研华为钢铁工厂建置设备诊断云端平台系统

研华的WISE-PaaS云平台系统架构图。

对工业4.0而言，智能工厂的落实必须仰赖大数据分析来促成，而大数据的分析则必须奠基于可蒐集数据的边缘智能应用(Edge Intelligence)、以及可提供强大储存、运算与显示能力以及方便管理的云端平台。以设备故障诊断为例，原本分散在工厂各处的众多设备仅靠经验丰富的设备维护管理人员来发现问题或等到设备出问题再排修都是缓不济急的传统做法。如今透过设备诊断云端平台系统，管理人员既可对每一台机器设备的运作状态了若指掌，于发生故障之前就能尽速进行必要处置以排除问题；还能透过分析历史数据来对设备进行瑕疵检测，从而提升设备使用寿命并减少因设备故障造成产线停摆。

而相较于由企业耗费大量的人力与时间来自行建置私有云，研华的WISE-PaaS云平台系统是更省时省力的解决方案。透过整合地端、边缘端与云端所需的软硬件，WISE-PaaS不仅是易于扩充且具有良好稳定性的端到云完整解决方案，其内含的数据可视化工具可方便使用者设计人机界面(HMI)，而线上软件更新管理模块则是易于线上管理的好帮手；再加上，研华在工业4.0与智能工厂的多年经验，可针对私有云平台系统的建置提供最专业的谘询服务，从而协助制造业者规划出适切的设备诊断云端平台系统，并有效降低专案开发所需耗费的时间与人力。

台湾某国际知名的钢铁企业是一家勇于创新且重视IT应用的公司，其生产的钢板、条钢、热轧、冷轧等钢品受到海内外客户的肯定。由于钢品需经过原料处理、炼铁、炼钢及轧钢等十多道步骤才能完成，设备维护管理人员因而必须为占地数百公顷厂区内的各式各样机器与设备进行维护与管理，导致产在线一直存在着维修人力欠缺的问题。该公司希望利用云端平台与大数据分析等技术来补强人力的不足，因此启动了设备监诊云端化专案，并决定率先导入有数百台设备的冷轧工场。

该公司意欲建置的设备诊断云端平台系统，必须能线上监控设备状况，同时也得将数据后送给云端平台机器学习软件模块进行大数据分析，以便能建立像是瑕疵检测及预防诊断之预测模型。因此选购一套从最底层的软硬件建置到最上层的云端服务均包含在内的私有云解决方案是能早日完成专案又最具经济效益的做法。而此套私有云解决方案除了要具有可扩充性以便日后能将更多设备纳入系统管理之外，提供值得信赖的稳定性以确保系统正常运作亦是必要条件之一。此外，解决方案还需提供相关功能来满足数据一致性、个别机台训练、边缘端异常事件处理、数据可视化、数据撷取／边缘装置监控等需求。

研华以边缘智能装置Smart Box、线上装置监控及管理软件WISE-PaaS/RMM、物联网云平台WISE-PaaS/EnSaaS、数据可视化工具WISE-PaaS/Dashboard与线上软件更新管理服务WISE-PaaS/OTA整合而成的私有云平台系统是套软硬兼具的端到云完整解决方案。

在地端，Smart Box可连接振动传感器来采集冷轧工场的设备数据并上传至云端数据库；在云端，WISE-PaaS/EnSaaS建构的物联网云平台可向下整合数百台的Smart Box与向上提供数据给使用者自行设计的App。而安装于该平台内的WebAccess/SCADA与WISE-PaaS/RMM是负责监控与管理私有云内的所有设备与装置。另外，WISE-PaaS/Dashboard与WISE-PaaS/OTA这两款实用工具则有助于系统维护与管理。

这套设备诊断云端平台系统因为建构于研华的WISE-PaaS平台上，因此具有高度扩充性与稳定性。WISE-PaaS不仅提供了丰富的功能与服务让使用者能在未来的系统功能开发上拥有一定的弹性空间；多种套餐选项亦让使用者能依实际应用需求选择适合的服务器、存储器与数据库，并可随需求的变动于日后再另行添购。另外，WISE-PaaS还提供了备援配置与故障机制，像是系统设置的主要数据库与次要数据库会随时处于同步状态；当节点出现损坏时，则会启动新的节点并重新进行数据库同步化动作，借此确保数据的一致性，同时也提供了系统稳定运作的保障。

WISE-PaaS/EnSaaS是物联网云平台，其支持各种时间序列数据库(如InfluxDB、MongoDB与PostgreSQL)、机器学习分析工具(如R、Python、TensorFlow、Caffe)、以及RESTful API与Node-RED，可让这家钢铁公司的工程师更容易地设计所需的监控管理App与建立大数据分析的预测模型，从而实现设备实时监控与预防监诊。

WebAccess/SCADA与WISE-PaaS/RMM可集中管理地端与边缘端的设备与装置。以此专案为例，冷轧工场设备的振动情况、以及数据撷取／边缘装置的运作状况都能如实地呈现在监控电脑上，WebAccess/SCADA与WISE-PaaS/RMM亦会于异常事件发生时主动推播警示信息，并以Email/SMS通知设备维护管理人员。

在数据可视化方面，使用者可利用WISE-PaaS/Dashboard易于设计的操作界面来创建自己的仪表板，并将WISE-PaaS平台数据库的数据以可视化方式来呈现，像是这家钢铁公司的管理者就能透过易读性高的各种图表来清楚掌握边缘装置健康状态、异常警报、预测模型、信号串流波形等等。另外，WISE-PaaS/OTA的线上更新机制则让该公司可以很方便地将预测模型部署至指定的边缘端，并让预测模型随时保持在最新版本，管理者完全不用亲自到现场就能完成更新作业。

Smart Box是在工业电脑MIC-7500内加装数据撷取卡PCIE-1802的边缘智能装置，其肩负边缘端的数据撷取与地端的运算处理之双重功能。除了以PCI Express数据撷取卡取得设备振动数据外，此专案亦善用了高效能的MIC-7500来执行预测模型，譬如可事先将模型安装于Smart Box内，即可透过执行边缘端推论来加速异常事件的反应；亦可利用Smart Box来对个别机台进行模型训练，借此找出设备需要改善之处。

云端运算是成就大数据分析的重要关键，但先决条件必须有完善的云端平台系统才能事半功倍。研华有众多的产品线可针对客户需求提供从端到云的所有解决方案(包括WISE-PaaS平台内各种软件，以及物联网装置、工业电脑、边缘设备等等)，而经验丰富的顾问团队则能提供专业的谘询服务协助企业打造一套可完成设备联网、数据分析、机器学习等智能应用的私有云平台系统。

此专案的钢铁公司就在研华的协助之下，一次备齐了所需的软硬件，并顺利建置了可提供瑕疵检测、预防维护、信号串流显示、警报推播等功能的设备诊断云端平台系统。而该公司更受惠于WISE-PaaS私有云平台系统所提供的灵活弹性，既节省了初期的建置成本，又保有日后随需求增加的扩充弹性，从而助其逐步实现工业4.0的智能工厂。