在过去的几十年里，人机界面（HMI）由于技术的快速发展而发生了翻天覆地的变化。HMI行业见证了从简单按钮到现代触摸屏显示器的演变。尽管如此，人们与机器交流的方式仍有望发生更多变化。企业物联网和工业4.0等趋势在这方面发挥着重要作用，并且是HMI转型的最重要载体。工业革命的四个阶段工业4.0一词最初是在2011年为智能制造创造的，但后来被赋予了更广泛的定义，包括交通运输、智能建筑、采矿、石油和天然气、医疗保健和其他行业。它出现于工业革命的第四阶段，因此要理解工业4.0的概念，重要的是要探索它的前辈。第一次工业革命1784年，第一台机械织布机被发明，标志着工业革命和工业1.0第一阶段的开始。随后，引入了水力和蒸汽动力机器，使机器可以日夜运转，而无需多个操作员。机械化是工业1.0的核心，工业1.0催生了现代制造业。第二次工业革命到20世纪初，电似乎已经取代了水和蒸汽。工业2.0时代的特点是商品的大量生产、流水线的使用和分工优化劳动。第三次工业革命随着可编程逻辑控制器(PLC)的出现，工业革命的第三阶段始于1960年代后期。电子信息技术的广泛应用，使制造业进一步自动化、数字化，这是工业3.0时代的基础。物联网、云计算和大数据分析等技术也是第三次工业革命的关键驱动力。第四次工业革命我们正处于第四次工业革命之中——制造业数字化和自动化的下一次飞跃，有望带来持续的生产力提升并改变工厂的运营方式。工业4.0引入了工人与机器之间交互的重大变化。在这个新时代，机器的职责已经超越了人工制造流程：它们开始在制造管理、资源规划、数据收集和分析以及物流方面发挥重要作用。工业4.0组件工业4.0借助技术为先进生产提供了新机遇。这些技术众所周知：物联网3D打印高级人机界面大数据增强现实和虚拟现实然而，工业4.0的关键组成部分是信息物理系统(CPS)，它是融合真实和虚拟的不可或缺的技术环节世界。网络物理系统(CPS)的优势和关注点根据工业4.0范例，网络物理系统(CPS)越来越自主和自组织：它们可以收集数据、分析数据，甚至根据数据做出决策。下一个合乎逻辑的问题是“人类将在制造过程中扮演什么角色？”有人担心，如果智能机器取代人类，将会出现不需要工人操作的生产设施。事实上，CPS并不会取代运营商，只是改变了它的角色。当智能CPS持续监控制造过程、预测或检测正常条件的变化时，人类可以干预关键决策。此外，工业4.0可以引入与大数据分析、机器人技术和机械工程相关的新工作，并彻底改变人类与工程系统通信的方式并显着改进流程。可以预见，CPS对当今机器的替代将带来一些主要好处：CPS支持工业机器、制造供应链、供应商和业务系统之间的实时数据传输，以进行有效的决策。CPS支持自我监控，因此当工业资产受损时，它会向支持工程师发送警报以主动修复问题。这节省了维护系统功能所需的时间、金钱和精力。CPS允许对整个生产过程进行日常控制，这有助于使生产过程更好地满足消费者的需求。CPS为供应链提供更高程度的可见性和控制，从而提高货物的可追溯性和安全性。新型人机界面随着智能CPS正在改变人机交流的过程，它们需要新型的界面来保证交互的顺畅。新的HMI系统需要更先进，以提高效率和远程服务操作，尤其是当工人在多尘、潮湿或黑暗的环境中与技术交互时。由于操作员参与关键决策的制造过程，HMI系统应允许轻松快速地输入命令，以提高解决问题的准确性、安全性和速度。考虑到这些需求，工业4.0和物联网开发人员正在实施新型人机界面：增强型触摸界面、语音界面、手势界面和增强现实/虚拟现实工具。增强型触摸界面触摸屏显示器自20年前推出以来已经取得了长足的进步，在视觉数据表示方面变得更加用户友好和强大。工业接口支持物联网和M2M连接，因此制造公司可以在本地和远程监控现场工业运营。现代触摸界面反应灵敏，即使戴着手套也可以操作机器，为操作员提供额外的舒适度和安全性。语音界面语音界面通常没有显示信息的屏幕，而是通过免提、直观和高效的交互来促进数据访问。在工业4.0中，声控界面变得不可或缺，尤其是在需要远程操作机器时。Makino是工业语音激活人机界面的先驱之一，开发了Athena，它使用基本的语音命令来控制车间的生产设备。Athena操作员现在不仅可以远程发布命令，还可以询问有关关键机器指标的问题。手势界面与语音界面类似，手势控制允许对工业机器或计算机系统进行非接触式操作。它们识别操作员手部或头部的动作，并使用特殊的数学算法来控制设备或与设备交互。可以通过多种方法（有线手套、深度感应和立体摄像头或手部跟踪控制器）启用手势界面，从而实现更准确、更快速的人机交互。虚拟现实和增强现实工具增强现实和虚拟现实是目前最突出的技术之一，可在从库存管理到员工培训的许多制造过程中提高效率、降低运营成本和提高生产灵活性。当涉及装配线任务时，操作员通常需要非常专注才能将过多的组件精确地装配在一起。增强现实工具通过叠加关键信息来分解这些组件，极大地简化了装配操作员的工作并降低了出错的风险。员工现在不需要查看装配手册，可以随时确定他们的下一步，从而显着提高绩效。例如，世界上最大的国防承包商洛克希德马丁公司已将AR集成到航天器组装中。在这种情况下，一些关键部件（如紧固件）的公差必须设置为0.5英寸，配备增强现实眼镜的员工现在可以可靠地对齐这些部件。洛克希德公司报告称，每年订购数百万个紧固件，每年可节省38美元的劳动力。AR和VR将对制造业产生影响的另一个领域是员工培训。当新员工入职时，会出现许多挑战，包括设备和培训师的可用性。此外，复制一些现场场景通常很昂贵，尤其是在涉及安全性的情况下。（来源IoTHouse）洛克希德马丁公司还实施了增强现实技术，为其员工提供组装航天器部件的动画手册。该公司报告称，向工人解释组装说明所需的时间减少了95%，令人震惊。最终，这些技术提供了更加身临其境的在职培训，大大提高了员工的满意度。最后，增强现实和虚拟现实还可以显着减少维护和故障检测时间。例如，大型电梯制造商蒂森克虏伯为其技术人员提供了用于维护操作的AR工具。服务技术人员现在可以更可靠地识别问题并接收实时叠加指导。该公司声称技术人员现在可以比以前快四倍的速度完成维修。炒作之外要让这些技术带来真正的长期利益，需要的不仅仅是将它们引入制造工作流程。在德勤最近一项名为《工业4.0：在准备和责任的交汇处》的研究中，三分之二的受访公司表示他们正在采取临时方法来应对工业4.0，而只有10%的企业领导者表示他们有从中获取最大价值的长期战略各种人机界面系统。毫不奇怪，后一组总体上会更成功。在这种情况下，长期的方法不是制定持续的技术采用计划和产品部署策略，而是在利润和社会责任之间找到平衡点。普华永道的《数字产品开发2025》报告发现，专注于产品生命周期管理和企业资源规划的公司预计产品开发效率提高31%，上市时间缩短28%。人们将注意力转向可持续发展和企业社会责任的主要原因是来自客户和员工的压力越来越大。在一个理想的世界里，对可持续发展的关注应该是企业领导者与生俱来的社会责任的结果，但今天的客户、员工和利益相关者越来越关注环境。许多人认为，他们公司对社会问题的关注是由董事会和客户的期望驱动的。这让我们看到，那些拥有全面CSR政策的企业将能够更快地创新、聘请更好的专家并实现稳步增长。人机界面：实施技巧这里没有什么大新闻，您需要一个实施计划。由于公司的目标是获得工业4.0和HMI可以提供的最大利益，因此考虑以下实施步骤至关重要：首先，组织需要开始审计以评估其在工业4.0成熟度水平中的当前位置，然后开发一个长期的战略计划。接下来，关键是要建立新的领导角色，负责采用和利用人机界面的力量，并确定新的投资机会。在为变革做准备时，我们还建议制定适当的员工培训和发展计划。然而，准确确定您的员工需要哪些技能仍然是一项重大挑战，这就是为什么在上述第一步中制定长期战略计划如此重要。总结通过语音和手势控制、增强的触摸界面以及虚拟和增强现实工具，人机界面正在工业4.0的发展过程中向全数字化、自动化过渡。新型人机界面可以通过提高效率和减少停机时间为智能工厂带来许多好处。此外，当用于重复性任务或危险环境时，它们可以简化操作并确保工作场所的额外安全。
