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用软件思维打造智能工厂 弹性与整合度更佳

2018/03/22 - 林稼弘

工业4.0带起的「智能自动化」是制造业近年来最重要议题。在过去几年系统供应商与媒体的市场教育下,2017年已经开始有台湾制造业者导入相关系统,不过台湾制造业向来以硬件产品生产为主,过去自动化设备的设计又多从硬件着手,因此即便进入智能化时代,制造业仍不免采用同样的思维;然而智能制造的核心是软硬整合,近年来软件制造技术也不断精进,因此美商英特蒙台湾分公司亚太区业务与行销副总裁洪育浩建议,有意导入智能化制造系统的台湾厂商,可采用软件解决方案,无论效率或成本,都将会有更佳体验。

洪育浩表示,「稳定性」与「高实时性」一直是自动化控制系统的两大基本设计重点。早期的PC架构由于这两方面都有所不足,因此过去业者多采用传统自动化技术。随着工业电脑性能越来越好,再加上PC本身原有的兼容性和易开发特色,近10年来,PC已成为制造系统不可或缺的技术,因此在智能制造系统中,PC的角色可有更大的应用空间,尤其在软件部分。

洪育浩以运动控制为例,过去的运动控制都以板卡为主,按照轴数购买对应的运动控制卡,若有扩充需求,就继续添购更多数量的板卡,在过去的控制系统中,这的确是让系统最快上线的方式。不过随着系统规模的扩大,缺点会逐渐浮现。首先是持续加入的运动控制卡不但会让系统架构越来越庞大,成本也随之增加;再则现在的控制系统中,不同功能的设备与系统整合需求越来越高,硬件设备之间的整合不仅有一定难度,系统结构也会更趋复杂。

针对相关问题,洪育浩认为软件是最佳解决方案。现在控制系统中PLC、运动控制、机器视觉等设备功能,都已可在PC中以软件系统运作。以英特蒙的KINGSTAR平台为例,由于软件内建了RTOS(实时操作系统),因此其效能将优于硬件板卡。再则在同一平台上,整合也相对容易,英特蒙最近就曾接到台湾某工具机厂商的案子,该客户的订单需要整合2部CNC机台与机器手臂。由于过去工具机这类设计相当少见,厂商没有前例可循。若要像以往从硬件着手,架构会相当复杂,对此英特蒙只用1台工业电脑加上该公司的KINGSTAR软件自动化平台,就可整合控制器与机器手臂。他指出,未来控制系统要整合,不该是添购更多硬件,而是先从软件面思考。

对于现在制造业者的系统设计思维,洪育浩认为多数厂商仍未体会到软件的重要性,还是习惯从硬件解决问题。虽然现在自动化大厂所推出的相关设备已可满足制造业大部分需求,不过一来成本偏高,二来自动化大厂的软硬件产品都是整套搭配建置,对使用的制造业来说,未来若有扩充需求,就会受限于同一家供应商,因此他建议制造业者在建置系统时,最好将「开放性」列入重要考量点,例如EtherCAT、GigE、PLCopen、OPC UA等就属于开放性工业标准。

以EtherCAT为例,就是目前全球自动控制领域中,厂商支持产品数量最多的标准。由于英特蒙的KINGSTAR软件平台支持EtherCAT,因此只要有符合EtherCAT标准所设计的硬件产品,无论是驱动器、I/O模块...等,使用者都可自由选用,而且只要采用KINGSTAR有测试过可用的市场品牌产品,在导入时KINGSTAR会自动扫描连线找出此一品牌与型号的EtherCAT的参数,让系统上线更容易且快速。

对于软件控制平台的未来发展,洪育浩相当具有信心。他指出,软件控制平台发展已有一段时间,未能在市场普及有两个原因,包括驱动器成本和较高市场制造设备轴数不多;就驱动器部分,近年来市场价格已经大幅调降,未来将更有竞争力;至于轴数方面,洪育浩举了工具机作为例子,过去工具机的轴数不多,只需要1张运动控制卡即可满足需求,不过随着市场的变动,现在工具机的功能需求提升,若要加上机器手臂的高端整合需求,多轴数就需要使用到2张甚至更多的运动控制卡,当然也就直接增加了成本。但对KINGSTAR这类的软件自动化平台来说,只要在设定上调整即可,不需支付额外成本,再加上系统中已有PLC、机器视觉等自动化系统功能,这时软件平台的优势就会被凸显出来。

虽然一再强调软件的重要性,不过洪育浩表示,这并非完全贬低硬件设备的优势,而是系统建置时的功能考量,必须从客观、中立的角度看。对制造业者来说,软件与硬件都只是手上的工具之一,系统建构者必须充分了解工具的功能。过去软件的功能被低估,未来自动化业者可进一步强化这部分的了解与认知,打造出最佳化系统。


图说:美商英特蒙台湾分公司亚太区业务与行销副总裁洪育浩指出,随着智能制造趋势的到来,软件控制的优势将会被凸显。