如何把HMI的挑戰轉化為數字化的機遇

在數字化創新時代，構建更好的人機界面（HMI）系統對于各制造企業的團隊顯得越發重要。在過去的幾個月中，我們一直在在討論他們的目標到底是什么，zenon作為一款工業軟件平臺可以為其提供何種幫助。我們將本文奉獻給食品和飲料行業的專業人士，感謝身處世界各地的這些專業人士在最近的我們的訪問中分享了他們對 HMI系統的看法。

在經典解決方案設計體系中，設備的 HMI 被視為其硬件面板，一種操作系統，一個運行應用程序，一個項目的程序集運行在其中。其由不同生命周期的不同組件構成，同時也會受到持續技術發展的制約。設備供應商為此不斷投資改進其性能，以提供比簡單操作更多的功能。 HMI可以更簡單、更利于用戶的操作方式和復雜設備進行交互，從而避免操作錯誤并減少故障停機時間。HMI對于提高機器的可靠性和高效生產至關重要。

最近，我們有幸聽取來自多個大洲的不同制造工廠生產團隊對 HMI 系統的意見和建議。并分享這些不同團隊成員的想法如下。

與設備操作員和在包裝區工作人員的交談，總是能給你帶來對制造現狀的有趣見解。多年來減少灌裝生產線生產人員數量是一直是明顯趨勢。一名操作員會負責一組設備。他們從一臺設備走到另一臺設備，在不造成時間或物質損失的情況下需要承擔盡可能多必要的任務。有時，操作員還必須適應不同 HMI 的不同風格和方式：如何通過界面選項進行導航？如何執行操作？畫面上特定顏色的定義是什么？由此產生的關鍵問題是：我們如何創建 HMI標準，如何幫助操作員更輕松地管理一組設備？

當生產線經理要對灌裝區實施監控時，他們必須兼顧管理生產的靈活性，同時要保持生產出最佳的質量、效率和消耗比的產品。以及更輕松地處理復雜問題，以從持續增長的生產數據和相關分析工具中獲利。對于生產線經理來說，HMI 是操作員集中優化不同設備和流程的主要方式。所以 HMI 和其他系統之間快速而準確交互的信息至少是和各臺設備所記錄的數據和事件一樣重要的。因此，生產線經理的關鍵挑戰在于如何加強不同生產設備和人員之間的集成。

全球啤酒廠的 IT 經理專注于確保其 IT 基礎架構能夠實現最佳的網絡化，并確保軟件保持最新、安全且運行良好。自動化和 IT 網絡的帶寬在不斷增長著。需要其部署性能越來越強大的硬件。這為新數字化計劃提供了方向。但是，使用無法更新安全補丁程序更新的過時操作系統的HMI 面板會給企業帶來風險。雖然其是呈現整個生產線信息的關鍵組件，但必須將其與企業網絡構架的其余部分保持斷開連接的狀態。這種情況意味著在更廣泛的工廠架構中集成設備的機會已經喪失。我們必須自問：HMI 的總體升級成本有多少？升級的優勢是否可以抵消這類投入成本？在工廠級別而不是設備級別管理操作員的訪問權限是否會容易得多？

對于生產自動化維護來說，HMI 是他們需要處理的眾多自動化組件之一，其它還包括有 PLC、電機驅動器、測量設備等等。PLC 可能允許工廠保證其在售后階段擁有它的所有權，甚至可以通過更新來延長其使用壽命。但是，HMI 通常對他們呈現為"黑匣子"狀態，包括對設備使用壽命的改進非常有限。這里面臨的挑戰是，如何使自動化維護能夠更輕松地跟上異構自動化環境中的技術發展。

當今的數字化經理已經對 OT/IT 集成有著明確的概念。我們正無可阻擋地朝著虛擬化的道路前進。但是仍有一些現有硬件是不符合 "可自主設備" 范疇的。而規劃中的整體架構卻要求將經典系統與混合 IoT方法相結合，這包含從傳感器到云端的所有系統。HMI 只是"智能工廠"思維方式中的重要組成部分之一。我們要如何拋開組件捆綁（如HMI）以使其更易于升級？我們應該在何處運行HMI 應用程序：是在設備層還是生產線層的硬件上？優先事項是必須啟用新的設備操作概念：重點不在設備，而是用戶。我們希望確保基于大數據和云端的新技術可以用來幫助生產團隊。

HMI 作為需要維修、更換或改進的設備組件，維護經理擔心這方面的備件和成本。對于已捆綁 HMI 的各個組件，持續開發可使其性價比變得越來越好。但是，維護經理如何確保從這一開發中獲利呢？

所有關于以上細節的考慮都來自于各制造團隊的寶貴投入，有利于我們對其理解并進行反思。針對這些意見的具體要求及所提出的頻率激勵了我們提出以下的解決辦法。

讓我們將我們的解決方案稱為 "集控式 HMI 基礎架構"。它完全基于在眾多工廠內已應用的現有 zenon 技術。這些技術已經針對各個重要環節的標準進行了驗證。讓我們考慮它們的主要原理和組件，以及它們的好處。注意：您需要在此處用到一些 zenon 的知識！

集控基礎架構由物理或虛擬化服務器組成圖展示了操作系統和 zenon 運行軟件。在此環境中，每臺計算機的zenon HMI 項目（應用程序）作為一個模塊插入。并基于一組預設條件和 zenon 標準功能，將所有 HMI 應用程序自然集成。令其直接與設備 PLC 通訊，由性能可靠的通信網絡提供支持。這樣，將 HMI 捆綁轉變為易于維護的組件組合。

在 zenon 中，各類項目集成的解決方案往往會帶來了意外的好處 —— 如果 zenon 對你是一個新概念的話，而這勿需要額外的開發，所有 HMI 的數據、事件、報警和上下文信息都將集成在一個 "生產線總控制" 項目中。此外，在 zenon 中還允許使用 Active Directory 權限設置來實現所有 HMI 的通用用戶管理，以使其可以與現存的 IT 安全概念相一致。此外，如果您要求整個集控式 HMI 基礎架構提供更高可靠性的話，zenon 的冗余模式也是可利用的最佳選擇。

一整條生產線需要多少操作人員？每個操作員負責哪些的設備？我們應該在哪安裝界面才便于操作員安全地操作一臺或多臺設備？操作員對來自不同設備的同步信息的需求是什么，比如在狀態、報警、感知等方面？回答這些問題有助于我們制定優化的運營理念，將重點緊緊圍繞著促進和加強操作人員對工廠績效的貢獻上。而這對集控式HMI 基礎結構意味著什么？您很可能在使用眾多種類的PC 面板。在每個面板上，您也許會運行一個或多個設備/HMI 項目，具體取決于操作或監督的需要。設備項目將作為整線服務器的一個客戶端上啟動運行，并自動同步中控系統的更新。所以我們在此不是在制造 "黑匣子"。以之相反，您可以更自由地維護硬件、操作系統和 zenon項目。設備由此受益于擁有更長的生命周期。操作員也從更高層次的 HMI 可用性中獲益。

默認情況下，具有 zenon 的集控式 HMI 基礎結構是集成 OT和IT 之所。首先，它可與 PLC 進行直接可靠的通訊。根據集中管理的用戶角色不同，每臺計算機的 HMI 應用都可按用戶權限隨時隨地調整。通過可配機制，zenon 監控整個基礎架構的性能和活動。其次，zenon 提供了各種集成工廠系統和業務應用程序的方法，例如 ERP 接口（例如 SAP）、SQL 數據存檔、云體系結構和生產數據網關（例如 OPC UA）。

對于數字化經理而言，集控式 HMI 基礎架構能支持新型概念，使生產線經理及其同事受益，從而更輕松地持續改進工廠績效。實際示例很多 —— 從ERP 到HMI 通訊，減少灌裝線的轉換，獲取在云中運行的預測模型結果。

集中集成所有 HMI 項目的一個重要成果是 zenon生產線控制系統。在這里，zenon 自動集中數據、事件、報警和上下文信息。生產線控制系統就像是 HMI/SCADA 系統，能提供實時的監控和操作。它使用戶能夠提高設備轉換的速度，或以自上而下的方法可視化生產線，從聚合指標到有關生產率、質量或能耗的最小細節。zenon 可以持續擴展這些功能; 并持續添加新的理念，如生產記錄器、3D 可視化模塊或標準操作管理系統。

用戶如何能從生成巨量的可用數據中充分獲利？zenon 使您能夠對數據進行存儲和分析 —— 從 HMI項目到 SQL。您可以使用工廠報表系統（如 zenon Analyzer）進行擴展分析?；蛘撸部梢詫⒌谌较到y作為數據使用者。集控式 HMI 基礎架構還支持移動解決方案或其他類型的客戶端/服務器方法。無論您身在何處需要什么，您都能從數據中獲利最大化。

我們從全球制造團隊那里了解到，經典的 HMI 今天既面臨挑戰，也將帶來諸多機遇。而 zenon 提供了構建可持續解決方案的令人興奮的可能性。zenon 的集控式HMI 基礎結構具有明確的特征定義：可維護性、可擴展性、互操作性、可用性。 這為將人機界面轉變為實現最佳工廠性能的真正貢獻者提供了大量最新的可能性。