HMI（人機介面）是製造現場中人與機台的主要溝通介面。最早的HMI是簡單的按鍵，簡單控制設備的啟動與停止，隨著機台功能漸趨複雜，觸控式的HMI逐漸出現在產線中，時至今日，各類精密機台上的HMI已是按鍵、鍵盤、觸控面板共存。

這幾年工業4.0帶動製造業走向智慧化，與既有的機台相較，新世代製造系統加入了更多的可視化、異系統整合等全新設計概念，在此概念中，HMI在產線系統的定位與過去截然不同，為了因應此一改變，HMI的軟硬體規格也必須同時進化。

內外因素刺激 智慧製造趨勢已成

觀察整體市場趨勢，受到內外兩端的影響，製造業走向智慧化已是大勢所趨。內部因素來自節節攀升的勞力成本，台灣傳統製造業向來倚靠大量的人力，因此，降低人力成本就成為企業重要的營運策略之一。

過去30年，台灣靠著大陸經濟剛起步時所提供的大量且低價人力維持競爭力；這幾年大陸勞工成本逐漸升高，且全球勞工意識抬頭、各國開始強化勞工權益，即便台商將製造基地轉移到東南亞或其他開發中國家，也無法降低人力成本。北爾電子產品管理與支援部協理李立偉就指出，勞工成本再降低的空間已經有限，因此現在製造業要維持以往的獲利水準，只能從管理財著手，而賺管理財的前提就是智慧製造。

圖1 : 北爾電子產品管理與支援部協理李立偉指出，現在製造業要維持以往的獲利水準，只能從管理財著手，而賺管理財的前提就是智慧製造。（攝影／王明德）

外部因素則來自是貿易戰與客戶需求。這兩年中美貿易戰開打，美國政府限令中國製造的產品不得入境，台商紛紛將製造基地移往他國，這一波新廠的建置時期，與近年來興起的智慧製造浪潮重疊，因此部分製造業者順勢轉型，透過數位系統強化管理效益。

至於客戶端需求，也來自全球智慧製造趨勢，尤其歐美國家的發展速度又高於其他地區，加上歐美市場等先進國家是台灣製造業的重要訂單來源，為了取得業績，台商除了配合歐美客戶需求，必須在產品中加入訂單中指定的智慧化設計之外，部分智慧化較完整的客戶還會要求供應鏈中的配合廠商，必須有相應的智慧化營運機制，讓自己能隨時掌握貨源的品質與狀態，並且在必要時回溯追蹤，找出產品的問題所在。

因應這股智慧製造潮流，HMI在產線中所扮演的角色，也從過去僅作為機台操控與狀態監控再次進化。就如李立偉所言，現在製造業賺的是管理財，而管理財的前提是讓資訊透明化，透過通透且完整的資訊，讓管理者掌握工廠中產線、倉儲物流，甚至是廠房內的水電能源等廠務資訊，從而因應不同的狀況，制定出最佳化策略，也因此可視化成為HMI在智慧製造世代中的新角色。

角色重新定位 HMI擔起可視化重責

可視化的意義有兩種，包括數據的圖像化與流動化。人類對圖像的接受度遠高於文字，李立偉以智慧手機為例指出，手機過去是文字呈現，後來3G、4G啟動後，智慧手機呈現爆炸性成長，後來更進一步刺激、發展出各種新功能，在未來的物聯網世界中，手機已經是不可或缺的要角。他認為HMI的發展也會循同一軌跡。

新世代的HMI透過設計，將工廠中各種文字、符號化繁為簡，以圖像呈現在使用者眼前，讓管理者可以在第一時間就直覺了解數據背後所代表的意義，達到可視化願景。

可視化的另一個意義是數據的流動化。在製造業中，過去IT與OT兩大系統是分開運作，IT領域中的MES、ERP系統負責處理各種企業管理面的資訊，OT領域的各類型機台，則專注於產品的製造，不過工業4.0的出現打破了此一藩籬。

工業4.0核心概念是透過IT與OT兩大系統的整合，讓製造業中的各項資訊可以互為所用，進而達到彈性化生產，並讓管理者藉此擬定出最佳化生產策略。而在此一概念中，台達HMI產品副理劉家宏認為，HMI的定位會從機台的監控，放大為整體系統中，承上啟下的數據處理與傳遞角色。

圖2 : 台達HMI產品副理劉家宏認為，HMI的定位會從機台的監控，放大為整體系統中，承上啟下的數據處理與傳遞角色。（照片提供／台達電子）

劉家宏進一步表示，工業物聯網是智慧製造的骨幹網路，此一網路剛問世時是集中式運算架構，將現場端的所有設備數據傳送到上層雲端平台統一運算處理。不過，當終端設備數量過多時，集中式運算會造成頻寬與雲端運算單元的沉重負荷，因此後來發展出邊緣運算。

邊緣運算是讓終端設備在前端先做篩選、分流與簡單的運算，將數據化為已處理過的資訊後，再傳送到雲端平台，藉此降低網路頻寬與後端處理器的負載。

在IT領域中，是由「路由器（Router）」負責邊緣運算中的分流工作，至於智慧製造中，劉家宏認為，未來將會由HMI擔起此一重責。劉家宏指出，HMI發展已久，早已具備製造系統所需的穩定度，再加上HMI軟硬體架構同時橫跨IT與OT，要透過IT新技術強化設備效能，使之可因應邊緣運算需求相對容易。

因應智慧需求 硬體再次升級

為了滿足邊緣運算的需求，新世代的HMI在硬體層面必須再次升級，過去HMI只需與現場端的機台連結，因此通訊介面埠多僅有Modbus、RS-422、RS-485等工業通訊標準，不過在智慧製造的路由器角色中，HMI還要負責機聯網（M2M）、機聯雲（M2C）的工作，因此MQTT、OPC UA、HTTPS就成為必須。

劉家宏表示，台達HMI的最大優勢，就在於涵蓋了市場上各種主流的豐富通訊協議，大幅提升與OT、IT兩端的相容性。除了通訊之外，在邊緣運算要求下，運算效能也須要進一步強化，現在市場上已有配備雙核、四核等處理器的高階HMI機種，可滿足目前工業物聯網的邊緣運算需求。

至於螢幕方面，觸控面板已經成為現場機台的基礎配備，且尺吋也愈來愈大、並具備多媒體影音錄放功能等，實際上已可作為一個獨立的設備，甚至是產線戰情中心。

值得一提的是，為了讓可視化概念更完整，現在HMI廠商除了現場端的產品外，也推出大型看板，北爾就是一例，北爾的HMI可依尺寸分為三類產品，小尺寸用於單一機台，中型尺寸放在製造現場，讓看板與MES連結，生產管理人員可由此看到完整的產線生產狀態，大尺寸則是設置在企業總部的戰情室，讓高階主管從遠端掌握各處廠房的運作數據。

觀察產業發展，可以看出HMI的角色不但已在轉換，市場對新概念HMI的接受度也逐漸升高，在智慧製造趨勢的催化下，具備智慧化設計的HMI已經成為製造業者導入新機台的重要考量，隨著智慧化腳步的加快，其成長速度將會加速，成為製造系統的主流機型。

**刊頭圖（source：Hannover Messe）