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人機界面 (HMI) 軟件開發以及它如何使工業企業受益

2022-07-08

在工業領域工作是一個激動人心的時刻。第四次工業革命已經徹底改變了我們的生活和工作方式，而且才剛剛開始。

最有趣的發展之一是人機界面 (HMI) 軟件。HMI 軟件是一種尖端技術解決方案，旨在徹底改變工業流程和任務。Statistica 預測，到 2026 年，全球 HMI 軟件市場將以 10.3% 的復合年增長率增長，達到 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，以及它如何使企業受益應用工業過程。

什么是人機界面軟件？

人機界面 (HMI) 軟件是指提供圖形用戶界面 (GUI) 以幫助操作或監控工業自動化機器和設備的軟件和定制APP開發解決方案。

HMI 軟件通常具有由儀表板組成的 UI，用于控制機器、機器組或整個系統并與之通信。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時數據可視化。

簡單人機界面的一個簡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，例如開關燈、立體聲調音和音量、加熱器和空調等。駕駛員還可以接收數據反饋，例如如車速、油溫、發動機轉速等。

與工業 HMI 軟件的不同之處在于，所有控件和數據都在一個屏幕上可用，從而為操作員提供方便和高效。屏幕可以顯示在計算機顯示器、平板電腦、智能手機，甚至可穿戴設備上，例如頭戴式 AR（增強現實）智能眼鏡或護目鏡。

HMI 軟件如何工作？

大多數工業機械使用可編程邏輯控制器 (PLC) 系統來控制機器的工作方式并使某些功能自動化。HMI 解決方案與 PLC 系統集成，因此當 HMI 設備上的輸入發生更改時，它會在機器中創建輸出動作。

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程調整速度。PLC 系統還可以使用傳感器和攝像頭來幫助進行數據采集或捕獲圖像，并與 HMI 軟件進行通信，從而使操作員能夠更好地進行監督控制。

大多數現代人機界面和 PLC 系統通過云服務器和無線互聯網進行通信，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備上。

一般來說，有 3 種主要的 HMI 系統類型：

數據處理程序 - 數據處理程序選項最適合需要大量數據反饋和生產報告的任務或流程。用于數據處理程序的 HMI 軟件設置可能包括數據記錄、警報處理、顯示數據趨勢以及各種圖表和圖形等功能。
按鈕替換器 - 按鈕替換器選項非常適合替換物理按鈕，并且可以在一個位置控制所有機器操作，包括開/關開關。
監督者- 監督者 HMI 屏幕通常用于 Windows APP和移動設備。它提供了比其他類型更直觀的用戶界面，非常適合大型生產工廠的決策，例如 MES 或 SCADA 系統。

HMI 軟件用例

HMI 軟件可用于任何使用機械、工業設備、復雜流程或需要由人工操作員控制或監控的機器人硬件的工作場所。工業環境的示例可以是生產或制造設施、裝配線、工程工廠和煉油廠。

HMI 軟件還可用于自動化任務以及人與機器之間的交互，例如自動售貨機或家用電器。

為了說明 HMI 軟件如何在現實生活中應用，這里有一些 HMI 軟件的具體使用案例。

數控車床

計算機數控 (CNC) 車床是高速旋轉一塊材料并應用切削工具對其進行成型和精加工的機器。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置屏幕的大型控制臺。機器級 HMI 解決方案有助于使 CNC 車床更易于操作和監控。已實施 HMI 軟件來控制 CNC 車床的制造企業報告說，它還有助于減少錯誤、提高生產率并提高機器可靠性。

塑膠成型

由于使用有毒化學品和高溫，塑料模具的生產可能很危險。對于注塑、擠出或熱成型等工藝，HMI 軟件可以與 PLC 系統集成，以提供完整的運動和溫度控制和監控。

機械臂控制

如今，大多數中型到大型裝配線都使用機器人自動化。盡管許多任務是完全自動化的，不需要人工控制或監督，但一些操作仍然需要人工參與和機器監督。HMI 軟件可以與增強現實 (AR) 解決方案集成，使危險的裝配任務更加安全，因為工程師或操作員可以遠程執行任務。

應用定制 HMI 軟件有什么好處？

易于使用。如果您將運行 HMI 軟件儀表板的觸摸屏設備的簡單性與具有多個按鈕、控制桿、開關、刻度盤、計算機控制臺、LED 燈和儀表的傳統工業設備的復雜性進行比較，很快就會發現 HMI軟件更易于操作員學習和使用。
提高生產力和效率。HMI 軟件將機器（或機器組）的所有控制和監控功能集成到一個方便的儀表板或平臺中，這意味著操作員可以更有效地工作。傳統機械可能需要操作員從一個位置走到另一個位置以訪問各種控制面板，但 HMI 軟件無需這樣做，從而節省了時間。
提高了員工的安全性。HMI 軟件通過在機器操作員和機器本身之間創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器的按鈕和控件，而是通過無線手持設備提供遠程訪問。可以使用將圖像傳送到設備的攝像機對機器進行目視檢查，而不是讓操作員靠近機器并冒著受傷的風險。此外，對于涉及危險材料的工業過程，HMI 軟件減少了接觸它們的機會。
增加了可靠性。機器可靠性是任何工業設施的管理者或所有者最關心的問題之一。HMI 軟件還充當監控軟件，通過提供對位于機器內的傳感器和攝像頭捕獲的監控數據的實時訪問，幫助提高機器的可靠性。例如，對于汽車制造行業，物聯網傳感器可以部署為汽車軟件工程的一部分，以自動收集數據并將其傳輸到云端，然后顯示在 HMI 屏幕上。收集的數據可用作預測性維護計劃的一部分，旨在在問題導致機器故障之前解決問題。
更少的人為錯誤。操作員錯誤會導致健康和安全、維修成本和生產力損失方面的嚴重問題。HIM 軟件減少了操作員出錯的機會，因為它可以自動化一些控制系統或在出現錯誤時覆蓋某些過程。易用性還降低了首先發生錯誤的可能性，并且不太可能錯過警報。
降低成本。上面列出的大多數好處都有助于整體降低費用和成本。通過實施 HMI 軟件可以節省的主要成本是維護成本和員工培訓。由于機器可靠性的提高和預測性維護技術的應用能力，機器故障和維修停機時間將會減少。UI 的用戶友好性意味著操作人員可以比按鈕、開關和控制臺的復雜布置更快地接受培訓和再培訓。
高投資回報率（ROI）。HMI 軟件提供了良好的投資回報率。實施 HMI 軟件、進行 HMI 編程以及購買必要的移動設備作為 HMI 屏幕的相對較小的初始支出將很快被降低的成本和提高整體生產力所抵消。