作為製造系統中唯一的人機溝通橋梁，HMI的角色與功能都相當明確，不過在邁入工業4.0時代後，製造系統的概念開始轉換，智慧連結成為必要設計，在此態勢下，HMI的軟硬體架構都必須面臨改變，並開始轉型。

硬體部分HMI包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊介面、資料儲存單元等，其中處理器的性能決定了HMI產品的性能高低，是HMI的核心單元，根據HMI的產品等級不同，處理器可分別選用從單核到多核的處理器，使用者則依系統複雜程度來選購，一般來說，像晶圓廠或大型重工業者，選用多核心HMI的需求較高。

除了處理器外，HMI導入IT的最主要技術在輸出入裝置，首先是觸控螢幕，觸控螢幕取代了大部分的按鍵、滑鼠、鍵盤等工作，觸控螢幕的優點是直覺式操作，學習曲線極短，不過，複雜性不如鍵盤與滑鼠、強固性不如按鍵，因此目前這三種輸入技術仍並存混合使用，輸出技術則包括USB與乙太網路埠，透過這些輸出技術，HMI得以與系統進行無縫鏈結。

強化軟體 提高附加價值

軟體方面也分為兩部分，即運行於HMI硬體中的系統軟體和運行於PC設備Windows作業系統下的畫面組態軟體，使用者都必須先使用HMI的畫面組態軟體製作工程檔再透過PC設備和HMI產品的串列通訊埠，把編製好的工程檔載到HMI的處理器中運行。

圖1 : 邁入工業4.0時代後，製造系統的概念開始轉換， HMI的軟硬體架構都必須面臨改變。(Source:皮托科技)

現在Windows作業軟體是HMI的主流系統，透過Windows軟體與乙太網路，HMI的軟體例如SCADA可與上層的MES、ERP等連結，真正做到資訊互流，提升工廠可視化，就目前趨勢來看，未來的HMI產品在功能上的高、中、低劃分將越來越模糊，功能則會越來越豐富，5.7吋以上的HMI產品將全部是彩色LCD，由於電腦硬體成本的降低，HMI產品將以平板PC電腦為HMI硬體的高階產品為主，因為這種高階的產品在處理器速度、儲存容量、通訊介面種類和數量、連網能力、軟體資源分享上都有較大的優勢，是未來HMI產品的發展方向。

至於未來走向，進入智慧製造世代後，系統行銷會以整體解決方案與應用服務為導向，在此狀況下，附加價值將成最大重點，因此工業控制平台重心，將會從硬體轉變為軟體，在此一前提下，HMI也必須與時俱進，不再是強調硬體規格，而應具備高度客製化彈性。

HMI過去只做為製造現場內各區域的溫度、濕度，乃至於各項機器設備的狀態，透過主控系統監視並記錄這些參數，以便即時處理異常事故，而以Open HMI、Softlogic等型式存在的HMI，將可為開放式語言量身訂做，而不斷被重複使用，只要稍作調整，隨時都可扮演不同的專家系統角色；更重要的，HMI也不再只能透過黑白文字顯示，從上而下通通走圖像顯示，不僅易於被使用操作，而且可以藉由與關聯式資料庫的串聯，從而因應供應鏈、工廠及企業的需求變化，而即時呈現不同資訊。

距離越來越近的HMI與PLC

因此過去在製造系統中功能簡單的HMI，未來在工業4.0架構，將擁有不可輕忽的延伸優勢，為整體工廠及產品生命週期創造可觀價值，因此有意轉型至智慧製造的企業，可嘗試朝軟硬體並重的開發模型思考，讓HMI一方面可以借助網頁伺服器、FTP伺服器、OPC UA通訊、資料庫的連結與檢視，確保各式資訊能夠被即時串流分享，另一方面可以透過警報檢視器及發布系統，即時擷取底層設備、感測器所反應出來的問題，接著經由物聯網、雲端運算、行動裝置等技術，以最快速度傳遞予管理者，利於管理者儘快修復所有來自於產線的疑難雜症。

圖2 : 觸控螢幕的優點是直覺式操作，學習曲線極短，目前已成為HMI的主輸入技術。(Source:DirectIndustry)

HMI的另一個趨勢是與PLC的整合將越來越深，PLC技術近年來朝開放式控制系統方向轉移，尤其是在工業電腦的PAC刺激下，其腳步開始加速，PAC除了在靈活性方面比傳統PLC具有截然不同的優勢外，還具有其他優點，如能夠縮短產品上市時間，降低系統投資成本，提升企業資訊流速度等。

目前許多PLC系統已經將操作人員面板和其他HMI系統一起使用，甚至在部分領域，PLC的邏輯處理功能已經被直接整合到HMI軟體中，例如歐洲的B&R工業自動化，就將其操作面板進一步結合Compact PLC和HMI面板系統，並整合低價格機械控制和操作介面，該產品具備700kb的SRAM和1.2MB的FlashPROM記憶體，採用了IEC 61131-3標準的程式設計語言、ANSI C和B&R自動化Basic語言進行程式設計設計工作，其元件包括16通道I/O，所具備的6個可利用擴展插槽用於附加的數位量、類比量通道擴展以及通訊I/O模組。串列和CANbus介面也同樣被包含在其中。

另外，義大利公司EXOR也將PLC和I/O模組嵌入到名為HMIcontrol整合系統，以此擴展其UniOP系列HMI操作面板，PLC完全與其所有UniOP產品相容，並使用了相同的、基於Windows平台、用於UniOP操作面板的組態軟體包，由此來看，雖然PLC與HMI各有其獨立功能，不可能將之整合成單一架構，不過在IT技術介入越來越深後，其部分技術與模組將可共用，而未來自動化系統的整合將會更加緊密，大幅提升其附加價值。

台灣方面，永宏電機旗下的P5系列HMI也可和自家PLC結合，在硬體上，P5和B1型態的PLC可背對背結合，如此可節省許多線材及空間，而軟體上的結合，除了比起他牌人機和永宏PLC的組合，在通訊上有更高效能的表現外，有更多強大實用的功能，譬如P5是市售唯一可直接在人機畫面讀取永宏PLC階梯程式的HMI，為客戶在現場除錯時，帶來許多方便。

兩種架構 各有優劣

在市場競爭方面，現在HMI市場主要分為兩大區塊，一是提供專業HMI產品，包括各大自動化廠商如西門子、施耐德、台達、北爾電子…等，另一類是工業電腦廠商像是研華、研揚…等，這兩類的產品主要差異在於作業軟體，專業HMI產品都以內建自家設計的作業軟體，一上線就可用，工業電腦廠商的HMI，則只提供硬體，作業軟體由系統整合業者自行設計。

圖3 : HMI的軟體可與上層系統等連結，真正做到資訊互流，提升工廠可視化。(Source: Siemens)

這兩種做法各有優劣，專業型HMI由於內建作業軟體，系統整合商不必重新編寫程式，因此導入的速度快，若需其他功能，HMI廠商也都有提供多樣化功能模組，近年來智慧化概念當道，HMI廠商更設計出多種雲端、可視化功能模組，讓使用者可自行選擇，不過優點的反面也是缺點，硬體綁軟體的壞處就是開放性不足，使用者或多或少都必須犧牲本身系統的彈性，來配合HMI。

工業電腦的HMI做法則完全與之相反，工業電腦廠商的HMI並不配備作業軟體，使用者可完全貼合自己的需求設計軟體，不過既然要設計，當然就會需要程式撰寫與上線後的一再調整試機時間，另外這種模式也會考驗系統整合商的軟體設計與日後維修能力，尤其是維修部分，若開發工程師未完整交接，就算仍擁有程式的原始碼，日後要進行大幅度的軟體維修，也會困難重重。

無論是專業式或工業電腦的HMI，未來都將走向智慧化，HMI將不再只是HMI，而會蘊含更多附加價值；製造商僅需借助容許高度客製化的HMI/SCADA，再搭配網路、感測器，讓每一環節都能彼此共享相同的軟體架構，再以彈性靈活的應用開發環境作為後盾，對工業4.0的轉型，將可獲得有效助力。

**刊頭圖片(Source: Automation World)