如何把HMI的挑战转化为数字化的机遇

在数字化创新时代，构建更好的人机界面（HMI）系统对于各制造企业的团队显得越发重要。在过去的几个月中，我们一直在在讨论他们的目标到底是什么，zenon作为一款工业软件平台可以为其提供何种帮助。我们将本文奉献给食品和饮料行业的专业人士，感谢身处世界各地的这些专业人士在最近的我们的访问中分享了他们对 HMI系统的看法。

在经典解决方案设计体系中，设备的 HMI 被视为其硬件面板，一种操作系统，一个运行应用程序，一个项目的程序集运行在其中。其由不同生命周期的不同组件构成，同时也会受到持续技术发展的制约。设备供应商为此不断投资改进其性能，以提供比简单操作更多的功能。 HMI可以更简单、更利于用户的操作方式和复杂设备进行交互，从而避免操作错误并减少故障停机时间。HMI对于提高机器的可靠性和高效生产至关重要。

最近，我们有幸听取来自多个大洲的不同制造工厂生产团队对 HMI 系统的意见和建议。并分享这些不同团队成员的想法如下。

与设备操作员和在包装区工作人员的交谈，总是能给你带来对制造现状的有趣见解。多年来减少灌装生产线生产人员数量是一直是明显趋势。一名操作员会负责一组设备。他们从一台设备走到另一台设备，在不造成时间或物质损失的情况下需要承担尽可能多必要的任务。有时，操作员还必须适应不同 HMI 的不同风格和方式：如何通过界面选项进行导航？如何执行操作？画面上特定颜色的定义是什么？由此产生的关键问题是：我们如何创建 HMI标准，如何帮助操作员更轻松地管理一组设备？

当生产线经理要对灌装区实施监控时，他们必须兼顾管理生产的灵活性，同时要保持生产出最佳的质量、效率和消耗比的产品。以及更轻松地处理复杂问题，以从持续增长的生产数据和相关分析工具中获利。对于生产线经理来说，HMI 是操作员集中优化不同设备和流程的主要方式。所以 HMI 和其他系统之间快速而准确交互的信息至少是和各台设备所记录的数据和事件一样重要的。因此，生产线经理的关键挑战在于如何加强不同生产设备和人员之间的集成。

全球啤酒厂的 IT 经理专注于确保其 IT 基础架构能够实现最佳的网络化，并确保软件保持最新、安全且运行良好。自动化和 IT 网络的带宽在不断增长着。需要其部署性能越来越强大的硬件。这为新数字化计划提供了方向。但是，使用无法更新安全补丁程序更新的过时操作系统的HMI 面板会给企业带来风险。虽然其是呈现整个生产线信息的关键组件，但必须将其与企业网络构架的其余部分保持断开连接的状态。这种情况意味着在更广泛的工厂架构中集成设备的机会已经丧失。我们必须自问：HMI 的总体升级成本有多少？升级的优势是否可以抵消这类投入成本？在工厂级别而不是设备级别管理操作员的访问权限是否会容易得多？

对于生产自动化维护来说，HMI 是他们需要处理的众多自动化组件之一，其它还包括有 PLC、电机驱动器、测量设备等等。PLC 可能允许工厂保证其在售后阶段拥有它的所有权，甚至可以通过更新来延长其使用寿命。但是，HMI 通常对他们呈现为"黑匣子"状态，包括对设备使用寿命的改进非常有限。这里面临的挑战是，如何使自动化维护能够更轻松地跟上异构自动化环境中的技术发展。

当今的数字化经理已经对 OT/IT 集成有着明确的概念。我们正无可阻挡地朝着虚拟化的道路前进。但是仍有一些现有硬件是不符合 "可自主设备" 范畴的。而规划中的整体架构却要求将经典系统与混合 IoT方法相结合，这包含从传感器到云端的所有系统。HMI 只是"智能工厂"思维方式中的重要组成部分之一。我们要如何抛开组件捆绑（如HMI）以使其更易于升级？我们应该在何处运行HMI 应用程序：是在设备层还是生产线层的硬件上？优先事项是必须启用新的设备操作概念：重点不在设备，而是用户。我们希望确保基于大数据和云端的新技术可以用来帮助生产团队。

HMI 作为需要维修、更换或改进的设备组件，维护经理担心这方面的备件和成本。对于已捆绑 HMI 的各个组件，持续开发可使其性价比变得越来越好。但是，维护经理如何确保从这一开发中获利呢？

所有关于以上细节的考虑都来自于各制造团队的宝贵投入，有利于我们对其理解并进行反思。针对这些意见的具体要求及所提出的频率激励了我们提出以下的解决办法。

让我们将我们的解决方案称为 "集控式 HMI 基础架构"。它完全基于在众多工厂内已应用的现有 zenon 技术。这些技术已经针对各个重要环节的标准进行了验证。让我们考虑它们的主要原理和组件，以及它们的好处。注意：您需要在此处用到一些 zenon 的知识！

集控基础架构由物理或虚拟化服务器组成图展示了操作系统和 zenon 运行软件。在此环境中，每台计算机的zenon HMI 项目（应用程序）作为一个模块插入。并基于一组预设条件和 zenon 标准功能，将所有 HMI 应用程序自然集成。令其直接与设备 PLC 通讯，由性能可靠的通信网络提供支持。这样，将 HMI 捆绑转变为易于维护的组件组合。

在 zenon 中，各类项目集成的解决方案往往会带来了意外的好处 —— 如果 zenon 对你是一个新概念的话，而这勿需要额外的开发，所有 HMI 的数据、事件、报警和上下文信息都将集成在一个 "生产线总控制" 项目中。此外，在 zenon 中还允许使用 Active Directory 权限设置来实现所有 HMI 的通用用户管理，以使其可以与现存的 IT 安全概念相一致。此外，如果您要求整个集控式 HMI 基础架构提供更高可靠性的话，zenon 的冗余模式也是可利用的最佳选择。

一整条生产线需要多少操作人员？每个操作员负责哪些的设备？我们应该在哪安装界面才便于操作员安全地操作一台或多台设备？操作员对来自不同设备的同步信息的需求是什么，比如在状态、报警、感知等方面？回答这些问题有助于我们制定优化的运营理念，将重点紧紧围绕着促进和加强操作人员对工厂绩效的贡献上。而这对集控式HMI 基础结构意味着什么？您很可能在使用众多种类的PC 面板。在每个面板上，您也许会运行一个或多个设备/HMI 项目，具体取决于操作或监督的需要。设备项目将作为整线服务器的一个客户端上启动运行，并自动同步中控系统的更新。所以我们在此不是在制造 "黑匣子"。以之相反，您可以更自由地维护硬件、操作系统和 zenon项目。设备由此受益于拥有更长的生命周期。操作员也从更高层次的 HMI 可用性中获益。

默认情况下，具有 zenon 的集控式 HMI 基础结构是集成 OT和IT 之所。首先，它可与 PLC 进行直接可靠的通讯。根据集中管理的用户角色不同，每台计算机的 HMI 应用都可按用户权限随时随地调整。通过可配机制，zenon 监控整个基础架构的性能和活动。其次，zenon 提供了各种集成工厂系统和业务应用程序的方法，例如 ERP 接口（例如 SAP）、SQL 数据存档、云体系结构和生产数据网关（例如 OPC UA）。

对于数字化经理而言，集控式 HMI 基础架构能支持新型概念，使生产线经理及其同事受益，从而更轻松地持续改进工厂绩效。实际示例很多 —— 从ERP 到HMI 通讯，减少灌装线的转换，获取在云中运行的预测模型结果。

集中集成所有 HMI 项目的一个重要成果是 zenon生产线控制系统。在这里，zenon 自动集中数据、事件、报警和上下文信息。生产线控制系统就像是 HMI/SCADA 系统，能提供实时的监控和操作。它使用户能够提高设备转换的速度，或以自上而下的方法可视化生产线，从聚合指标到有关生产率、质量或能耗的最小细节。zenon 可以持续扩展这些功能; 并持续添加新的理念，如生产记录器、3D 可视化模块或标准操作管理系统。

用户如何能从生成巨量的可用数据中充分获利？zenon 使您能够对数据进行存储和分析 —— 从 HMI项目到 SQL。您可以使用工厂报表系统（如 zenon Analyzer）进行扩展分析。或者，也可以将第三方系统作为数据使用者。集控式 HMI 基础架构还支持移动解决方案或其他类型的客户端/服务器方法。无论您身在何处需要什么，您都能从数据中获利最大化。

我们从全球制造团队那里了解到，经典的 HMI 今天既面临挑战，也将带来诸多机遇。而 zenon 提供了构建可持续解决方案的令人兴奋的可能性。zenon 的集控式HMI 基础结构具有明确的特征定义：可维护性、可扩展性、互操作性、可用性。 这为将人机界面转变为实现最佳工厂性能的真正贡献者提供了大量最新的可能性。