浅谈人机交互界面和工业智能化

随着计算机以及控制技术的发展，传统的工业控制技术已经逐渐地被智能控制技术所替代，智能化工业控制系统的发展为工业领域的发展提供了最强的技术保证，是推动企业持续创新发展的有效途径。中国是全球人机界面需求量最大的市场，但却不是全球人机界面产品销售额最高的市场。国内的自动化产业，一些原本不用人机界面的行业，也开始使用人机界面了，这说明人机界面已经成为客户体验的不可缺少的一部分，人机界面的用户界面能更好地反映出设备和流程的状态，并通过视觉和触摸的效果，带给客户更直观的感受。

有些机械行业，比如说机床、纺织机械、电子设备等行业，在国内已经发展有几十年的历史了，相对来说属于比较成熟的行业，从长远看，这些行业还存在着设备升级换代的需求。在这个升级换代的过程中，确实会有一些小的、一直使用比较低端产品的厂家被淘汰掉，但也有很多企业在设备更新过程中，将需求重新定位，去寻找那些能够符合他们发展计划，帮助他们提高自身生产力的设备供应商。

鉴于这种需求，以后人机界面的改变，将在形状上、观念上、应用场合等方面都有所改变，从而带来工控机核心技术的一次次变革。总体来讲，人机界面的未来发展趋势是六个现代化：平台嵌入化、品牌民族化、设备智能化、界面时尚化、通讯网络化和节能环保化。

图1 系统的总体框图

智能工业：是将具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能化的新阶段。总的来说，智能工业的实现是基于物联网技术的渗透和应用，并与未来先进制造技术相结合，形成新的智能化的制造体系。

传统的工业自动化控制系统主要包括3个层次，分别是设备层(device layer)、控制层(control layer)、以及信息层(information layer)。设备层的功能是将现场设备以网络节点的形式挂接在现场总线网络上，依照现场总线的协议标准，设备采用功能模块的结构，通过组态设计，完成数据撷取、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制等各种功能；

控制层是自动化的基础，从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、警报和趋势分析等功能，控制层的功能一般由工业计算机或PLC等控制器完成，这些控制器具备网络能力以协调网络节点之间的数据通信，同时也实现现场总线网段与以太网段的连接；第三层信息层提供实现远程控制的平台，并连接到企业自动化系统，同时从控制层提取有关生产数据用于制定综合管理决策。

自另一个角度来，物联网可以使所谓的自动化跟信息化『两化融合』的愿景更具体实现，自动化业者长期以来都朝著信息化目标前进，在物联网的基础下，原先传统的C/S(Client/Server)架构，可以转换成B/S(Browser/Server)架构，在生产制造、智能建筑、新能源、环境监控、以及设备控制领域有更广泛的应用。具体而言，自动化资料如果没有经过讯息化的集成，一般使用者还是无法使用；同样的，如果仅有讯息化功能，却缺乏自动化的内容，一样也是空泛无用，两者缺一不可。[

与未来先进制造技术相结合是物联网应用的生命力所在。物联网是信息通信技术发展的新一轮制高点，正在工业领域广泛渗透和应用，并与未来先进制造技术相结合，形成新的智能化的制造体系。这一制造体系仍在不断发展和完善之中。概括起来，物联网与先进制造技术的结合主要体现在8个领域。

泛在感知网络技术　泛在制造信息处理技术　虚拟现实技术　人机交互技术　空间协同技术　平行管理技术　电子商务技术　系统集成制造技术　

从整体上来看，工业智能化还处于起步阶段。工业智能化在工业领域的大规模应用还面临一些关键技术问题，概括起来主要有以下几个方面。

工业用传感器　工业无线网络技术　工业过程建模　

此外，工业智能化在工业领域的大规模应用还面临工业集成服务代理总线技术、工业语义中间件平台等关键技术问题。[3]

中国高端ARM嵌入式设计服务领导者上海辰汉电子科技有限公司对智能工业控制和人机交互界面有着独到见解。

辰汉电子认为：工业化的基础是自动化，自动化领域发展了近百年，理论，实践都已经非常完善了。特别是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂营运而生的DCS控制系统，更是计算机技术，系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术结合的产物。DCS的理念是分散控制，集中管理。虽然自动设备全部联网，并能在控制中心监控信息而通过操作员来集中管理。但操作员的水平决定了整个系统的优化程度。[page]

有经验的操作员可以使生产最优，而缺乏经验的操作员只是保证了生产的安全性。是否有办法做到分散控制，集中优化管理？需要通过物联网根据所有监控信息，通过分析与优化技术，找到最优的控制方法，是物联网可以带给DCS控制系统的。

如今，对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求，催生了以太网和控制网络的结合，网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等新兴技术融合进来，从而拓展了工业控制的发展空间，带来新的发展机遇。智能化的工业控制正迅猛成长。　

辰汉电子还认为：人机交互是计算机科学和认知心理学相结合的产物，同时还涉及到人体工效学、社会学、生理学、医学、语言学、哲学等诸多学科，是一门综合性很强的科学，因此对研究人员的知识结构要求很高，需要有着深厚工业自动化经验，对人机交互界面有独到理解的研发企业。各行各业蓬勃发展，制造业、IT业、汽车行业等都需要设计。而且这些设计不仅要好看，还要好用。现在，人不但要跟机器打交道，还要跟物品打交道，跟汽车打交道，这些都需要人机界面。因此，现在很多人都开始研究人机界面，这是各种创新中非常重要的一环，它触及了创新的最核心。

作为物联网智能设备的领导厂商，辰汉电子已经强烈感觉到智能型人机交互产品面临着巨大的机会和挑战，一方面高性能的嵌入式处理器如单核到多核的高端ARM处理器和智能化的操作系统如Android已经渗透到人们生活的各个方面，与之相伴的是工业类智能产品也越来越需要更好的用户体验，更高的性能，更低的功耗，便宜的价格，能无缝的与手机，桌面，云端相连。

传统的基于x86或低端ARM构架的封闭的windows应用已经无法满足广大开发者和集成商的需要。工业互联网的冰山一角刚刚打开，相信新一代的基于android的人机交互产品必然带给用户非凡的体验，实现巨大的价值。