強固型 HMI 到底意味著什麼？

市面上有許多標榜「強固型」的人機介面 (HMI) 或操作介面，使人難以辨別強固型的真正含意。 其中涉及許多評等、標準及法律，但其目的又是什麼？
強固型代表堅固耐用；專為在惡劣條件下運作所打造及設計。 真正的強固型 HMI 通過無數測試和認證，能在潮濕、多塵、炎熱、寒冷、高震動及／或危險環境中運作。
強固型評等、標準及法律的目的在於確保設備具備下列特性：
可在部署的環境中長時間正常運作
不會成為任何安全相關意外的根源
業界中，有些人視為強固型的機型，對某些人而言卻未必合用。 定義強固型的國家／國際評等、標準及法律各不相同，並包含不同面向，視特定操作條件及國家而定。

對強固型設備的需求
在乾淨、溫濕度控制環境運作良好的設備置於髒污的戶外環境時，可能會快速故障。 工程師必須根據裝置運作環境指定組件、設備及電腦。 此項規格程序即包含 HMI。
HMI 是整合至機器或電腦系統的觸控面板顯示器，可傳輸操作者管理及控制機器的需求。
所有 HMI 的設計及製造均取決於所部署的環境。 按照強固程度的順序，考量以下 HMI 等級：

瞭解產品將用於何種地點，簡化挑選程序。 部署環境越惡劣，就必須使用越高等級的強固型組件及技術。 HMI 不僅專為極端環境所設計，更通過無數測試和認證。

以下說明強固型 HMI 的重要設計及測試領域。

溫度
最常見的議題及限制是廣泛的操作及儲存溫度範圍。 需使用強固型 HMI 的應用，有一半以上需要可在極熱和／或極冷環境下運作的解決方案。 在中東地區的油田及南美洲的礦場，溫度一般可達到 50° C 以上。 在加拿大及俄羅斯，運作溫度則長時間處於 -30° C。

濕氣、雨水及冰雪

如同所有的電子產品，濕氣是 HMI 的關鍵因素。 極少量的溼氣、雨水或冰雪就可能會毀損電子組件、縮短裝置使用壽命或使其徹底故障。 因此，強固型 HMI 通過測試和認證，具備防水功能。

粉塵及顆粒
粉塵會對電子組件造成損壞，並引發可靠性方面的問題，也會影響 HMI 的效能、可靠性及使用壽命。 特定的食物加工廠（糖果、香料、糖）、燃煤電廠及造紙廠會產生高濃度粉塵，在特定條件下可能會引起爆炸。 HMI 絕不能成為引燃粉狀物質的火花源。

震動
對 HMI 而言，與其整合的機器設備的機械震動會造成疲勞壽命、共振頻率及密封問題。 標準 HMI 不是未經震動測試，或僅經過最低限度的震動測試。 強固型 HMI 面板則以多種方法進行測試，其中包含正弦波掃頻及隨機測試（加速或功率譜密度測試）。

震盪
HMI 機械性掉落或受到撞擊／敲擊時會產生震盪。 根據震盪的程度，HMI 顯示器可能會破裂；觸控面板會部分或完全無法正常操作；電子組件斷裂或鬆脫；抑或是密封部位的整體性受到破壞。 強固型 HMI 經過設計，可承受預定操作環境中的合理震盪。

陽光
戶外應用時，在陽光直射下，標準 HMI 顯示器的內容不是無法閱讀或檢視，就是難以閱讀或檢視。 強固型 HMI 背光具備足夠的亮度，即使陽光直射，仍能清晰閱讀 HMI 的內容。 標準 HMI 的螢幕亮度為 300-500 cd/m²；部署在陽光直射環境下的強固型 HMI 顯示器則需要 1,000 cd/m² 以上的背光。 在陽光直射下，HMI 會產生額外的高溫，並受到紫外線 (UV) 的破壞性影響。 因此，強固型 HMI 設計能在 60°-70° C 的溫度範圍中運作，並含有特殊 UV 塗層。

電源議題
戶外環境通常具有不穩定的電源，對電子裝置而言十分危險。 負載突降、反極性及尖峰脈衝可能會對標準 HMI 造成電力問題。 強固型 HMI 的設計可在供電條件不牢靠或不穩定的情況下運作。

電磁相容性
HMI 必須遠離特定電磁干擾等級 (EMI)，以利正常運轉。 此外，HMI 也不得發出影響鄰近電氣設備運作的電磁干擾。 強固型 HMI 能承受更高的靜電放電 (ESD)，並容忍更高的輻射發射。

強固型設備的世界
部分產業要求其大多數的電子及運算設備必須符合特定的強固型特性。 強固型 HMI 經常部署在戶外、陽光直射、危險及易爆炸等環境中，以及多塵、潮溼和／或易受侵蝕的場地。 此外，在極惡劣環境中，例如破冰船上，強固型 HMI 還可能用於甲板上，在極圈的冰天雪地中可靠地完成視覺化任務。 最常使用強固型 HMI 的產業包括：

石油及天然氣業（鑽井、精煉、處理、配送）
供水及汙水處理業
造紙及紙漿業
化學工業
海事及航海業
礦業
農業（儲藏、處理、精製）
紡織業
運輸業
發電及配電業（煤、生質能、水力、風力、太陽能）
強固型工業

生產強固型 HMI 的製造商留意上述業界的特殊要求。 他們將確保系列產品均通過強固型測試，符合認證要求。 強固型 HMI 可承受標準 HMI 無法承受的惡劣環境，同時仍穩定有效運行。 雖然部分室內環境也要求使用強固型 HMI（粉塵、高震動、潮濕），但通常在室外環境才會需要使用現成標準 HMI 不具備的獨特功能。

在多數的強固型應用中，認證至關重要。 在工業製造部門中，認證具體指出及要求可接受安裝及使用的電氣、機械、排放、環境、安全等規定與條件。 一般來說，認證項目取決於即將安裝和使用產品的產業、個別國家和／或現行全球標準。

結論
強固型不僅只是堅固耐用。 強固型 HMI 必須面面俱到，從設計、測試一直到認證，都必須符合強固標準，可在潮濕、多塵、極端溫度、陽光直射、高震動、電力不穩、危險等環境中運作。
石油及天然氣業、礦業、供水與汙水處理業，以及海洋業均要求經極端環境驗證的 HMI。 HMI 必須針對全球最嚴格的標準進行測試認證。

強固型 HMI 的設計、工程、測試及認證程序為核心競爭力。 打造強固型 HMI 的公司均瞭解 HMI 即將部署的產業及環境。 他們期望自己的產品堅固可靠，並能長久運作。 「早測試、常測試」並非只是一句箴言，而是這些製造商文化的基礎。