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软硬兼施 制造系统无缝升级智能化

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自动化要升级为智能化,整合是必要条件,透过整合,设备间的信息才能无缝流动。DIGITIMES摄
自动化要升级为智能化,整合是必要条件,透过整合,设备间的信息才能无缝流动。DIGITIMES摄

从自动化升级到智能化,制造业者将因此进一步降低营运成本、提升系统效益,就目前产业态势来看,制造业者都已有程度不一的自动化建置,要向智能化之路迈出的第一步就是整合,透过整合,设备间的信息才能无缝流动。

自动化系统的整合包括硬件与软件,硬件整合主要是串连散置各处的设备,软件整合则有两部分,一是自动化系统本身,二是与像ERP之类的企业e化系统整合。

在硬件整合方面,现在的自动化设备大致包括通讯设备、HMI、控制器、I?O模块等,这些设备目前都分别有众多厂商提供,以往导入的作法,大多是自行购单一设备,日后再视发展状况,逐一购进其他需求设备,这种且战且走的方式,对资金不多的中小企业相当适合,不过由于自动化设备的各大厂商,其产品兼容性并不高,尤其是PLC,其程序语法各不相同,因此导入企业往往受限于此,被迫必须采购同一品牌的产品,整体系统等于被单一厂商绑定。

模块化架构 兼容与弹性兼具

不过此一状况近来已有解决方案,透过自动化产品的模块化设计,企业就可以本身需求,逐步建入自己的系统。所谓的模块化架构,是将各式自动化设备的通讯界面,设计为高兼容性,各家厂牌的设备都可介接,企业就像组积木一般,把一块一块的功能设备接上去,逐步形成整体系统。

举例来说,若该企业现有的自动化设备只有HMI、控制器、I?O模块,而其目标是建立设备数据库,就可导入数据处理模块,透过HMI撷取、建立数据库,若企业希望将所有设备互连以利于管理,就再加入通讯设备,也就是说,其作法是从企业现有的单点设备做延伸,至于延伸到哪个程度,就看企业本身需求,企业可将各类自动化设备视为单一功能模块,模块之间可轻易连结,企业想要哪些功能,只要把这些功能往上加就可以。

这种方式有几个好处,首先是保障导入企业的过去投资,以往购买的自动化设备,不但可以融入新设备,还可因此提升附加价值;第二是客户可依本身状况,弹性选择目前所需的功能,不会因资金有限或业务尚未到达目标,就必须投注大笔资金建构目前仍用不到的功能;第三则是整合现有系统,过去原有的过去的自动化设备在整合方面较为欠缺,功能虽强,但彼此无法互连,这时可导入通讯模块,串连所有设备,将之紧密整合为更强大的系统。

自动化系统的整合服务,过去都由系统整合商负责,系统整合商顾名思义是沟买各厂商设备再将之整合,作法虽然弹性,不过系统间的设备要共容、互连,其程序撰写不易,因此整合需要一段时间,模块化架构的作法解决了此一问题,在弹性与兼容性两端目前都可达企业需求。

模块化架构目前在业界已有多起成功案例,如某家代工国外重型摩托车引擎的台湾厂商,原本的生产流水线已有自动化设备,但各点都单独运作,上层管理者无法掌握各点的运作信息,北尔电子就在各点设备中建入通讯模块,将各节点的运作数据统一上传至后端主控电脑,让主控电脑可以分配各点工作,并撷取其作业信息,让系统达到「集中控制、分散操作」的目标。

SCADA与MES的竞合关系

在软件方面,自动化系统的软件主要是SCADA(数据蒐集与监控系统),SCADA在工厂自动化系统中,位处PLC与MES之间,由于自动化系统的整合需求越来越高,因此SCADA也出现往上与MES整合的趋势,多数厂商都认为SCADA的「MES」化,将会是未来不可避免的趋势。

企业在生产组织与管理的e化系统主要有3种方式,包括MRPII?ERP、SCADA?HMI以及MES。MRPII?ERP是以物料需求计划或资源计划方式来作生产管理,SCADA?HMI为监控生产管理,MES则是连结自动化设备,并且整合各采撷点的信息,来进行数据分析管理,其中SCADA因为专业程度较高,加上MES也有数据撷取功能,多数企业过去未将此列入e化规划中,而是考虑ERP与MES两种架构。

不过比较SCADA与MES两者系统,SCADA在数据撷取与监控的强大效能,终究非MES所能全面取代,而就功能取向来看,MES最主要的作用仍在于管理,在自动化平台的数据流中,SCADA是属于数据提供者,而MES是接受者,SCADA将从PLC所撷取到的数据,往上送给MES,MES再与其他信息一起汇整,分析出数据意义,提供给管理者。

不管是SCADA或MES,对企业来说都只是自动化架构的一部分,因此无从比较谁比谁重要,都是透过自动化化系统优化作业流程、合理配置与实时调度资源,达到降低制造成本、提升设备稼动率。

但这并不是说建置了SCADA或MES,所有问题就会解决,系统架构完成后,企业就必须从SCADA系统运作所产生的数据,来填补过去信息不足所产生的疏漏提升效率。导入企业对SCADA常会有一种错误的观念,以为系统一架构起来,就能解决所有问题,其实SCADA多数只是产出相关数据,企业要做的是如何利用这些数据改进以往疏失,进而建构未来愿景。

此外,SCADA不会只是企业内唯一运作的软件,即使SCADA是最初导入的架构,未来企业也会陆续有其他系统,此时系统间的相互连接问题就会浮上台面,现在全球的SCADA界面虽都为Windows based,但为各厂商广泛接受的标准界面尚未产生,尤其是SCADA不但必须面对MES连结,另一端还要与PLC连结,而PLC的网络界面又比其他e化软件更为封闭而纷杂,在面对不同的软硬件供应商时,界面的选择便相当重要。

企业比较保险的做法是选择提供开放软件界面的模块化SCADA供应商,在SCADA将MES软件界面与PLC标准软硬件界面采购项目包含进去,对界面的业务实现流程与技术实现过程做出详细的模拟与设计论证,让SCADA能够沟通制造企业的底层控制系统与计划管理系统。

以资源最佳化为目的

如果还是顾虑未来异系统之间的界面标准不一问题,企业还有另一个选择,亦即同时导入SCADA与MES,但为规避风险,可以分段实施,第一阶段先从MES部分关联度紧密的核心模块,同时配合MES的需求,实施SCADA的部分功能模块,接下来在逐步架构、连结两者功能模块。

SCADA与MES内容不同、所能解决的问题也不同,SCADA主要是以设备为主,透过数据撷取与监控,来产生各种设备数据,提供给MES,MES是重视现正发生的现场生产情况,能够实时解决现在的生产资源瓶颈问题,就目标的区隔来看,SCADA着重的是设备,MES则是制程。

MES与SCADA的架构内容与所能解决的问题都不同,没有必然的导入顺序,企业在选择时必须从当前所面临的问题思考。例如中小型代工制造业者,不但必须满足客户的稽核需要、在有限的订单金额下,为了提高利润,还必须从内部降低制造成本,并提高生产效率与品质,因此企业可以选择先选择SCADA,利用SCADA系统所产生的数据,提升设备利用率,精细管理生产现场的人、机、料,优化生产流程。

如果企业的规模庞大,在销售、财务等生产以外的资源配置吃重,营业版图不仅限于一地扩及数个国家,这时企业的建置重点就在于协调不同层面的企业资源,借此提高运作效率,此时就可藉由MES甚或ERP,来让企业的资源可以进行协调调度,如此便可利用自动化系统,达到资源最佳化的目的。