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结合智能型服务 使产线迈向全面智动化

  • DIGITIMES企划
智能工厂的最大价值,来自于智能型服务的「网」,而非象征终端硬件设备的「物」,终极目标在于促使产线具备自动感知、预测与配置能力。The Endress+Hauser Group

智能工厂的精髓在于智能自动化,而智能自动化主要植基于三个层次,由下往上依序是「设备接入层」、「资料采集层」及「应用接入层」;意欲贯穿三大层面,成功打造工业4.0智能工厂,则有赖厂务管理与信息单位携手合作,双方亟需共同推动的事项甚多。

在近期,有知名计算机大厂的董事长针对物联网发表看法,他认为,环顾物联网商业模式,真正的主体价值,乃在于拥有智能型服务的「网」,但很可惜的是,台湾多数的供应商、甚或需求端,似乎都搞错了方向,误将物联网错置为「联网物」,反倒把价值诉求彰显于「物」、也就是终端设备之上,无怪乎现今许多联网物解决方案的商业价值都不高,获得的市场回响也相当有限。

因此制造企业大费周章推动生产信息的数码化,再延伸到机器端形成机联网,其间布建为数可观的传感器、远程I/O模块或控制器、无线转换器、资料集中器,也在后台建立了SCADA图控系统,终极目的绝对不仅止于将大量机台设备的状态信息,实时传送到中控室,接著透过SCADA接口呈现出来而已,如果没有后续的延伸应用,这般应用场景充其量也只是部署众多「联网物」,对于提升制造企业的生产力、竞争力,其实没有太大助益。

所以政府在定义生产力4.0的过程,除了诉诸物联网、机联网外,也强调必须再藉由系统管理、巨量资料(制造+服务)技术与精实管理,达成联网服务制造系统之创新营运模式;显见真正的好戏,并未在物联网或机联网等环节划下句点,换言之,举凡设备接入、资料采集甚至是应用接入,都只是企业赖以强化生产力、竞争力的必要手段,而非目的。

奠基开放标准  确保前后台集成无虞

有业者认为,为了让后续的故事可以发展得更为璀璨亮丽,从而为企业带来巨大效益,则包括在设备接入、资料采集及应用接入等层次所铺陈的每一个梗,都必须要有延展下去的空间,因此如何确保整个关键技术策略的推动,每一步都奠基于标准化及开放资源,对于不管是厂务管理或信息单位,肯定都是极其重要的课题。

比方说,针对智能自动化的中间层次,意即「资料采集层」,必须藉助标准化资料通讯标准,例如具有轻量化优势的MQTT(MQ Telemetry Transport)协定,在传感器、制动器、装置、应用等各式底层物件,以及上层云端平台之间,得以进行安全无虞的双向通讯。

至于再往上一层的「应用接入层」,一方面需要建立标准化应用接入服务,譬如RESTful API,二方面则需援引开放性流程设计方式,孕育IoT视觉化流程,而针对流程编辑部份,现今愈来愈多业内人士已倾向采用一项名为Node-Red的开源工具,它是一个基于Node.js,并藉由浏览器运行的视觉化流程编辑器,诉求让使用者仅需透过拖、拉、放等简单步骤,完全不需要撰写程序,即可透过元件的串接快速勾勒IoT应用流程,其内含应用端的后台系统、前台装置设备,以及不同设备透过IoT闸道器所连结的I/O节点,旨在以最快速度将生产流程数码化。

前述三层式架构,辅以结合标准化及开放资源元素,是否已经缔造出成功案例?答案是肯定的,譬如某家纺织厂,便依循这般模式,为内部染整设备导入物联网架构,利用无线转换器、资料集中器等中介装置,确保染料储存、调色、染料分配输送、染色直到布车等不同生产流程的信息,一路走来皆可不间断实时传送,进而创造诸多立竿见影的效益,包括让物料损失幅度减少6个百分点,染色精准度从原本85%推升到90%,因应染整制程所需投入的人力,也由原来的11人减为6人,林林总总算下来,一年可回收的报酬高达百万美元,可谓成效卓著。

另一电子设备制造商,充分运用了现今最被广泛采用的Web服务——RESTful API,据以串接前后台的各类型仪表板、资料库、MES或ERP...等等节点,俾使管理端可透过统一接口,集中监视与控制所有现场维运设备、工业自动化系统,以及物联网感测装置。

生产力4.0效应  在各产业逐步遍地发酵

值得一提的,伴随政府生产力4.0推动计画应运而生的诸多示范案例,也颇具借镜与学习的价值。以工具机产业为例,原本其潜在客户之一的航天制造厂,大多采用进口工具机,尽管此举有助于接单,但设备购置成本偏高,也让售服维修停机时间随之延长;而台湾工具机厂为抢进此一高附加价值市场,并协助航天制造厂解决过往难题,遂利用CPS数码设计与制造技术,藉由远程平台提供切削制程策略,借以加值设备制造服务水平(含括制程模拟、自主排程、预兆诊断、产能监控、生产履历等项目),与此同时,也藉由CPS传动系统应用力模拟,快速缩短50%试制时间,并提高加工效率达4倍之多,连带透过轻量高刚性结构数码设计,降低两成材料成本,使其如愿叩关航空零组件加工用工具机市场,且单机价格由原本新台币1,000万元提升为1,600万元。

此外,自行车业者为了解决3K(辛苦、危险、肮脏)作业环境下的缺工问题,更为了衔接技师老化遗留的人才断层,且亟思更有效呼应市场精品化趋势,故而导入生产力4.0方案,一方面建立一个涵盖数码结构自动生成、碟煞结构热传分析、链条传动系统模拟、车架动力机构模拟等智能机能的CPS数码设计与制造平台,二方面则藉助云端服平台、传感器(含车况感测、生理感测),孕育出诸如骑乘模拟、风阻模拟等智能服务。透过上述改造计画,该自行车业者得以缩短新产品开发时间,并且受惠于客制化产品与智能化服务,使整车出口平均单价为之上扬。

而在印刷电路板(PCB)产业方面,则亟欲扭转现今诸多不利因素,包括大量依赖人工作业无法提升产品精度与良率,现有检测系统耗费人工过大、无法提升生产效率,以及智动回馈不足、无法承接少量多样订单,于是决定结合感测与网络、物联网应用、智能机械与机器人应用、大数据分析,及精实管理(生产排程最佳化)等完整元素,导入生产力4.0方案,期使产线具备自动感知、预测与配置能力,且可充分支持弹性生产,且一并建立多样化高良率、弹性快速的制造模式,终至实现PCB全线生产智动化。

至于面板厂,则透过类比讯号采集模块进行机械手关节的特征值讯号采集,以实现设备全面感知,并以SCADA图控软件实现云端智能运算与异常报警的功能,以期大幅降低产线停机风险,同时落实关键设备之预防保养;其具体做法,乃是在厂区设备间布建大量分散式资料采集模块,藉此完整收集机台设备的关键数据,藉由合理成本达到现场端全面感知,若是从中察觉异常数据,便实时上传云端,再利用图控软件进行特征值分析与远程设备监控,以利在最短时间内排除障碍,不仅大幅降低现场巡检之人力需求,更藉助预防保养机制而大幅减少停机风险。