造設(shè)施、裝配線、工程工廠和煉油廠。

HMI 軟件還可用于自動(dòng)化任務(wù)以及人與機(jī)器之間的交互，例如自動(dòng)售貨機(jī)或家用電器。

為了說明 HMI 軟件如何在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用，這里有一些 HMI 軟件的具體使用案例。

數(shù)控車床

計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC) 車床是高速旋轉(zhuǎn)一塊材料并應(yīng)用切削工具對(duì)其進(jìn)行成型和精加工的機(jī)器。直到最近，CNC 車床還使用帶有按鈕、LED 和固定電腦顯示器或內(nèi)置屏幕的大型控制臺(tái)。機(jī)器級(jí) HMI 解決方案有助于使 CNC 車床更易于操作和監(jiān)控。已實(shí)施 HMI 軟件來控制 CNC 車床的制造企業(yè)報(bào)告說，它還有助于減少錯(cuò)誤、提高生產(chǎn)率并提高機(jī)器可靠性。

塑膠成型

由于使用有毒化學(xué)品和高溫，塑料模具的生產(chǎn)可能很危險(xiǎn)。對(duì)于注塑、擠出或熱成型等工藝，HMI 軟件可以與 PLC 系統(tǒng)集成，以提供完整的運(yùn)動(dòng)和溫度控制和監(jiān)控。

機(jī)械臂控制

如今，大多數(shù)中型到大型裝配線都使用機(jī)器人自動(dòng)化。盡管許多任務(wù)是完全自動(dòng)化的，不需要人工控制或監(jiān)督，但一些操作仍然需要人工參與和機(jī)器監(jiān)督。HMI 軟件可以與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 解決方案集成，使危險(xiǎn)的裝配任務(wù)更加安全，因?yàn)楣こ處熁虿僮鲉T可以遠(yuǎn)程執(zhí)行任務(wù)。

應(yīng)用定制 HMI 軟件有什么好處？

易于使用。如果您將運(yùn)行 HMI 軟件儀表板的觸摸屏設(shè)備的簡(jiǎn)單性與具有多個(gè)按鈕、控制桿、開關(guān)、刻度盤、計(jì)算機(jī)控制臺(tái)、LED 燈和儀表的傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備的復(fù)雜性進(jìn)行比較，很快就會(huì)發(fā)現(xiàn) HMI軟件更易于操作員學(xué)習(xí)和使用。
提高生產(chǎn)力和效率。HMI 軟件將機(jī)器（或機(jī)器組）的所有控制和監(jiān)控功能集成到一個(gè)方便的儀表板或平臺(tái)中，這意味著操作員可以更有效地工作。傳統(tǒng)機(jī)械可能需要操作員從一個(gè)位置走到另一個(gè)位置以訪問各種控制面板，但 HMI 軟件無需這樣做，從而節(jié)省了時(shí)間。
提高了員工的安全性。HMI 軟件通過在機(jī)器操作員和機(jī)器本身之間創(chuàng)造更多距離來提高安全性。HMI 軟件不使用連接或有線連接到機(jī)器的按鈕和控件，而是通過無線手持設(shè)備提供遠(yuǎn)程訪問?？梢允褂脤D像傳送到設(shè)備的攝像機(jī)對(duì)機(jī)器進(jìn)行目視檢查，而不是讓操作員靠近機(jī)器并冒著受傷的風(fēng)險(xiǎn)。此外，對(duì)于涉及危險(xiǎn)材料的工業(yè)過程，HMI 軟件減少了接觸它們的機(jī)會(huì)。
增加了可靠性。機(jī)器可靠性是任何工業(yè)設(shè)施的管理者或所有者最關(guān)心的問題之一。HMI 軟件還充當(dāng)監(jiān)控軟件，通過提供對(duì)位于機(jī)器內(nèi)的傳感器和攝像頭捕獲的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問，幫助提高機(jī)器的可靠性。例如，對(duì)于汽車制造行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)傳感器可以部署為汽車軟件工程的一部分，以自動(dòng)收集數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)皆贫?，然后顯示在 HMI 屏幕上。收集的數(shù)據(jù)可用作預(yù)測(cè)性維護(hù)計(jì)劃的一部分，旨在在問題導(dǎo)致機(jī)器故障之前解決問題。
更少的人為錯(cuò)誤。操作員錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致健康和安全、維修成本和生產(chǎn)力損失方面的嚴(yán)重問題。HIM 軟件減少了操作員出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，因?yàn)樗梢宰詣?dòng)化一些控制系統(tǒng)或在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)覆蓋某些過程。易用性還降低了首先發(fā)生錯(cuò)誤的可能性，并且不太可能錯(cuò)過警報(bào)。
降低成本。上面列出的大多數(shù)好處都有助于整體降低費(fèi)用和成本。通過實(shí)施 HMI 軟件可以節(jié)省的主要成本是維護(hù)成本和員工培訓(xùn)。由于機(jī)器可靠性的提高和預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)的應(yīng)用能力，機(jī)器故障和維修停機(jī)時(shí)間將會(huì)減少。UI 的用戶友好性意味著操作人員可以比按鈕、開關(guān)和控制臺(tái)的復(fù)雜布置更快地接受培訓(xùn)和再培訓(xùn)。
高投資回報(bào)率（ROI）。HMI 軟件提供了良好的投資回報(bào)率。實(shí)施 HMI 軟件、進(jìn)行 HMI 編程以及購(gòu)買必要的移動(dòng)設(shè)備作為 HMI 屏幕的相對(duì)較小的初始支出將很快被降低的成本和提高整體生產(chǎn)力所抵消。

概括

人機(jī)界面 (HMI) 軟件開發(fā)是工業(yè)過程和機(jī)械監(jiān)控的下一件大事。近年來，我們看到革命性技術(shù)出現(xiàn)在前沿，特別是在制造業(yè)，如機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化、云系統(tǒng)等。

機(jī)器級(jí) HMI 軟件代表了從傳統(tǒng)手動(dòng)操作控制到現(xiàn)代數(shù)字、基于云的控制系統(tǒng)的自然演變，這些控制系統(tǒng)使用觸摸屏設(shè)備來管理機(jī)器操作和維護(hù)的大部分方面。好處顯而易見 - 提高生產(chǎn)力和效率、降低成本、提高可靠性和更安全的工作環(huán)境。