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「成本不到四千元」传统机械业者用树莓派自造机联网装置

俗称树莓派的Raspberry Pi麻雀虽小却五脏俱全,因此也成为制造业者自行动手开发机联网装置的好工具。Raspberry Pi

自己打造智能工厂,听起来是多么遥不可及的事情,但在近年来开放式硬件模块快速发展,不管是在硬件或软件上都以开源方式,降低自行开发产品的门槛,因此也意外让制造业者以创客(Maker)角色跨入自主研发智能制造方案的行列。冲压设备大厂金丰机器成立至今走过70年岁月,可说是一间名副其实的「老工厂」,其在旧设备升级的计画上,就透过树莓派成功开发机联网装置,自主开发智能工厂。

俗称树莓派的Raspberry Pi,是一种低成本的微型计算机,原先使用于教育用途,并非运用在物联网开发,但因为价格大约仅有新台币1,000元,加上体积轻便,计算机该有的基础功能都有,反而意外成为全球自造者们发挥创意,实践想法的好材料。老牌冲床大厂金丰机器在转型智能工厂的过程中,第一步也是先从搜集数据开始,而由于节省成本、开发门槛低,因此他们也透过树莓派搭配传感器的做法,自行开发能够搜集机台数据的装置,成功让厂内的旧设备联网。

许多制造业者不敢冒然投资智能制造的原因,绝大多数是因无法预期效益,因此有的业者就会先利用既有信息与设备,对容易取得的成果先收割。金丰机器信息部经理凃佑达率领团队,自2015年开始进行这项旧设备改造的计画,也是基于此想法,决定先从小投资开始着手,而为了节省成本,在不考虑市场现有的解决方案下,团队便尝试透过第二代树莓派(Raspberry Pi 2)这样的开源硬件装置自行开发。

负责旧设备改造计画的是金丰机器的信息部门,由于过去主力在于维护企业内部如ERP的信息系统,并不擅长做硬件开发,因此对于团队来说,这项任务其实并不简单。2012年正式发布的树莓派,因为价格便宜、体积轻便、低耗电,加上该有的基础功能都有,例如具备I/O接口便于与各种传感器连结、具备Wi-Fi和蓝牙也让通讯传输非常方便,树莓派因此逐渐受到创客与工程师们青睐,并透过专案分享累积成庞大社群能量,生态系相当完整,凃佑达表示,即便在2015年台湾尚未有过多介绍时,国外就已经有非常多人使用,因此找到教学资料并不难,树莓派反而成为团队容易上手的开发工具。

树莓派仅有一张信用卡大小,但比起市场常用的工业计算机,不仅同样具有一般计算机该有的功能,也可支持Windows与Linux跨平台操作系统,可谓「麻雀虽小,五脏俱全」。凃佑达表示,团队一开始便透过Java自行撰写程序,透过I/O接口与机台沟通,进一步搜集来自机台传感器取得的数据,最后透过Wi-Fi将这些数据回传到后端的资料搜集平台进行后续分析。

软件工程界常会说「不要重新造轮子(Don't reinvent the wheel)」。因为软件具有容易复制、稳定、发布便利的特性。因此在期望以低成本和不重复打造轮子的情况下,开源软件便成为可善加利用的选择,凃佑达表示,在开发过程中,有赖于树莓派的开放性,团队使用开源系统和丰富的自由软件来开发,也因此大幅降低额外投资成本,而在透过树莓派取得初步成功后,金丰机器在发展智能制造的过程中,便开始大量使用各式开源套件,时至今日也是如此,现在工厂内大部分的资料搜集,也是由此发展而来。

而除了开发装置,如何顺利与设备沟通也是整个计画中的重点。凃佑达回忆,由于过去信息人员懂得写程序,但对硬件开发一窃不通,甚至以为只要插上网络线,机台就能联网,然而OT与IT的环境虽然走向融合,但本质与底层架构并不相同,团队为此也从头开始学习,利用工研院开办许多现场总线(Fieldbus)课程,来熟悉工控网络的各种通讯协定。且由于金丰本身就是设备厂,因此研发部门、售服维修部门,甚至工厂内的电气配线单位都成了团队学习讨教的对象。

归功于树莓派的低成本开发,团队得以降低许多投资成本,凃佑达透露,包括不到1,000元的树莓派开发板,以及团队自行从电商平台购置的传感器与其它外围配备,除去自行开发的软件程序,所有硬件成本加总不到新台币4,000元。而随著第一台联网装置的成功,当年金丰机器便顺利在厂内部署20台由树莓派开发的联网装置。

凃佑达笑说,虽然初期外界质疑不到千元的开发装置究竟能够发挥何作用,但令人出乎意料的是,使用至今厂内仅有2台故障,也证实了树莓派的可行性。凃佑达表示,一旦智能工厂需要增加硬件设备,仍会以树莓派为优先考量,如运算能力不足再考虑工业计算机,因此目前工厂内超过九成的资料收集器都采用树莓派,现在在金丰的工厂中,就配置了约30个Raspberry Pi 2,持续搜集机台上的生产数据。


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