在過(guò)去的幾十年里，由于技術(shù)的飛速發(fā)展，人機(jī)界面（HMI）發(fā)生了巨大的變化。人機(jī)界面行業(yè)見(jiàn)證了從簡(jiǎn)單按鈕到現(xiàn)代觸摸屏顯示器的演變過(guò)程。盡管如此，人們與機(jī)器交流的方式預(yù)計(jì)還會(huì)有更多的變化。企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0等趨勢(shì)在這方面發(fā)揮著重要作用，是人機(jī)界面轉(zhuǎn)型的最重要載體。

工業(yè)革命的四個(gè)階段

工業(yè)4.0一詞最初是在2011年用于智能制造，后來(lái)被賦予了更廣泛的定義，涵蓋了交通、智能建筑、采礦、石油和天然氣、醫(yī)療保健和其他領(lǐng)域。它出現(xiàn)在工業(yè)革命的第四階段，因此要了解工業(yè)4.0的概念，重要的是探索其前身。

第一次工業(yè)革命

1784年，發(fā)明了第一臺(tái)機(jī)器織機(jī)，標(biāo)志著工業(yè)革命和工業(yè)1.0第一階段的開(kāi)始。隨后，引進(jìn)了水和蒸汽動(dòng)力機(jī)器，使機(jī)器能夠日夜運(yùn)轉(zhuǎn)，并且不需要多個(gè)操作員。機(jī)械化是工業(yè)1.0的核心，它催生了現(xiàn)代制造業(yè)。

第二次工業(yè)革命

到了20世紀(jì)初，電力似乎取代了水和蒸汽。工業(yè)2.0時(shí)代的特點(diǎn)是大規(guī)模生產(chǎn)商品，使用裝配線和分工來(lái)優(yōu)化勞動(dòng)力。

第三次工業(yè)革命

工業(yè)革命的第三階段始于20世紀(jì)60年代末，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了可編程邏輯控制器（PLC）。電子和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了制造業(yè)的進(jìn)一步自動(dòng)化和數(shù)字化，這是工業(yè)3.0時(shí)代的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)也是第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。

第四次工業(yè)革命

我們正處于第四次工業(yè)革命之中——制造業(yè)數(shù)字化和自動(dòng)化的下一次飛躍，有望帶來(lái)持續(xù)的生產(chǎn)力增長(zhǎng)并改變工廠的運(yùn)行方式。工業(yè)4.0引入了工人和機(jī)器之間交互的重大變化。在這個(gè)新時(shí)代，機(jī)器的職責(zé)已經(jīng)超越了手工制造過(guò)程：它們開(kāi)始在制造管理、資源規(guī)劃、數(shù)據(jù)收集和分析以及物流方面發(fā)揮重要作用。

工業(yè)4.0組件

工業(yè)4.0在技術(shù)的幫助下為先進(jìn)生產(chǎn)提供了新的機(jī)會(huì)。這些技術(shù)是眾所周知的：

物聯(lián)網(wǎng)

3D打印

高級(jí)人機(jī)界面

大數(shù)據(jù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)

但是，工業(yè)4.0的關(guān)鍵組件是網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS），它是真實(shí)世界和虛擬世界融合不可或缺的技術(shù)環(huán)節(jié)。

網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）的好處和關(guān)注點(diǎn)

根據(jù)工業(yè)4.0范例，網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）越來(lái)越具有自主性和自組織性：它們可以收集數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分析，甚至根據(jù)其做出決策。下一個(gè)邏輯問(wèn)題是“人類在制造流程中將扮演什么角色？”

一些人擔(dān)心如果智能機(jī)器取代了人類，就會(huì)出現(xiàn)不需要工人操作的生產(chǎn)設(shè)施。事實(shí)上，CPS不會(huì)取代操作員，而只會(huì)改變其角色。當(dāng)智能CPS持續(xù)監(jiān)控制造流程，預(yù)測(cè)或檢測(cè)正常狀態(tài)的變化時(shí)，人們可以在關(guān)鍵決策時(shí)進(jìn)行干預(yù)。此外，工業(yè)4.0可以引入與大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器人技術(shù)和機(jī)械工程相關(guān)的新工作崗位，并徹底改變?nèi)祟惻c工程系統(tǒng)的溝通方式，并顯著改進(jìn)流程。

可以預(yù)期的是，今天的機(jī)器被CPS取代將帶來(lái)一些主要好處：

CPS支持工業(yè)機(jī)器、制造業(yè)供應(yīng)鏈、供應(yīng)商和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)有效的決策。

CPS支持自我監(jiān)控，因此當(dāng)工業(yè)資產(chǎn)損壞時(shí)，它會(huì)向支持工程師發(fā)送警報(bào)，以主動(dòng)修復(fù)問(wèn)題。這節(jié)省了維護(hù)系統(tǒng)功能所需的時(shí)間、金錢和精力。

CPS允許對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行日?？刂疲@有助于使生產(chǎn)流程更好地滿足消費(fèi)者需求。

CPS為供應(yīng)鏈提供了更高程度的可見(jiàn)性和控制，從而提高了貨物的可追溯性和安全性。

新型的人機(jī)界面

隨著智能CPS正在改變?nèi)藱C(jī)通信過(guò)程，它們需要新型的界面來(lái)確保流暢的交互。新的人機(jī)界面系統(tǒng)需要更加先進(jìn)，以提高效率和遠(yuǎn)程服務(wù)操作，尤其是當(dāng)工人在多塵、潮濕或黑暗的環(huán)境中與技術(shù)交互時(shí)。由于操作人員參與到關(guān)鍵決策的制造流程中，因此人機(jī)界面系統(tǒng)應(yīng)允許輕松快速地輸入命令，以提高解決問(wèn)題的準(zhǔn)確性、安全性和速度。

考慮到這些需求，工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員正在實(shí)施新型人機(jī)界面：增強(qiáng)的觸摸界面、語(yǔ)音界面、手勢(shì)界面和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)工具。

增強(qiáng)的觸摸界面

觸摸屏顯示器自從20年前推出以來(lái)，已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，就可視化數(shù)據(jù)表示而言，它變得更加用戶友好和強(qiáng)大。工業(yè)接口支持物聯(lián)網(wǎng)和M2M連接，因此制造公司可以在本地和遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)操作?，F(xiàn)代的觸摸界面非常靈敏，即使戴著手套也可以管理機(jī)器，從而為操作員帶來(lái)額外的舒適度和安全性。

語(yǔ)音界面

語(yǔ)音界面通常沒(méi)有顯示信息的屏幕，而是通過(guò)免提、直觀和高效的交互來(lái)方便數(shù)據(jù)訪問(wèn)。在工業(yè)4.0中，語(yǔ)音激活界面變得不可或缺，尤其是在需要遠(yuǎn)程操作機(jī)器的情況下。

Makino是工業(yè)語(yǔ)音激活人機(jī)界面的先驅(qū)公司之一，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了Athena，它使用基本的語(yǔ)音命令來(lái)控制車間的生產(chǎn)設(shè)備。Athena的操作員現(xiàn)在不僅可以遠(yuǎn)程發(fā)布命令，而且還可以詢問(wèn)有關(guān)機(jī)器關(guān)鍵指標(biāo)的問(wèn)題。

手勢(shì)界面

與語(yǔ)音界面類似，手勢(shì)控制允許對(duì)工業(yè)機(jī)器或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)接觸操作。它們識(shí)別操作員的手或頭部的動(dòng)作，并使用特殊的數(shù)學(xué)算法來(lái)控制設(shè)備或與設(shè)備交互。手勢(shì)界面可通過(guò)多種方法（有線手套、深度感知和立體聲攝像頭或手動(dòng)跟蹤控制器）啟用，從而提供更準(zhǔn)確、更快速的人機(jī)交互。

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工具

目前，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)是提高效率、降低運(yùn)營(yíng)成本并在從庫(kù)存管理到員工培訓(xùn)的許多制造流程中提高生產(chǎn)靈活性的最突出技術(shù)之一。

當(dāng)涉及到裝配線任務(wù)時(shí)，操作員通常需要非常專注，以將過(guò)多的組件精確地組裝在一起。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工具通過(guò)疊加關(guān)鍵信息來(lái)分解這些組件，從而大大簡(jiǎn)化組裝操作員的工作，并降低出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)在，員工無(wú)需檢查組裝手冊(cè)，并且可以隨時(shí)確定他們的下一步工作，這極大地提高了績(jī)效。例如，全球最大的國(guó)防承包商洛克希德馬丁公司（Lockheed Martin）已經(jīng)將AR集成到航天器裝配中。在這種情況下，必須將一些關(guān)鍵零件（例如緊固件）的公差設(shè)置為0.5英寸，而配備增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡的員工現(xiàn)在可以可靠地對(duì)齊這些組件。洛克希德（Lockheed）報(bào)告說(shuō)，每個(gè)緊固件每年可節(jié)省38美元的人工費(fèi)用，每年訂購(gòu)這種緊固件的數(shù)量高達(dá)數(shù)百萬(wàn)個(gè)。

制造業(yè)中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)影響的另一個(gè)范圍是員工培訓(xùn)。當(dāng)新員工入職時(shí)，會(huì)出現(xiàn)許多挑戰(zhàn)，包括設(shè)備和培訓(xùn)老師的可用性。此外，復(fù)制一些現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景通常很昂貴，尤其是涉及安全的場(chǎng)景。（來(lái)源物聯(lián)之家）洛克希德·馬丁公司還實(shí)施了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為其員工提供組裝航天器部件的動(dòng)畫手冊(cè)。該公司報(bào)告稱，向工人解釋裝配說(shuō)明所需的時(shí)間驚人地減少了95%。歸根結(jié)底，這些技術(shù)提供了一種更身臨其境的在職培訓(xùn)，充分提高了員工的滿意度。

最后，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)還可以顯著減少維護(hù)和故障檢測(cè)時(shí)間。例如，大型電梯制造商蒂森克虜伯（ThyssenKrupp）已為其技術(shù)人員提供了用于維修操作的AR工具?，F(xiàn)在，服務(wù)技術(shù)人員可以更可靠地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并獲得實(shí)時(shí)的疊加指導(dǎo)。該公司聲稱技術(shù)人員現(xiàn)在可以比以前快四倍時(shí)間完成維修。

超越炒作

要讓這些技術(shù)帶來(lái)真正的長(zhǎng)期效益，不僅需要將其簡(jiǎn)單地引入制造工作流程中，而且還需要更多。

在德勤（Deloitte）最近發(fā)表的題為《工業(yè)4.0：在準(zhǔn)備和責(zé)任的交匯處》中，三分之二的受訪企業(yè)表示，他們正在對(duì)工業(yè)4.0采用臨時(shí)的做法，而商業(yè)領(lǐng)袖中只有10%的受訪者表示，他們有從各種人機(jī)界面系統(tǒng)中獲取最大價(jià)值的長(zhǎng)期策略。毫不奇怪，后一組將在整體上取得更大成功。

在這種情況下，長(zhǎng)期方法不是要制定持續(xù)的技術(shù)采用計(jì)劃和產(chǎn)品配置策略，而是要在利潤(rùn)和社會(huì)責(zé)任之間尋求平衡。普華永道的《數(shù)字產(chǎn)品開(kāi)發(fā)2025》報(bào)告發(fā)現(xiàn)，專注于產(chǎn)品生命周期管理和企業(yè)資源規(guī)劃的公司預(yù)計(jì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率將提高31%，上市時(shí)間將縮短28%。

人們將注意力轉(zhuǎn)移到可持續(xù)發(fā)展和企業(yè)社會(huì)責(zé)任上的主要原因是客戶和員工的壓力越來(lái)越大。在理想世界里，對(duì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注應(yīng)該是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者內(nèi)在社會(huì)責(zé)任的結(jié)果，而如今的客戶、員工和利益相關(guān)方越來(lái)越關(guān)注環(huán)境。許多人認(rèn)為，他們的公司關(guān)注社會(huì)問(wèn)題是由董事會(huì)和客戶的期望驅(qū)動(dòng)的。

這讓我們看到，那些擁有全面企業(yè)社會(huì)責(zé)任政策的企業(yè)將能夠更快地創(chuàng)新，聘用更好的專家，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)。

人機(jī)界面：實(shí)施技巧

這里沒(méi)有什么大新聞，您需要一個(gè)實(shí)施計(jì)劃。由于公司旨在獲得工業(yè)4.0和人機(jī)界面提供的最大利益，因此考慮以下實(shí)施步驟至關(guān)重要：

首先，組織需要開(kāi)始進(jìn)行審計(jì)，以評(píng)估其在工業(yè)4.0成熟度等級(jí)中的當(dāng)前位置，然后制定長(zhǎng)期的戰(zhàn)略計(jì)劃。

下一步，關(guān)鍵是要建立新的領(lǐng)導(dǎo)角色，負(fù)責(zé)采用和利用人機(jī)界面的力量，并確定新的投資機(jī)會(huì)。

在為變革做準(zhǔn)備時(shí)，我們還建議制定足夠的員工培訓(xùn)和發(fā)展計(jì)劃。然而，確定您的員工到底需要哪些技能仍然是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，而這就是上述第一步制定長(zhǎng)期戰(zhàn)略計(jì)劃的重要性的原因所在。

總結(jié)

借助語(yǔ)音和手勢(shì)控件、增強(qiáng)的觸摸界面以及虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工具，人機(jī)界面在工業(yè)4.0的演進(jìn)中正在向完全數(shù)字化、自動(dòng)化轉(zhuǎn)變。新型的人機(jī)界面可以通過(guò)提高效率和減少停機(jī)時(shí)間來(lái)為智能工廠帶來(lái)很多好處。此外，用于重復(fù)性任務(wù)或危險(xiǎn)環(huán)境時(shí)，它們可以簡(jiǎn)化操作并確保工作場(chǎng)所的額外安全。
責(zé)編AJX