在過去的幾十年里，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)見證了從簡單按鈕到現(xiàn)代觸摸屏顯示器的演變過程。盡管如此，人們與機(jī)器交流的方式預(yù)計還會有更多的變化。企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0等趨勢在這方面發(fā)揮著重要作用，是人機(jī)界面轉(zhuǎn)型的最重要載體。

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工業(yè)革命的四個階段

工業(yè)4.0一詞最初是在2011年用于智能制造，后來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第一階段的開始。隨后，引進(jìn)了水和蒸汽動力機(jī)器，使機(jī)器能夠日夜運轉(zhuǎn)，并且不需要多個操作員。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時代的特點是大規(guī)模生產(chǎn)商品，使用裝配線和分工來優(yōu)化勞動力。

• 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)用實現(xiàn)了制造業(yè)的進(jìn)一步自動化和數(shù)字化，這是工業(yè)3.0時代的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(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)字化和自動化的下一次飛躍，有望帶來持續(xù)的生產(chǎn)力增長并改變工廠的運行方式。工業(yè)4.0引入了工人和機(jī)器之間交互的重大變化。在這個新時代，機(jī)器的職責(zé)已經(jīng)超越了手工制造過程：它們開始在制造管理、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。這些技術(shù)是眾所周知的：

• 物聯(lián)網(wǎng)
• 3D打印
• 高級人機(jī)界面
• 大數(shù)據(jù)
• 增強(qiáng)現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實

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

根據(jù)工業(yè)4.0范例，網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)(CPS)越來越具有自主性和自組織性：它們可以收集數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析，甚至根據(jù)其做出決策。下一個邏輯問題是“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，就會出現(xiàn)不需要工人操作的生產(chǎn)設(shè)施。事實上，CPS不會取代操作員，而只會改變其角色。當(dāng)智能CPS持續(xù)監(jiān)控制造流程，預(yù)測或檢測正常狀態(tài)的變化時，人們可以在關(guān)鍵決策時進(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)之間的實時數(shù)據(jù)傳輸，以實現(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，它會向支持工程師發(fā)送警報，以主動修復(fù)問題。這節(jié)省了維護(hù)系統(tǒng)功能所需的時間、金錢和精力。
• CPS允許對整個生產(chǎn)流程進(jìn)行日常控制，這有助于使生產(chǎn)流程更好地滿足消費者需求。
• CPS為供應(yīng)鏈提供了更高程度的可見性和控制，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)通信過程，它們需要新型的界面來確保流暢的交互。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。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)開發(fā)人員正在實施新型人機(jī)界面：增強(qiáng)的觸摸界面、語音界面、手勢界面和增強(qiáng)現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實工具。

• 增強(qiáng)的觸摸界面

觸摸屏顯示器自從20年前推出以來，已經(jīng)取得了長足的進(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)場工業(yè)操作。現(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，從而為操作員帶來額外的舒適度和安全性。

• 語音界面

語音界面通常沒有顯示信息的屏幕，而是通過免提、直觀和高效的交互來方便數(shù)據(jù)訪問。在工業(yè)4.0中，語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)語音激活人機(jī)界面的先驅(qū)公司之一，已經(jīng)開發(fā)了Athena，它使用基本的語音命令來控制車間的生產(chǎn)設(shè)備。Athena的操作員現(xiàn)在不僅可以遠(yuǎn)程發(fā)布命令，而且還可以詢問有關(guān)機(jī)器關(guān)鍵指標(biāo)的問題。

• 手勢界面

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

• 虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實工具

目前，增強(qiáng)現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實是提高效率、降低運營成本并在從庫存管理到員工培訓(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，操作員通常需要非常專注，以將過多的組件精確地組裝在一起。增強(qiáng)現(xiàn)實工具通過疊加關(guān)鍵信息來分解這些組件，從而大大簡化組裝操作員的工作，并降低出錯的風(fēng)險。

現(xiàn)在，員工無需檢查組裝手冊，并且可以隨時確定他們的下一步工作，這極大地提高了績效。例如，全球最大的國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)實眼鏡的員工現(xiàn)在可以可靠地對齊這些組件。洛克希德(Lockheed)報告說，每個緊固件每年可節(jié)省38美元的人工費用，每年訂購這種緊固件的數(shù)量高達(dá)數(shù)百萬個。

制造業(yè)中增強(qiáng)現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實影響的另一個范圍是員工培訓(xùn)。當(dāng)新員工入職時，會出現(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)場場景通常很昂貴，尤其是涉及安全的場景。(來源物聯(lián)之家)洛克希德·馬丁公司還實施了增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，為其員工提供組裝航天器部件的動畫手冊。該公司報告稱，向工人解釋裝配說明所需的時間驚人地減少了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)實和虛擬現(xiàn)實還可以顯著減少維護(hù)和故障檢測時間。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)問題并獲得實時的疊加指導(dǎo)。該公司聲稱技術(shù)人員現(xiàn)在可以比以前快四倍時間完成維修。

超越炒作

要讓這些技術(shù)帶來真正的長期效益，不僅需要將其簡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，他們正在對工業(yè)4.0采用臨時的做法，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)中獲取最大價值的長期策略。毫不奇怪，后一組將在整體上取得更大成功。

在這種情況下，長期方法不是要制定持續(xù)的技術(shù)采用計劃和產(chǎn)品配置策略，而是要在利潤和社會責(zé)任之間尋求平衡。普華永道的《數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)2025》報告發(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)計產(chǎn)品開發(fā)效率將提高31%，上市時間將縮短28%。

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

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

人機(jī)界面：實施技巧

這里沒有什么大新聞，您需要一個實施計劃。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，因此考慮以下實施步驟至關(guān)重要：

• 首先，組織需要開始進(jìn)行審計，以評估其在工業(yè)4.0成熟度等級中的當(dāng)前位置，然后制定長期的戰(zhàn)略計劃。
• 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。
• 在為變革做準(zhǔn)備時，我們還建議制定足夠的員工培訓(xùn)和發(fā)展計劃。然而，確定您的員工到底需要哪些技能仍然是一項重大挑戰(zhàn)，而這就是上述第一步制定長期戰(zhàn)略計劃的重要性的原因所在。

總結(jié)

借助語音和手勢控件、增強(qiáng)的觸摸界面以及虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實工具，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、自動化轉(zhuǎn)變。新型的人機(jī)界面可以通過提高效率和減少停機(jī)時間來為智能工廠帶來很多好處。此外，用于重復(fù)性任務(wù)或危險環(huán)境時，它們可以簡化操作并確保工作場所的額外安全。