按钮作为鼻祖出现，与按钮同时出现的是指示灯和开关。然后硬接线设备出现控制工程网版权所有，随之构成电气面板，然后集成电路板出现了。个人计算机和软件程序横空出世占领了显示领域，因特网的出现为信息化的普及铺平了道路。专用系统越来越“开放”，操作员显示界面一度只能监视一台设备，现在可以监视多台设备、监视整个工厂甚至监视位于世界各地的设备。
        变革在切实发生——至少人机界面（HMI）确实发生了变革。曾经非常简单且单一的功能在短短几十年的发展历程中发生了巨大的改变，成为对当今生产制造环境影响最为巨大的因素。Invensys公司的HMI监视器产品管理总监John Krajewski说，这要感谢带宽和连通性爆炸式的增长，HMI系统才能够和数以百万计的数据连接。“过去，HMI是独立的功能，完成基本的设备控制。现在，协作系统在互联互通之后，能够焕发出新的活力。”
        有史以来，工业自动化的一项任务就是对过程和作业进行监控和理解。从开/关设备发展到复杂精密的监控和分析系统经历了令人激动和引人瞩目的变化。本文就是由按钮到MMI（人机接口）到HMI再到可视化的发展历程的一瞥CONTROL ENGINEERING China版权所有，回顾了它是如何改变工业过程以及如何继续对生产加工领域产生影响的。
        回到过去
        记忆开始于按钮和指示灯、拨号和面板式测量仪表以及信号器，Pepperl+Fuchs公司的商业开发经理Louis Szabo回忆道：“即使在二十世纪九十年代晚期，很多工厂仍旧认为相比于HMI面板，按钮是一种更加经济的选择。”但是一旦生产厂商能够使用电子终端替换每个价值100美金的按钮的时候，Rockwell Automation公司的电子操作员接口商业经理Marco H.Wishart补充道：“按钮就变得格外昂贵，而电子终端则更加高效。”

今天的基于LCD的HMI终端外形和尺寸多种多样，能够满足各种可以想到的需求，可以在设备上完成监视和控制作业，
也可以实现本质安全应用。图片来源：Pepperl+Fuchs。

        PCVue公司的北美区总经理Emmanuel Ecochard说道，我们确实见证了这场变革，“这不是一种模式的转换，而是持续的改进。30年前的系统采用有线连接，十分不灵活。现在的产品使你几乎可以快速地搭建任何项目CONTROL ENGINEERING China版权所有，而且维护也很容易。”
        回忆还在继续：以前，CRT（阴极射线管）和单色屏幕加上基于文本的显示方法占据了统治地位控制工程网版权所有，Beckhoff Automation公司的技术支持经理Nathan Eisel补充道：“所谓的交互就是使用机械按钮、键盘或者鼠标而已。”
        操作员终端的初次登场是作为设备的附加组件出现，InduSoft公司的商业开发副总裁Marcia Gadbois说道：“它们能够扩展作业、提供控制功能，但是这些早期设备的命令很直白，此时的系统谈不上什么用户友好。任何种类的可视化都是在基于文本的环境下编程实现的。”
        随后，PC的诞生彻底颠覆了HMI世界。焦点由硬件转移到了软件上，设备变成了系统，HMI的任务量也更多，多到成指数增长。“HMI系统最初运行于专用系统上，”Szabo说道：“然后协同工作能力风靡一时，但是改变游戏的决定性因素出现于二十世纪九十年代后期，那时Wonderware公司和Intellution公司等引入了用于PC的控制软件。”他继续道：“二十世纪九十年代晚期还引入了新型硬件（LCD代替了CRT，本质安全性触摸屏出现），但是当今天的生产企业谈论HMI时，他们所谈论的就是软件。此时此刻，变革才真正开始。”
        二十世纪九十年代还见证了开放式系统的诞生和成长。最近，精简客户端首先出现于商业系统中，然后出现在过程工业领域。随着生产厂商开始将这种技术搭配PLC和DCS一起使用，控制室得以向工厂车间转移。“以前，HMI设备向下检查其他设备并显示其信息，”Rockwell Automation公司的可视化软件商业经理Scott A. Miller说道：“但是，很快它就能够横向和向上收集并使用信息，帮助更好地完成工作，能够完成一些以前无法完成的工作。”
        建立桥梁，消除壁垒
        显然，很多进步对HMI的变革都有所影响：处理器能力、以太网和因特网。那么哪一项的影响最为巨大呢？哪一项带来的改变对于生产制造的意义最为重要呢？举例来说，这些技术使HMI成为工厂作业中的常见技术，高端的HMI系统能够从多个来源获取数据，还能影响远程空间，操作人员可以更有把握地做出决定。
        在硬件方面，从硬接线设备向电子终端转变，这有助于一些先进能力的实现。“这种变化是逐步完成的CONTROL ENGINEERING China版权所有，也是必须的，”Rockwell Automation公司的Wishart说道：“它使我们从CRT显示器进化到LCD显示器，再到LED背光屏幕，屏幕尺寸也发生了变化。处理器能力迅速提升，HMI的能力也因此而提高。”
        在P+F公司的Szabo来看，最大差别就在于Microsoft Windows和以太网。“这两种技术都给HMI系统带来了更大的灵活性，使其能够在任何地点任何项目中如鱼得水。还要感谢连通性的进步，信息变得更加实时。”
        InduSoft公司的Gadbois将连通性和开放式系统评论为支持HMI发展和操作人员作业的中流砥柱，也指出用户界面的改良也值得注意。“正因为连通性的存在，壁垒才得以克服。我们不再是自动化孤岛，转而向离散环境发展，更多的人员得以参与决策过程，”她说道：“基于大量的可用数据通过HMI完成决策过程，为工厂运营提供高效的解决方案，我们的工作方法因此而改变。信息可以和设备相互关联。现在操作人员可以对企业产生切实的影响，因为HMI系统能为他们提供企业的完整信息，并不仅仅是一台设备的信息。”
        这些变化有一项共同的主要影响：他们都将命令中心设置在工厂之外。“越来越多的最终用户要求远程存取能力，”PcVue公司的Ecochard说道：“移动性和远程存取能力现在很重要，但是它们也会引发其他的问题。你的移动性越强，你就越容易受到攻击。移动应用的开发中，安全性必须加强。”
        Rockwell Automation公司的Scott Miller和他的同事——Rockwell Automation公司集成架构市场开发总监Mike Burrows赞同这种观点：“安全是一个重大议题，带宽亦然，”Burrows说道：“工业的发展趋势是将各种各样的技术融为一体，例如视频技术和无线技术，所以多层防御成为必然。”
        移动设备扩展了现有能力，Miller补充道：“很多设施能够将数据推送到智能电话上，这会对安全性造成威胁。操作人员携带智能终端在现场作业是很合理的，但是在智能电话上登陆网络商城的经理人就需要注意了，他们是否会误点击按钮导致生产线中止。”
        这是 HMI吗？
        智能电话是否能够成为一台HMI？在某种程度上，答案是肯定的，Gadbois说道：“这一词组正在发生变化，我们开始称HMI为‘可视化’。每一个接口都不仅仅是HMI，它们代表可视化。‘HMI’这个此可能会渐渐消失；或许可视化这个词会代替HMI，但是HMI的目的和功能将仍旧存在。”
        术语正在改变。在过去15年间，各种技术的结合构成了“可视化”这种功能和能力的集合。“我们几乎不再使用‘HMI’这个词了，”Wishart说道：“可视化就是：在多种设备上运行的软件和硬件。不管是专用面板、PC服务器、智能电话还是其他设备，都采用了同样的系统、数据和集成性。核心上来说它还是一台HMI，只不过是表现形式不一样而已。”

目前对HMI系统影响最大的进步就是多点触控技术。显示器使用电容触摸屏（PCT）并使用高触点密度来保证精度和可靠作业。资料来源：Beckhoff Automation

        Rockwell Automation公司的Miller认为可视化是一个融合点。然而，对于不同工业领域、不同的应用和不同的客户端，融合的形式是不同的，他补充道：“扩张的是各种能力被应用的方法，而非能力本身。先进的可视化系统可以存取信息，并将正确的信息发送给正确的人员。不管操作人员是每日全天面对罐瓶机、在工厂中走动还是活动于各个工厂之间，他所使用的信息都是来自于控制系统和信息系统。这些系统融合得越充分，我们就能够更好地服务于多种不同的应用。这就是HMI技术在变化的原因。”

包括Rockwell Automation 公司的PanelViewPlus 6 在内的高端HMI 产品具有更多的内存、更快的处理速度、更庞大的图形图像库文件、强大的彩色动画能力和对多语言字体库的支持。图片来源：Rockwell Automation。

        HMI的定义拓宽了，Invensys公司的Krajewski补充道。“这项技术涉足的领域已经超出‘HMI’应用的范畴，”他补充道：“应用集成度很高，HMI不可能是操作员使用的唯一机制。几年之前，一套HMI可能只需要与一台设备交互，现在HMI则控制了更大型的系统。虽然操作人员还有很多工作需要做，但是他们未来的重点将会是运营管理。在单一控制台下管理整个工厂的运营，将会是未来的开发重点。”
        史无前例，不可限量
        HMI技术具有丰富的历史，但是工业界预测其未来还将更加恢弘。“一路走来，”InduSoft公司的Gadbois说道：“我们本以为过去发生的改变已经足够巨大了，但是看看现在发生的这一切，这种变革令人惊讶。”
        当今的工业使用多种明亮程度、全色系TFT LCD显示器，Beckhof公司的Eisel指出：“触摸屏技术很普遍，使用铝或者铁加工的工业加强型的控制面板和平板电脑配备了丰富的HMI软件图像，能够创建动态的操作员界面。宽屏显示器司空见惯，很多供应商的产品都能达到全HD解析度。”
        据Rockwell Automation公司的Burrows称，变革的下一阶段中，操作员界面将会与控制器密不可分。“它们仍旧使用独立的引擎，但是会更进一步，控制器和操作员界面将会组成一个系统并且使用同一个数据库。控制器是所有数据的起点，然后到达HMI。它将成为工厂服务器，当控制环境中不再具有中央计算机而是嵌入了可视化功能，那么可视化的作用将更为巨大。”

 HMI的能力在最近几年获得了极大的提升。复杂图形图像对于大多数系统来说已经不是什么新奇之物，可以在多种移动设备上进行存取，包括智能电话和平板电脑。图片来源：InduSoft

        可以想见，对当前HMI系统影响最大的变化之一就是多点触控技术的兴起。“很多系统已经搭载了多点触控功能，”Beckhoff公司的Eisel说道：“使用投射式电容触摸屏（PCT）的显示器能够保证工业兼容性，高触控点密度确保工业用户的精确和可靠操作。戴手套操作也可以了，而且和智能电话和平板电脑类似的功能，例如缩放、滚动、对象旋转、笔触等，也将移植到工业应用中。”
        Rockwell Automation公司的Burrows将Apple公司的iPad看做是“巨大的发展方向，它展示了未来的可能：无线、移动性、云计算、数据集成”。他说道：“我并非建议在工业场合使用iPad，但是iPad确实展示了未来的可能。”
        P+F公司的Szabo认为下一个目标就是“可视化”的迅速扩张，它是一种客户端-服务器HMI架构。“具有IT支持的高性能服务器商业模型和高度分散化的精简客户端已经在工厂中有所应用，该轮到自动化模型在车间大放异彩了，”Szabo说道：“优势包括硬件更优化、低风险升级和扩展、更好的安全性和更低的生命周期成本。”
        然而，或许最大的变革并非来自于设备，而是来自于人员。“每周或者每月定期巡查的经理人可以用手指在公司盈利曲线上做操作，这是一个方面，”Invensys公司的Krajewski说道：“真正在HMI上实时观察的是操作人员，更优视觉体验的受益者是他们。现代HMI技术打破了决策过程，将其下放到了工人层面，而受到最大影响的正是这些工人。”