一、 本項目的技術和產業發展背景和必要性

人機界面產品的基本概念

人機界面（Human-Machine Interface），是人與機器進行交互的操作方式，即用戶與機器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。好的人機界面美觀易懂、操作簡單且具有引導功能，使用戶感覺愉快、興趣增強，從而提高設備的使用效率。HMI為英文Human-Machine Interface的縮寫 。

人機界面產品（以下簡稱HMI產品）是工業自動化系統中用來連接可編程序控制器（PLC:Programmable Logic Controller）、變頻器、直流調速器、儀表等工業控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數或輸入操作命令，實現人與機器信息交互的數字設備；人機界面產品由硬件和軟件兩部分組成。

人機界面產品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括中央處理單元、顯示單元、輸入單元、通訊接口單元、數據存貯單元等，其中處理單元的性能決定了HMI產品的性能高低，是HMI產品的核心單元。根據HMI產品的等級不同，中央處理單元可分別選用8位、16位、32位的處理器。

HMI產品的軟件一般分為兩部分：即運行于HMI產品嵌入式硬件系統中的實時管理軟件和運行于PC機Windows操作系統下的工程畫面組態軟件（如JB－HMI畫面組態軟件）。使用者都必須先使用HMI產品的畫面組態軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI 產品的串行、USB等通訊接口，把編制好的“工程文件”下載到HMI產品的中央處理器中運行。

人機界面產品國、內外研究及發展趨勢

人機界面產品的發展歷史：

人機界面產品的發展是隨著工業自動化技術的發展應運而生的，同時隨著計算機軟硬件技術和大規模集成電路技術的飛速發展，人機界面產品也在不斷的發展和級別中，人機界面的發展大致可分為如下幾個階段：

· 20世紀80年代以前：由狀態指示燈和機械開關等組成的人機操縱界面屏

· 20世紀80年代：由數碼管、字符顯示終端和鍵盤等組成的字符人機界面產品

· 20世紀90年代：由8位單片機、多種輸入設備（如觸摸屏）和光柵圖形顯示設備、 個人計算機（PC），工作站等組成的智能人機交互設備。

· 21世紀2000年以后：基于超大規模集成微處理器（16位單片機、32位微處理器）、嵌入式實時操作系統、液晶顯示單元、網絡單元等組成的新一代人智能機界面產品。

新一代智能人機界面產品的分類：

· 一類產品：薄膜鍵盤輸入的HMI產品，顯示尺寸小于5.7寸，畫面組態軟件免費，僅支持一個串行接口設備，一般可稱為小型人機界面或文本顯示器，易使用、價格低、常用于小型機械設備的電氣控制中，市場占有率巨大。

· 二類產品：觸摸屏輸入的HMI產品，顯示屏尺寸為5.7ˊ～12.1寸，同時支持2個串行接口設備，無網絡接口。畫面組態軟件免費，一般可稱為“觸摸屏”，使用較復雜、價格中等、用于中型機械設備，市場占有率較大。

· 三類產品： 基于工業平板PC計算機的、具有多種通訊接口（如網絡接口）、多功能的HMI產品，界面顯示屏的尺寸大于10.4寸，畫面組態軟件收費，一般稱為計算機控制單元，使用復雜、價格高、大型工業設備中使用，市場占有率低。

隨著超大規模集成電路技術和計算機技術的飛速發展，未來的人機界面產品在功能上的高、中、低劃分將越來越不明顯，中低端的HMI產品的性能將越來越強，高端產品的價格也將越來越向中低端靠攏；5.7寸以上的HMI產品將全部是彩色顯示屏，屏的壽命也將更長。由于核心微處理器單元的成本、大規模集成電路成本和液晶顯示器硬件成本的進一步降低，HMI產品將向兩個方向發展，其一：以工業平板PC計算機為HMI硬件的高端產品，因為這種高端的產品在處理器速度、存儲容量、通訊接口種類和數量、組網能力、軟件資源共享上都有較大的優勢，是未來HMI產品的高端發展方向。其二：小尺寸的（顯示尺寸小于5.7寸）HMI產品，由于其在體積和價格上的優勢，隨著其功能（如增加IO功能、網絡鏈接功能、多串口功能等）和性能（如采用32位高性能微處理器、加大存儲容量等）的進一步增強，將在低端的中、小型機械設備的人機交互應用中得到廣泛應用。

雖然人機界面產品發展了很多年，但由于性能及價格等因素的限制，歐美日等發達國家在自動化領域大比例應用基于微處理器的人機界面產品始于上世紀90代，而我國在自動化機械設備產品中大比例使用智能人機界面產品則始于本世紀初。隨著計算機技術、液晶顯示設備、集成電路、網絡通訊技術的發展，HMI產品已經逐漸成為了主流自動化機械設備上的標配產品，同時HMI產品的應用行業范圍也已經從開始的傳統工業延伸到了交通、物流、市政、醫療設備、智能家居等需要人機交互的廣闊領域中。

當前國、內外人機界面產品市場情況：

由于人機界面產品是從自動化領域中發展應用而來的，國際上各大工業自動化公司（西門子、施耐德、GE、三菱、OMRON等）都有自己的人機界面產品，且產品線主要集中在二、三類HMI產品。由于HMI產品在自動化領域里的應用比例大幅度提高，無論從深度還是廣度方面都有了顯著的成長，2006年以來這些知名的自動化公司也開始涉足一類小型HMI產品的開發和銷售。

2003年我國臺灣自動化廠商的HMI產品開始進入大陸國內市場，臺灣這些公司的產品主要集中在二類HMI產品的開發和銷售；我們國內的自動化廠商由于自有研發能力和自動化水平的限制，直到2004年才開始HMI產品的仿制和開發，到2008年為止，國內市場有不到十家公司真正開發了自主知識產權的人機界面產品，且產品主要集中在一、二類HMI產品。目前由于價格、易用性等原因，2006年以來，國產和臺灣的HMI產品在中低端國內市場的占有率遙遙領先于國際上的知名廠商。

當前國內、外人機界面產品中使用的技術情況：（以一、二類HMI產品為例）

從上面可以看出，國內小型人機界面產品（一類HMI產品）在性能上存在一些不足，主要表現在處理速度慢、功能簡單，存儲容量小，接口類型單一；雖然我們在產品的多樣化方面已做出了努力，如開發了基于8位單片機處理器的雙串口文本顯示器、POP手持文本顯示器等，但仍無法滿足工業自動化設備對處理速度、大存儲容量及組網鏈接的要求。

我們經過分析研究發現，這種不足，完全是由于國內的一類HMI產品采用的處理器大多是性能較低的8位單片機。雖然8位單片機價格低廉，功能靈活，容易開發，卻越來越無法滿足現代工業自動化設備對人機界面產品功能的要求。但這種低成本的人機界面產品又是市場占有率最大的HMI產品，是其它高成本人機界面產品不可替代的，有著巨大的市場前景，特別在小型、低價格機械設備的電氣控制中。