面對(duì)大屏幕，通過(guò)操縱手柄，你可以在一個(gè)虛擬的三維工廠中自由地走動(dòng)，你可以隨時(shí)打開(kāi)工廠管路設(shè)備的閥門，你可以查看儀器儀表的當(dāng)前顯示數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，你還可以了解工廠鍋爐當(dāng)前的溫度……這是一個(gè)大型的3D游戲？不，這是工業(yè)自動(dòng)化中HMI(人機(jī)界面)最前沿的解決方案之一。上述的這些操作都能與現(xiàn)實(shí)中的控制室雙向互動(dòng)，從而帶給員工身臨其境的感受。
功能日益豐富
“在自動(dòng)化行業(yè)中，HMI最早是將實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)閘門、按鈕、觀測(cè)器等狀態(tài)傳遞至計(jì)算機(jī)顯示窗口，并向操作員提供可進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和操作的平臺(tái)。如今，HMI已不僅僅限于之前簡(jiǎn)單的狀態(tài)顯示和界面提供，而是逐漸具備更多的功能，變得日益強(qiáng)大。”浙江中控技術(shù)股份有限公司研發(fā)中心HMI技術(shù)經(jīng)理費(fèi)振華向記者表示。
目前，在大部分制造工業(yè)(流程工業(yè)、離散工業(yè))中，現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)從以往的車間獨(dú)立管理、工段分離生產(chǎn)的模式，轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)籌計(jì)劃、統(tǒng)一調(diào)度、合理考核、關(guān)注成本的工廠整體管理和控制模式。隨著大型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的成熟、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的日益提升，以及集群等計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，HMI已不僅限于之前簡(jiǎn)單的狀態(tài)顯示和界面提供，而是逐步整合更強(qiáng)大的功能，如：對(duì)海量數(shù)據(jù)的過(guò)濾、隔離、匯總、分析和統(tǒng)計(jì)；支持現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)管理；對(duì)全廠異常狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、分級(jí)報(bào)警并給出各類故障的操作和提示指導(dǎo)；通過(guò)優(yōu)化控制和自動(dòng)執(zhí)行批量任務(wù)，減少生產(chǎn)消耗、提高生產(chǎn)效率；支持Web化方式進(jìn)行瀏覽；普及遠(yuǎn)程化的生產(chǎn)控制分析模式，提供對(duì)操作工的培訓(xùn)，工藝的仿真等。部分HMI產(chǎn)品甚至將傳統(tǒng)的HMI功能與MES、ERP等層面的功能揉為一體。“從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，基于工廠整體應(yīng)用的HMI正逐步往集成度更高、開(kāi)放性更好、數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)、操作更準(zhǔn)確高效、界面更人性化的方向發(fā)展。”費(fèi)振華表示。施耐德電氣HMI市場(chǎng)部經(jīng)理?xiàng)钊A軍也表示：“HMI的應(yīng)用從早期的數(shù)據(jù)監(jiān)控發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)/多媒體廣泛應(yīng)用，繼而又開(kāi)始涉足控制領(lǐng)域。HMI軟件也從單一的畫面編輯擴(kuò)展為集成系統(tǒng)配置、PLC邏輯編程和HMI畫面編輯的自動(dòng)化軟件平臺(tái)。”據(jù)介紹，施耐德電氣今年推出的MagelisXBTGC系列人機(jī)控制器，就是一款集成PLC控制功能的人機(jī)界面產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)軟件編程、一次傳輸程序、一個(gè)項(xiàng)目文件管理。而羅克韋爾自動(dòng)化推出的FactoryTalkViewPoint軟件就是基于Web網(wǎng)頁(yè)的人機(jī)界面，從而使用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器便能對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行觀察和管理，遠(yuǎn)程監(jiān)控工廠車間的運(yùn)行狀態(tài)。GEFanuc智能平臺(tái)則通過(guò)在ProficyHMI/SCADA中部署組件，實(shí)現(xiàn)解決方案的可視化和高級(jí)分析能力。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入HMI
對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)大家并不陌生，經(jīng)常玩3D游戲的人更是深有體會(huì)。但如果將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于工控領(lǐng)域，并與現(xiàn)實(shí)中的控制室相連，大家可能還是頭一次接觸。英維思過(guò)程系統(tǒng)(IPS)全球咨詢總監(jiān)MaurizioRovaglio在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，VR作為流程界面用于離線和在線解決方案，在流程行業(yè)可以說(shuō)是完全創(chuàng)新的，它將改變HMI的未來(lái)。他強(qiáng)調(diào)：“未來(lái)的控制室不應(yīng)該是平面的！”
據(jù)介紹，IPS推出的“身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)流程(IVR)”技術(shù)可以為一個(gè)真正的或假設(shè)的工廠，創(chuàng)建一個(gè)三維立體的、計(jì)算機(jī)生成的替代物。通過(guò)具有立體視覺(jué)效果的頭戴式面具，用戶可以進(jìn)入一個(gè)完全身臨其境的環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中他們能夠在工廠中任意移動(dòng)。令這種自由成為可能的原因是，虛擬環(huán)境是以每秒60幀的速度進(jìn)行呈現(xiàn)的，這比通過(guò)傳統(tǒng)的、非實(shí)時(shí)呈現(xiàn)所取得的效果要快得多。除此之外，利用IVR可以與工廠維護(hù)數(shù)據(jù)相連通，這樣現(xiàn)場(chǎng)操作人員能夠檢查設(shè)備的詳細(xì)信息以及設(shè)備的剩余部件。用戶能夠檢查和評(píng)測(cè)設(shè)備的維護(hù)戰(zhàn)略，并在執(zhí)行任務(wù)之前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行教育。由于IVR技術(shù)能夠?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)和新一代互動(dòng)能力與軟件和系統(tǒng)相連接，而不需要使用鍵盤和鼠標(biāo)，所以IVR的這種能力能夠更加有效地顯示數(shù)據(jù)，并且這種能力也將超越培訓(xùn)層面，將VR應(yīng)用到HMI的一個(gè)新的維度。“這種對(duì)復(fù)雜流程的模擬仿真，能使用戶直接地體驗(yàn)到一個(gè)隨著時(shí)間進(jìn)行變化的環(huán)境，從而更有效地使員工在培訓(xùn)中所學(xué)到的技能應(yīng)用到實(shí)際工作環(huán)境中。而且，由于一些平時(shí)很少演練的不穩(wěn)定任務(wù)，例如工廠停工等，都可以在一個(gè)穩(wěn)定的、現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行預(yù)演。這樣，用戶和操作學(xué)員有機(jī)會(huì)在預(yù)演中進(jìn)行學(xué)習(xí)、甚至犯錯(cuò)誤，從而避免讓員工自己、團(tuán)體或者環(huán)境遇到真正的風(fēng)險(xiǎn)。不僅如此，使用真正設(shè)備的計(jì)算機(jī)模型，可以進(jìn)行無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，根本就不用設(shè)備離線，從而減輕生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。”MaurizioRovaglio表示。由此可見(jiàn)，融入VR技術(shù)的HMI將從培訓(xùn)領(lǐng)域逐漸發(fā)展到實(shí)時(shí)操作運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域。
