人机界面软件调查

: winterswimer

2009-11-07

人机界面的定义非常宽泛，仁者可以见仁，智者可以见智。不过在自动化领域，约定俗成，已经有了比较具体的指向。首先，人机界面可以说是国外术语HMI（Human-Machine Interface）、MMI（Man-Machine Interface）等的意译，也就是人机交互的接口，一般指软件，同时也包含硬件平台，软硬一体。然后，国内有很多和人机界面类似的称呼比如“触摸屏”、“平板电脑”等都是从人机界面硬体的角度出发，但是，在购买“触摸屏”的时候，都要求包含软体。

也就是，工业自动化领域的人机界面指具备触摸、LCD显示、总线通讯等功能，以低功耗一体化CPU板和扩展板的硬件平台为核心，配备通用或嵌入式操作系统，并内嵌组态软件运行环境，运行行业工艺相关工程的人机交互自动化控制平台，用以完成工业自动化行业相关的控制工艺。

下面转贴"人机界面软件调查"中，描述国外厂家对人机界面的配置的调查，从中我们可以看到，国外在一定时期，是将通用的Windows系统比如xp、2000等作为标准的人机界面操作系统，也就是说，在一定时期，人机界面包括工控机，同时也包括类似“触摸屏”的精简和一体化设计的人机界面平台，或者人机界面还没有从工业PC中独立出来，所以，软体是通用的，和工控PC软体环境没有区别。不过，这是2003~2005年以前的事情了。现在，主流自动化厂商已经将工业PC产品和人机界面产品分开展示了。

随着嵌入式技术的发展，当精简指令集（RISC——Reduced Instruction Set Computing）CPU出现，比如ARM系统，和片上系统SOC（System On Chip）的普及，使人机界面硬体和普通的工控机系统分离。这时候，主流工业自动化硬件厂商，终于将人机界面从工控机系统中独立出来，比如研华的IPC610可以说是工控机的标志，它的下一个标准产品是UNO，成为嵌入式工控机，成为BoxPC的代表，它的一体化的硬体叫做平板电脑，以TPC1260等产品为代表，然后，研华购买WebAccess，并迅速研制基于WinCE的嵌入式WebAccess。最后，研华的人机界面是什么呢？包括TPC、IPPC、FPM、AWS，详细请见http://www.advantech.com.cn/eautomation/human-machine-interfaces/，因为研华是硬件平台厂商，和西门子不同，它强调硬体。

西门子的"人机界面-HMI"系统又是怎样的呢？请看下图（参见http://bbs.controleng.cn/ShowTopic.aspx?id=10990）

我们看到西门子的人机界面产品包括按钮面板、微型面板、移动面板、面板、多功能面板、面板行PC和可视化软件ProTool。ProTool的工程在人机界面硬件平台的运行时，操作系统是WinCE。目前，西门子已经将HMI-software全面提升为WinCC Flexible（详细请见http://www.ad.siemens.com.cn/products/as/hmi/）。分析西门子主流产品TP270或TP277，都是基于Windows CE 操作系统，270支持WinCC flexible 和 ProTool，277只能使用WinCC flexible，但是，可以方便的将 ProTool 项目迁移到 WinCC flexible HMI 工程。如果察看SIMATIC产品样本，您会发现面板的技术概览中，西门子的人机界面产品都支持WinCC flexible 中国标准版。

通过对研华和西门子两大HMI厂商的分析，我们可以看到两个厂商将人机界面都集中指向硬体，其选型样本也是如此，而且，嵌入式低功耗的硬体为主流，这些平台都内嵌WinCE操作系统，特别是西门子，内嵌HMI组态软件，让自动化产品用户感觉西门子买的是面板，赠送嵌入式组态软件。这也就是说国外的厂商也是摸透了中国自动化产品用户的心理了：硬件产品的报价，更容易让消费者接受。

针对西门子，大家可以说它的人机界面组态软件就是WinCC flexible 中国标准版。也可以说西门子告诉大家，未来人机界面组态软件的发展方向是在以WinCE嵌入式为核心的嵌入式组态软件。

我们知道复杂指令集是大而全，精简指令集是小而精；Window标准操作系统是大而全，Window嵌入式操作系统是小而精；工控机IPC是大而全，BoxPC和平板电脑、SIMATIC面板是小而精；组态软件通用版是大而全，组态软件嵌入式版是小而精。如果我们说人机界面软件就是组态软件或SCADA系统，那么，它的发展就有两个方向，一是大而全，一是小而精。如果我们说人机界面的发展方向是嵌入式，那么，人机界面软件的发展方向也就是嵌入式，小而精。所以，谈人机界面软件，不谈嵌入式，就好像一条腿走路。

目前，我们可以看到国外嵌入版组态软件主要是针对各个厂家自己的硬件推出的。国内除MCGS嵌入版外，KingView嵌入版、力控的嵌入版、eHMIBuilder等都提供很好的OEM服务。国外嵌入式组态软件的OEM服务几乎为零。而且，WinCE操作系统硬件平台无关的驱动库的发展，X86、ARM等嵌入式平台的标准化，似乎也在推进嵌入式组态软件的标准化。从这个角度看，中国自主研发的嵌入版组态软件另一个方向可能是随着嵌入式平台标准化的人机界面软件的标准化。那么，这是不是中国HMI组态软件赶超国外HMI组态软件的一个起点呢？我们期待中国自己的嵌入式组态软件有更大的超越。我们拭目以待！

[转帖]人机界面软件调查：“Windows操作系统+开放式网络”为最通用配置

控制工程与与Reed Research Group就HMI软件在制造业中的应用进行了调查，掌握了人们对HMI软件的看法。调查结果来自近260名控制工程师，他们参与了HMI软件的指定、推荐和/或购买工作。

参加调查的人士中有超过半数（52%）因为工厂装置的需求应用HMI软件。基本应用中的42%用于满足连续和批量生产任务的要求。离散式制造应用占总数的11%。其它类型应用所占的份额也很大，达22%，表明应用类型的多样性。

平均每位接受调查的人士过去12个月内购买过59套HMI软件，平均花销达17万5千美元，主要用于升级和实现新的功能。

GE Fanuc Automation公司Proficy软件资深经理Roy Kok指出：“HMI/SCADA正日益成为不断扩大的自动化战略中不可或缺的一部分。HMI/SCADA技术的应用越来越广，促使我们日益重视自动化技术的自然发展，从而更好地利用HMI/SCADA信息。我们通过利用数据储存技术来实现上述目的，长期提供数据档案功能，并提供分析工具，在较长的时间内为整个企业的工艺过程分析提供跨生产线的更多功能。就此而言，HMI/SCADA产品的价值既体现在它能够立即实现集成功能，又体现在工厂智能化产品领域。”

对比研究

人们就调查结果得出了不同的结论，于是也难以得到共识。举例来说，接受调查的人士中近三分之二表示他们不使用Web界面来查看HMI信息，但是，大多数人都在当前的系统中采用开放式网络（56%）和/或OPC（53%）。五分之一使用无线连接，不过在今后两年中这一比例预计还将上升至66%。

BizWareDirect公司的市场专员Tonya R. York指出：“近三分之二的人目前还不使用基于Web的查看方式，对此我并不感到惊讶。许多人还没有意识到基于Web的应用能为工厂之间的信息通讯提供极大方便。对那些已经采用了Web查看方式的客户而言，他们从中受益匪浅，能够通过工厂中的任意一台计算机快速便捷地存取记录。最终，用户必将进一步了解该技术作为工业领域重要工具的功能优势。因此，我们预计今后使用并依赖于该技术的工厂比例将大幅上升。”

接受调查的人士中有四成表示HMI系统有助于为规章管理遵循提供支持。相当部分接受调查的人士（42%）将HMI软件用于连续与批量制造，这一比例似乎应当更高才对。不过，Wonderware和ArchestrA业务部门的可视化产品市场经理Renee Brandt则指出，HMI对连续与批量制造所起的作用正在发生变化。她说：“我们需要HMI来捕获用户的交互行为，特别是电子签名等。不过，符合有关标准的第二部分涉及到数据存储。就此而言，我们越来越多地开始采用过程数据库或以数据库为中心的产品。这使我们能够快速满足电子记录和自动化报表（如电子批处理记录）的要求，并能够在较长时间内实现信息检索，同时保证电子记录不会被修改。”

HMI特性简介

我们向参加调查的人士深入询问了他们对目前HMI系统的看法以及他们认为哪些特性重要。具体说来，我们让他们明确指出其HMI系统的四个部分：输入设备、图形功能、连接性以及操作系统。接受调查的人士指出，典型的系统是带有彩色图形功能、触摸屏和键盘的开放式网络，采用Microsoft Windows XP操作系统。

大部分接受调查的人士都已使用平面显示屏，这一点值得重视。平面显示屏非常薄，安装方便，能放在狭小的空间内，这使其在短时间内迅速普及。

接受调查的人士一般采取开放式连接和/或OPC连接，约20％采取无线连接，11%采取MES连接，9%连接到ERP系统。几乎所有接受调查的人士都采用彩色显示（95%）和/或警报功能，趋势功能（83%）和动画功能（74%）也较常见。

ABB公司的System 800xA市场经理Roy Tanner就警报与趋势功能所占比例较高的情况指出，近期在与客户展开讨论时，警报管理是经常出现的课题，这是风险降低工作加强的缘故使然。他说：“警报过频失去准确性，或者警报管理战略缺失，这都会影响工艺优化工作，加大工厂设备损坏的风险，甚至造成安全事故。”他还补充指出，系统警报特性和工具可帮助用户执行并维护适当的警报管理战略，建立适当的警报标准，并将有效的报告应用负诸实践。

目前最常用的操作系统是Microsoft Windows XP和2000，接受调查者使用这两种操作系统的各占大约一半（55%和50%），此外他们还使用Microsoft Windows NT（30%）、CE（25%）和Server 2003（16%）。接受调查者中只有约四分之一的系统具备网络功能。值得指出的是，大多数人都采用多种操作系统，也就是说，很多情况下都是多种操作系统并用的。

Wonderware的Brandt解释说：“就许多大型安装而言，用户运行的操作系统可能比较老，不过并没有遇到什么问题，因此也就没有加以改变。但是，随着生产能力的扩大，或者用户开始取代那些老化的硬件，这时原有的操作系统就不够用了。用户有时还会预先调换硬件，以利用新式软件应用功能并提高硬件的可靠性。较新的操作系统需要新式硬件的配合，因此通常我们也会同时升级软件，这就导致工作中常常发生多种版本的应用软件乃至操作系统共存的现象。”

放眼未来

升级现有HMI软件主要是为了满足新版本特性的需要（接受调查者中的42%如是指出）。不过，人们对待升级有两种不同的态度。一方面，全部接受调查者中近四分之一（23%）每当有新版本推出时都会进行升级，而另一方面，有两成人士只要完成了安装、开始运作之后就再也不进行升级了，而且认为只要系统还能工作，就没什么必要的理由非要加以改变不可，不妨保持现状。

就升级而言，13%的升级仅安装补丁。我们询问接受调查者，他们都从HMI软件供应商处要求获得哪些类型的服务，大多数人（87%）表示他们需要获得更新和补丁。超过三分之二（69%）依靠软件供应商来提供培训，而且相当数量（43%）的人士还与软件供应商合作开展程序定制和调整，这并不令人吃惊。

总体说来，用户对HMI软件的投资得以持续，努力寻找降低成本和简化应用的途径。随着功能的增强，用户将获得更多便利，有助于他们推出新式应用，推进标准化进程，并为促进这一相当活跃的业务领域持续发展做出贡献。

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