在過去的幾十年里，由于技術的飛速發展，人機界面(HMI)發生了巨大的變化。人機界面行業見證了從簡單按鈕到現代觸摸屏顯示器的演變過程。盡管如此，人們與機器交流的方式預計還會有更多的變化。企業物聯網和工業4.0等趨勢在這方面發揮著重要作用，是人機界面轉型的最重要載體。

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工業革命的四個階段

工業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、醫療保健和其他領域。它出現在工業革命的第四階段，因此要了解工業4.0的概念，重要的是探索其前身。

• 第一次工業革命

1784年，發明了第一臺機器織機，標志著工業革命和工業1.0第一階段的開始。隨后，引進了水和蒸汽動力機器，使機器能夠日夜運轉，并且不需要多個操作員。機械化是工業1.0的核心，它催生了現代制造業。

• 第二次工業革命

到了20世紀初，電力似乎取代了水和蒸汽。工業2.0時代的特點是大規模生產商品，使用裝配線和分工來優化勞動力。

• 第三次工業革命

工業革命的第三階段始于20世紀60年代末，當時出現了可編程邏輯控制器(PLC)。電子和信息技術的廣泛應用實現了制造業的進一步自動化和數字化，這是工業3.0時代的基礎。物聯網、云計算和大數據分析等技術也是第三次工業革命的關鍵驅動力。

• 第四次工業革命

我們正處于第四次工業革命之中——制造業數字化和自動化的下一次飛躍，有望帶來持續的生產力增長并改變工廠的運行方式。工業4.0引入了工人和機器之間交互的重大變化。在這個新時代，機器的職責已經超越了手工制造過程：它們開始在制造管理、資源規劃、數據收集和分析以及物流方面發揮重要作用。

工業4.0組件

工業4.0在技術的幫助下為先進生產提供了新的機會。這些技術是眾所周知的：

• 物聯網
• 3D打印
• 高級人機界面
• 大數據
• 增強現實和虛擬現實

但是，工業4.0的關鍵組件是網絡物理系統(CPS)，它是真實世界和虛擬世界融合不可或缺的技術環節。

網絡物理系統(CPS)的好處和關注點

根據工業4.0范例，網絡物理系統(CPS)越來越具有自主性和自組織性：它們可以收集數據，并對其進行分析，甚至根據其做出決策。下一個邏輯問題是“人類在制造流程中將扮演什么角色?”

一些人擔心如果智能機器取代了人類，就會出現不需要工人操作的生產設施。事實上，CPS不會取代操作員，而只會改變其角色。當智能CPS持續監控制造流程，預測或檢測正常狀態的變化時，人們可以在關鍵決策時進行干預。此外，工業4.0可以引入與大數據分析、機器人技術和機械工程相關的新工作崗位，并徹底改變人類與工程系統的溝通方式，并顯著改進流程。

可以預期的是，今天的機器被CPS取代將帶來一些主要好處：

• CPS支持工業機器、制造業供應鏈、供應商和業務系統之間的實時數據傳輸，以實現有效的決策。
• CPS支持自我監控，因此當工業資產損壞時，它會向支持工程師發送警報，以主動修復問題。這節省了維護系統功能所需的時間、金錢和精力。
• CPS允許對整個生產流程進行日常控制，這有助于使生產流程更好地滿足消費者需求。
• CPS為供應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。

新型的人機界面

隨著智能CPS正在改變人機通信過程，它們需要新型的界面來確保流暢的交互。新的人機界面系統需要更加先進，以提高效率和遠程服務操作，尤其是當工人在多塵、潮濕或黑暗的環境中與技術交互時。由于操作人員參與到關鍵決策的制造流程中，因此人機界面系統應允許輕松快速地輸入命令，以提高解決問題的準確性、安全性和速度。

考慮到這些需求，工業4.0和物聯網開發人員正在實施新型人機界面：增強的觸摸界面、語音界面、手勢界面和增強現實/虛擬現實工具。

• 增強的觸摸界面

觸摸屏顯示器自從20年前推出以來，已經取得了長足的進步，就可視化數據表示而言，它變得更加用戶友好和強大。工業接口支持物聯網和M2M連接，因此制造公司可以在本地和遠程監控現場工業操作。現代的觸摸界面非常靈敏，即使戴著手套也可以管理機器，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據訪問。在工業4.0中，語音激活界面變得不可或缺，尤其是在需要遠程操作機器的情況下。

Makino是工業語音激活人機界面的先驅公司之一，已經開發了Athena，它使用基本的語音命令來控制車間的生產設備。Athena的操作員現在不僅可以遠程發布命令，而且還可以詢問有關機器關鍵指標的問題。

• 手勢界面

與語音界面類似，手勢控制允許對工業機器或計算機系統進行無接觸操作。它們識別操作員的手或頭部的動作，并使用特殊的數學算法來控制設備或與設備交互。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，從而提供更準確、更快速的人機交互。

• 虛擬現實和增強現實工具

目前，增強現實和虛擬現實是提高效率、降低運營成本并在從庫存管理到員工培訓的許多制造流程中提高生產靈活性的最突出技術之一。

當涉及到裝配線任務時，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。增強現實工具通過疊加關鍵信息來分解這些組件，從而大大簡化組裝操作員的工作，并降低出錯的風險。

現在，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)已經將AR集成到航天器裝配中。在這種情況下，必須將一些關鍵零件(例如緊固件)的公差設置為0.5英寸，而配備增強現實眼鏡的員工現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省38美元的人工費用，每年訂購這種緊固件的數量高達數百萬個。

制造業中增強現實和虛擬現實影響的另一個范圍是員工培訓。當新員工入職時，會出現許多挑戰，包括設備和培訓老師的可用性。此外，復制一些現場場景通常很昂貴，尤其是涉及安全的場景。(來源物聯之家)洛克希德·馬丁公司還實施了增強現實技術，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%。歸根結底，這些技術提供了一種更身臨其境的在職培訓，充分提高了員工的滿意度。

最后，增強現實和虛擬現實還可以顯著減少維護和故障檢測時間。例如，大型電梯制造商蒂森克虜伯(ThyssenKrupp)已為其技術人員提供了用于維修操作的AR工具。現在，服務技術人員可以更可靠地發現問題并獲得實時的疊加指導。該公司聲稱技術人員現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)最近發表的題為《工業4.0：在準備和責任的交匯處》中，三分之二的受訪企業表示，他們正在對工業4.0采用臨時的做法，而商業領袖中只有10%的受訪者表示，他們有從各種人機界面系統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的技術采用計劃和產品配置策略，而是要在利潤和社會責任之間尋求平衡。普華永道的《數字產品開發2025》報告發現，專注于產品生命周期管理和企業資源規劃的公司預計產品開發效率將提高31%，上市時間將縮短28%。

人們將注意力轉移到可持續發展和企業社會責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，對可持續發展的關注應該是企業領導者內在社會責任的結果，而如今的客戶、員工和利益相關方越來越關注環境。許多人認為，他們的公司關注社會問題是由董事會和客戶的期望驅動的。

這讓我們看到，那些擁有全面企業社會責任政策的企業將能夠更快地創新，聘用更好的專家，并實現穩步增長。

人機界面：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4.0和人機界面提供的最大利益，因此考慮以下實施步驟至關重要：

• 首先，組織需要開始進行審計，以評估其在工業4.0成熟度等級中的當前位置，然后制定長期的戰略計劃。
• 下一步，關鍵是要建立新的領導角色，負責采用和利用人機界面的力量，并確定新的投資機會。
• 在為變革做準備時，我們還建議制定足夠的員工培訓和發展計劃。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，而這就是上述第一步制定長期戰略計劃的重要性的原因所在。

總結

借助語音和手勢控件、增強的觸摸界面以及虛擬現實和增強現實工具，人機界面在工業4.0的演進中正在向完全數字化、自動化轉變。新型的人機界面可以通過提高效率和減少停機時間來為智能工廠帶來很多好處。此外，用于重復性任務或危險環境時，它們可以簡化操作并確保工作場所的額外安全。