HMI 是什麼?完整人機介面(HMI)指南:定義、應用與未來趨勢

PLC（Programmable Logic Controller，可程式邏輯控制器）是工廠現場的「神經中樞」，負責接收感測器輸入、執行邏輯控制、驅動馬達或閥門等輸出。而 HMI （Human-Machine Interface）則是「人與 PLC 溝通的窗口」。

簡單來說：

• PLC → 機器控制：決定機台何時啟動、停止、調速。
• HMI → 操作介面：讓操作員監看 PLC 狀態、修改參數、確認警報。

兩者透過通訊協定（如 Modbus、EtherNet/IP、PROFINET、OPC UA 等）互相傳遞資料。當操作員在 HMI 上按下「啟動」按鈕，該指令會經由網路傳給 PLC；PLC 執行動作後，再回傳狀態資訊給 HMI 顯示。

因此在系統架構上，PLC 是邏輯層（控制層），HMI 是操作層（人機互動層）。兩者缺一不可，沒有 PLC，HMI 只是靜態畫面；沒有 HMI，操作員就看不到機台發生了什麼。在實務上，PLC 通常位於自動化金字塔的「控制層」，而 HMI 位於「監控層」。

若以 AVEVA 的解決方案來說，InTouch HMI 可直接連結多種 PLC 品牌（Siemens、Mitsubishi、Rockwell、Omron 等），並可將資料統一整合至 SCADA 或 MES 層，形成完整的 OT 資料流。

HMI 通常是針對單一設備或產線的操作畫面；SCADA （Supervisory Control and Data Acquisition）則涵蓋整個工廠或多場域的監控與資料採集。

簡單比喻：HMI 是「設備螢幕」，SCADA 是「控制中心牆上的監控系統」。

在現代架構下，兩者越來越緊密結合，例如 AVEVA 的 HMI/SCADA 平台可同時扮演現場操作介面與中央監控節點。

可以，但要看系統設計。現代 HMI 平台常支援 MES 整合、資料交換與報表功能，但在選型時要確認是否有對應 ISA-95、IEC 62264 標準的支援。

工業電腦（IPC）是硬體設備，HMI 可以是安裝在 IPC 上的軟體，也可以是帶螢幕的整合機。

換句話說：IPC 是載體，HMI 是功能。就像筆電是硬體、作業系統是軟體的關係。

HMI 往往是操作員登入系統的第一道門戶，因此必須：

• 啟用帳號權限控管與雙重驗證。
• 採用安全通訊協定（如 OPC UA with TLS）。
• 定期更新軟體與密碼。
• 避免將 HMI 直接連上外部網路。

依據 NIST SP 800-82 r3 與 AVEVA 安全白皮書建議，HMI 是 OT 防護架構中必須納入風險評估的核心元件。

沒有絕對答案，取決於應用場景：

• 觸控螢幕 HMI：適合需要頻繁切換畫面、查看趨勢圖、輸入參數的應用。現代工廠主流選擇。
• 按鈕式 HMI：適合高溫、高振動、戴手套操作、或需要觸覺回饋的環境（如食品加工、化工現場）。

實務上，許多工廠會混合使用：關鍵啟停用實體按鈕（避免誤觸），監控與參數設定用觸控螢幕。

有的。國際上常參考的標準包括：

• ISA-101（HMI 設計標準）：由國際自動化學會（ISA）制定，提供 HMI 畫面設計的最佳實務指引。
• ANSI/ISA-18.2（警報管理）：規範警報系統的設計、優先級分類與管理。
• 人因工程原則（Human Factors Engineering）：如 ISO 9241（人機互動工效學）。

這些標準強調：減少認知負荷、提升情境感知、降低操作錯誤率。

需要。即使是小規模產線，HMI 也能帶來以下好處：

• 提升透明度：操作員可即時看到機台狀態，不用走到機台前檢查。
• 減少停機時間：透過警報與趨勢圖，提前發現異常。
• 資料記錄：自動記錄生產數據、警報事件，方便事後分析。
• 未來擴充基礎：當產線增加時，可直接擴充 HMI 系統，不用重新建置。

小規模工廠可選擇成本較低的入門級 HMI 解決方案如 AVEVA Edge，或採用「一機多用」的工業平板電腦如研華的解決方案。

需要。定期更新的原因包括：

• 資安修補：修復已知漏洞，防止駭客攻擊。
• 功能改進：新版本通常會加入更好的使用者介面、通訊協定支援。
• 相容性維護：確保 HMI 能與新版本的 PLC、SCADA、MES 系統整合。

建議：建立「測試環境」先驗證更新，確認無問題後再部署到生產環境。同時保留舊版本備份，以防萬一。

可從以下面向評估：

1. 減少停機時間：透過即時警報與趨勢分析，提前預防設備故障。
   • 計算公式：（減少的停機小時數）×（每小時生產價值）
2. 降低操作錯誤：良好的 HMI 設計可減少誤操作導致的損失。
   • 計算公式：（減少的錯誤次數）×（每次錯誤的平均損失）
3. 提升生產效率：操作員可更快速地調整參數、切換模式。
   • 計算公式：（效率提升百分比）×（年產值）
4. 節省人力成本：一個 HMI 系統可監控多台機台，減少巡檢人力。
   • 計算公式：（節省的人力）×（年薪）

根據 AVEVA 的研究，製造業透過 HMI/SCADA 升級平均可獲得 20-30% 的生產力提升。但實際 ROI 需依個別工廠情況評估。