人機界面的演進

通過數(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，同時滿足現(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)型過程中，人機界面(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、角色或機器狀態(tài)進行配置和定制。這種新的靈活性為簡明高效的用戶體驗提供了巨大的空間。

為工業(yè)企業(yè)構(gòu)建簡明的HMI，可以利用HTML5等現(xiàn)代軟件技術(shù)來交付。然而，并非所有操作系統(tǒng)都針對工業(yè)嵌入式系統(tǒng)所要求的健壯性能進行了優(yōu)化，也并非所有HTML5瀏覽器都針對此類應(yīng)用進行了優(yōu)化。在本文中，我將討論工業(yè)人機界面數(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)過優(yōu)化和驗證的操作系統(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)鍵價值

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推動下，先進的人機交互系統(tǒng)(HMI)受到了廣泛關(guān)注，因為它可以助推工業(yè)機器自動化的進步。這些人機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。由此允許用戶在不離開機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，例如機械、醫(yī)療、汽車、消費電子以及水運和空運等。這些HMI讓工業(yè)運營者能夠了解生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)、收集信息并采取行動。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——包括訪問歷史/記錄信息和其他參考資源，如用戶手冊。

為了確保這些接口能夠提供真正的價值，需要具備:

- 易于使用，可以無縫集成多個數(shù)據(jù)源，包括本地和遠程。

- 為用戶提供響應(yīng)性和性能體驗。

- 輕松地定制特定的部署方式，以便與操作實踐和自動化路線圖保持一致。

- 支持語言、部署環(huán)境和設(shè)備價格/功能定制。

- 支持機器接口，包括移動和Web的遠程接口。

過渡性方法存在的問題

HMI需要運行在RAM/ROM/CPU等資源受限的平臺上，對RTOS的要求很高，可能支持的API也非常受限。在過去，或許都是直接使用C或C++來創(chuàng)建HMI，但如今典型的方法是使用工具集和框架來構(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，并在資源有限的平臺上進行了高性能優(yōu)化。HMI正在變得越來越先進，創(chuàng)建方法也遇到了挑戰(zhàn)。

- 這些都是專用的工具，需要專門的資源來開發(fā)和構(gòu)建，這就可能會增加部署成本和時間。

- 它們或許可以運行在手機和網(wǎng)頁平臺上，但沒有為此進行優(yōu)化，所以開發(fā)工作量可能會更大。

- 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、遠程數(shù)據(jù)和控制等。

- 對于特定的應(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)部署時可能存在問題。

為什么HTML5具備顛覆性

HTML5在全行業(yè)被廣泛用于Web界面的開發(fā)，它具備多個面向云數(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)，因此可以用來直接解決定制HMI開發(fā)的問題。主要表現(xiàn)在：

1. HTML5是基于標(biāo)準(zhǔn)的，并且有大量的國際社區(qū)以非?？斓乃俣戎С制浒l(fā)展。這就意味著它追蹤最新的標(biāo)準(zhǔn)和API，使其可以被簡潔快速集成進入Web功能、視頻、遠程數(shù)據(jù)和控制。

2. 容易取得現(xiàn)成的開發(fā)人員，無論是自身員工，還是聘用獨立人員，或與人力派遣機構(gòu)合作。

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

4. 無論是初始集成，還是持續(xù)更新和改進，都非?？焖俸啽?。

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)鍵性價值

RTOS在工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)非常普及。在這類應(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)確實有助于企業(yè)從他們的HMI項目中獲得最大的投資回報，并為部署在更小、資源更受限的硬件上提供支持。

Wind River VxWorks是部署最廣泛的實時操作系統(tǒng)，已經(jīng)在市場上超過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)用透析機到火星探測器，各個領(lǐng)域都長期信任和依賴VxWorks作為其創(chuàng)新解決方案的實時操作系統(tǒng)。這是因為VxWorks始終保持著硬實時性、確定性和企業(yè)需要的性能，滿足最嚴(yán)格的行業(yè)安全法規(guī)。

在稀缺資源平臺上構(gòu)建高性能HTML5界面一直是個難題。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HTML5的廣泛支持，同時占用ROM、RAM和CPU資源最少，并提供了與原生人機界面類似的性能。

Chromium之類的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器并沒有針對受限制的環(huán)境進行優(yōu)化，要么根本無法運行，要么會出現(xiàn)嚴(yán)重的性能問題。Enghouse提供了一個嵌入式瀏覽器(Enghouse智能瀏覽器)，它針對嵌入式部署進行了全面優(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，并且在過去幾年里已經(jīng)部署在數(shù)百萬的設(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平臺上。它提供了廣泛的標(biāo)準(zhǔn)化API，可以輕松地將多個數(shù)據(jù)和視頻源集成到HMI。

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

風(fēng)河和Enghouse現(xiàn)在已經(jīng)實現(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節(jié)。

客戶需求

案例客戶是全球部署工業(yè)機器的領(lǐng)先制造商。他們的機器需要先進的人機界面，可以在屏幕上集成數(shù)據(jù)、動作、媒體和網(wǎng)絡(luò)資源。因為通常是針對特定環(huán)境進行集成和定制，因此簡便和靈活性非常重要?？蛻籼峁┝藦母叨说降投说囊幌盗袡C型，每個機型都需要運行相同的HMI?？蛻粝胍粋€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渲染基于html5的HMI。這套HMI支持:

- 本地和遠程數(shù)據(jù)視圖

- 查看PDF文檔

- 查看Web網(wǎng)頁

- 控制/動作

- 查看實況攝像機

- 查看云端錄制攝像機

案例客戶現(xiàn)在擁有一個基于標(biāo)準(zhǔn)的、易于開發(fā)和集成/定制的人機界面。該界面集成了多個數(shù)據(jù)和視頻饋送，使操作人員能夠非常快速地了解隨時發(fā)生的情況，并根據(jù)需要采取行動。多地點、云和基于Web的資源可在人機界面為機器操作員——確保他們在最短的時間內(nèi)做出正確的決定。