人機(jī)界面的演進(jìn)

通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，工業(yè)企業(yè)可以降低成本、提高效率和生產(chǎn)率，同時(shí)滿(mǎn)足現(xiàn)代化制造環(huán)境的約束，交付安全性、可靠性確有保障的產(chǎn)品。

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)程中，人機(jī)界面(HMI)顯得格外重要。HMI現(xiàn)在完全處于軟件控制之下，可以根據(jù)特定的用戶(hù)、角色或機(jī)器狀態(tài)進(jìn)行配置和定制。這種新的靈活性為簡(jiǎn)明高效的用戶(hù)體驗(yàn)提供了巨大的空間。

為工業(yè)企業(yè)構(gòu)建簡(jiǎn)明的HMI，可以利用HTML5等現(xiàn)代軟件技術(shù)來(lái)交付。然而，并非所有操作系統(tǒng)都針對(duì)工業(yè)嵌入式系統(tǒng)所要求的健壯性能進(jìn)行了優(yōu)化，也并非所有HTML5瀏覽器都針對(duì)此類(lèi)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。在本文中，我將討論工業(yè)人機(jī)界面數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)考慮的關(guān)鍵要素，并介紹為部署在這一領(lǐng)域而經(jīng)過(guò)優(yōu)化和驗(yàn)證的操作系統(tǒng)與瀏覽器技術(shù)。風(fēng)河公司和Enghouse共同展示了我們的技術(shù)組合，強(qiáng)力支持工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

工業(yè)企業(yè)所追求的關(guān)鍵價(jià)值

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推動(dòng)下，先進(jìn)的人機(jī)交互系統(tǒng)(HMI)受到了廣泛關(guān)注，因?yàn)樗梢灾乒I(yè)機(jī)器自動(dòng)化的進(jìn)步。這些人機(jī)界面通常是集成了多種功能的觸摸屏，包括控制功能、監(jiān)控和視頻。由此允許用戶(hù)在不離開(kāi)機(jī)器工作站的情況下引入更多操作所需的附加信息和控制功能。HMI所調(diào)閱和顯示的信息既可以是本地的，也可以是遠(yuǎn)程的，包括基于云的。

這種靈活的HMI在很多行業(yè)領(lǐng)域都能發(fā)揮作用，例如機(jī)械、醫(yī)療、汽車(chē)、消費(fèi)電子以及水運(yùn)和空運(yùn)等。這些HMI讓工業(yè)運(yùn)營(yíng)者能夠了解生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)、收集信息并采取行動(dòng)。這些界面通常包括理解系統(tǒng)狀態(tài)所需的所有功能——包括視頻和富媒體的整合。其中可以整合所有必要的信息以便理解數(shù)據(jù)的含義——包括訪問(wèn)歷史/記錄信息和其他參考資源，如用戶(hù)手冊(cè)。

為了確保這些接口能夠提供真正的價(jià)值，需要具備:

- 易于使用，可以無(wú)縫集成多個(gè)數(shù)據(jù)源，包括本地和遠(yuǎn)程。

- 為用戶(hù)提供響應(yīng)性和性能體驗(yàn)。

- 輕松地定制特定的部署方式，以便與操作實(shí)踐和自動(dòng)化路線圖保持一致。

- 支持語(yǔ)言、部署環(huán)境和設(shè)備價(jià)格/功能定制。

- 支持機(jī)器接口，包括移動(dòng)和Web的遠(yuǎn)程接口。

過(guò)渡性方法存在的問(wèn)題

HMI需要運(yùn)行在RAM/ROM/CPU等資源受限的平臺(tái)上，對(duì)RTOS的要求很高，可能支持的API也非常受限。在過(guò)去，或許都是直接使用C或C++來(lái)創(chuàng)建HMI，但如今典型的方法是使用工具集和框架來(lái)構(gòu)建原生界面。這些工具集和框架已廣泛部署在大量的工業(yè)部門(mén)，并在資源有限的平臺(tái)上進(jìn)行了高性能優(yōu)化。HMI正在變得越來(lái)越先進(jìn)，創(chuàng)建方法也遇到了挑戰(zhàn)。

- 這些都是專(zhuān)用的工具，需要專(zhuān)門(mén)的資源來(lái)開(kāi)發(fā)和構(gòu)建，這就可能會(huì)增加部署成本和時(shí)間。

- 它們或許可以運(yùn)行在手機(jī)和網(wǎng)頁(yè)平臺(tái)上，但沒(méi)有為此進(jìn)行優(yōu)化，所以開(kāi)發(fā)工作量可能會(huì)更大。

- 它們通常需要大量的高成本集成工作，諸如網(wǎng)絡(luò)功能、視頻、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)和控制等。

- 對(duì)于特定的應(yīng)用，集成和裁剪工作可能既昂貴又緩慢。

- GPL授權(quán)軟件在用于商業(yè)部署時(shí)可能存在問(wèn)題。

為什么HTML5具備顛覆性

HTML5在全行業(yè)被廣泛用于Web界面的開(kāi)發(fā)，它具備多個(gè)面向云數(shù)據(jù)和視頻等數(shù)據(jù)源的標(biāo)準(zhǔn)接口，而且還原生支持Web內(nèi)容呈現(xiàn)，因此可以用來(lái)直接解決定制HMI開(kāi)發(fā)的問(wèn)題。主要表現(xiàn)在：

1. HTML5是基于標(biāo)準(zhǔn)的，并且有大量的國(guó)際社區(qū)以非常快的速度支持其發(fā)展。這就意味著它追蹤最新的標(biāo)準(zhǔn)和API，使其可以被簡(jiǎn)潔快速集成進(jìn)入Web功能、視頻、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)和控制。

2. 容易取得現(xiàn)成的開(kāi)發(fā)人員，無(wú)論是自身員工，還是聘用獨(dú)立人員，或與人力派遣機(jī)構(gòu)合作。

3.為設(shè)備部署而構(gòu)建的接口也可以用于PC/MAC或移動(dòng)平臺(tái)上的遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

4. 無(wú)論是初始集成，還是持續(xù)更新和改進(jìn)，都非?？焖俸?jiǎn)便。

5. 可以根據(jù)不同的模型(Good、Better、Best)或不同的工業(yè)環(huán)境快速定制。

關(guān)鍵性?xún)r(jià)值

RTOS在工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)非常普及。在這類(lèi)應(yīng)用中功能安全性、信息安全性和認(rèn)證都非常重要。因此，擁有跨越Linux和RTOS的HMI技術(shù)確實(shí)有助于企業(yè)從他們的HMI項(xiàng)目中獲得最大的投資回報(bào)，并為部署在更小、資源更受限的硬件上提供支持。

Wind River VxWorks是部署最廣泛的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，已經(jīng)在市場(chǎng)上超過(guò)40年。它支持企業(yè)在可靠的軟件基礎(chǔ)上可靠地部署嵌入式和安全關(guān)鍵型應(yīng)用。從醫(yī)用透析機(jī)到火星探測(cè)器，各個(gè)領(lǐng)域都長(zhǎng)期信任和依賴(lài)VxWorks作為其創(chuàng)新解決方案的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。這是因?yàn)閂xWorks始終保持著硬實(shí)時(shí)性、確定性和企業(yè)需要的性能，滿(mǎn)足最嚴(yán)格的行業(yè)安全法規(guī)。

在稀缺資源平臺(tái)上構(gòu)建高性能HTML5界面一直是個(gè)難題。嵌入式瀏覽器技術(shù)提供了很好的解決方案。嵌入式瀏覽器提供了對(duì)HTML5的廣泛支持，同時(shí)占用ROM、RAM和CPU資源最少，并提供了與原生人機(jī)界面類(lèi)似的性能。

Chromium之類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器并沒(méi)有針對(duì)受限制的環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，要么根本無(wú)法運(yùn)行，要么會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的性能問(wèn)題。Enghouse提供了一個(gè)嵌入式瀏覽器(Enghouse智能瀏覽器)，它針對(duì)嵌入式部署進(jìn)行了全面優(yōu)化。

在向嵌入式應(yīng)用提供基于瀏覽器的解決方案方面，Enghouse擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且在過(guò)去幾年里已經(jīng)部署在數(shù)百萬(wàn)的設(shè)備上。Enghouse智能瀏覽器具有高度靈活的移植層，可以快速輕松地移植到新的操作系統(tǒng)和SOC平臺(tái)上。它提供了廣泛的標(biāo)準(zhǔn)化API，可以輕松地將多個(gè)數(shù)據(jù)和視頻源集成到HMI。

風(fēng)河和Enghouse共同創(chuàng)造了實(shí)際可行的解決方案

風(fēng)河和Enghouse現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將Enghouse智能瀏覽器移植到Wind River Linux和Wind River VxWorks操作系統(tǒng)的解決方案。這些解決方案都已經(jīng)部署在NXP和其他領(lǐng)先供應(yīng)商的芯片組上。下面作為案例研究提供了最近集成的一些細(xì)節(jié)。

客戶(hù)需求

案例客戶(hù)是全球部署工業(yè)機(jī)器的領(lǐng)先制造商。他們的機(jī)器需要先進(jìn)的人機(jī)界面，可以在屏幕上集成數(shù)據(jù)、動(dòng)作、媒體和網(wǎng)絡(luò)資源。因?yàn)橥ǔＪ轻槍?duì)特定環(huán)境進(jìn)行集成和定制，因此簡(jiǎn)便和靈活性非常重要?？蛻?hù)提供了從高端到低端的一系列機(jī)型，每個(gè)機(jī)型都需要運(yùn)行相同的HMI?？蛻?hù)想要一個(gè)圖形化和高性能的HMI。

風(fēng)河/Enghouse 解決方案

    硬件/操作系統(tǒng)平臺(tái)是:

- SOC:NXP i.MX8 Family

- VxWorks 7 for Arm 64 bit

- ROM (用于瀏覽器) – 100MB

- RAM (用于瀏覽器以及基于瀏覽器的應(yīng)用)—— 250MB

- 圖形 OpenGL ES 2.0

支持 HTML5 特性/擴(kuò)展:

- 標(biāo)準(zhǔn) HTLM5/CSS

- MP4/H.264 視頻回放

- RTSP 流回放H.264視頻和 Motion-JPEG

- 多重視頻回放

- 可用的網(wǎng)絡(luò)攝像頭控制JavaScript API，包括PTZ

- 支持第三方字體引擎

Enghouse提供了智能瀏覽器來(lái)渲染基于html5的HMI。這套HMI支持:

- 本地和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)視圖

- 查看PDF文檔

- 查看Web網(wǎng)頁(yè)

- 控制/動(dòng)作

- 查看實(shí)況攝像機(jī)

- 查看云端錄制攝像機(jī)

案例客戶(hù)現(xiàn)在擁有一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的、易于開(kāi)發(fā)和集成/定制的人機(jī)界面。該界面集成了多個(gè)數(shù)據(jù)和視頻饋送，使操作人員能夠非常快速地了解隨時(shí)發(fā)生的情況，并根據(jù)需要采取行動(dòng)。多地點(diǎn)、云和基于Web的資源可在人機(jī)界面為機(jī)器操作員——確保他們?cè)谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)做出正確的決定。