北尔智能人机 实现工业4.0预测制造与虚实整合

北尔电子产品经理 张资芳

随着工业4.0、物联网趋势延烧至工业自动化，展望今后的制造环境，演进为下列型态，意即从进料检验、流水线、各工站检验点，乃至成品、包装、货运等各项作业，将分散至不同卫星工厂分段执行，藉由不同工厂之专长提升生产效率；因此如何整合不同端点数据、信息，使管理者得以实时监控、分析甚至预测每一段环节的生产状况，实为重要课题，而人机界面(HMI)望扮演重要的辅助角色。

专注研发HMI逾30年的北尔电子(Beijer Electronics)，其产品经理张资芳表示，时值工业4.0概念兴起，该公司不断自我审视，HMI平台究竟可贡献何等助力？如何有效结合不同平台与终端传感器通讯，促使用户端生产效能提升？北尔电子针对这些议题不断进行研究，最终找出智能人机之于工业4.0的甜蜜切入点，即是协助制造业推动预测制造与虚实整合。

张资芳引述学者研究，所谓工业4.0，即是物件加上工业物联网，再乘以「IT(信息技术)＋OT(操作技术)」的实现，举凡物联网、网络通讯技术，都是工业4.0应用环境里头不可或缺要素。

以个人端而言，现今人人几乎都拥有智能手机与平板装置，且已习惯借此进行网络购物、收发邮件等日常应用，如今则可顺势延伸到工厂作业面；从线上监控生产线状态、遥控卫星工厂，甚至借此接收由系统自动产生的营运报表。进一步进行大数据分析，产生智能制造及决策依据，并反馈至生产线落实执行；综观整个应用脉络，便牵涉虚拟(数据分析)与实体(生产状态信息)的整合串联。

HMI结合物联网  发挥预知维护功效

张资芳认为，驱动工业4.0持续发展核心技术，无疑就是物联网，无论由底层设备、感控装制，一路向上通讯应用层，物联网各有其角色定位，依序发挥Connection、Conversion、Cyber、Cognition与Configuration等五大功能，从底层设备间可自动连结通讯、侦测动作及交互行为，接着从自我侦测连结传回关键数据，提供预防性验证并察觉潜在问题，再者设立备份机制，并依设备特性、性能建立健康检查模式，产生PtoP性能图表，供信息同步参考，再由自我侦侧、检验数据将产生信息图表得以显现潜在问题的预警，到了最上层，则负责制定机器或生产系统可被重新配置的优先等级，以达成机制的弹性与效率。

如此一来，制造企业只要善用物联网特性，藉由大数据分析提供有效信息等信息技术，便可发挥预测、自我防范等妙效，藉以降低因生产过程所造成的报废品，大幅降低潜在生产损失。举例来说，假设工具机的刀具只要执行切削任务达10万次，即无法提供精确的切削，以往碍于难以计次，总是要等到刀具确实损坏，造成不良品后相关人员才进行替换，已无可避免造成生产线停顿与报废不良品，如今藉助传感技术，便可如实记录刀具切削次数，并由光学检验等设备量测刀具健康情形；双管齐下管理者仅需透过HMI与图控软件监测，便可实时全盘掌握数字的趋势变化，甚至进一步比对可靠度寿命 (MTBF) 试验数据，综合研判刀具使用周期、边缘磨损状况，只要呈现异状，就能适时执行必要维护与检视动作，避免机台骤然停顿而酿成产能损失。

「早期HMI与PLC结合，赖以控制机台的停或走，发挥最基础的功能，但如今可望跳脱如此单纯的定位框架，进一步扮演更积极角色，协助制造业主监看、预防及防止问题的发生」张资芳说，然而HMI意欲称职扮演预测制造的辅助工具，便需要强化诸如图像、视觉化等更复杂的图形、报表处理能力，且需要提供连结更多元终端控制器及传感器等的通讯协定；为此北尔遂以iX图控软件作为人机界面的核心技术，希冀诉诸iX开放式平台，据以整合用户所需之数据、元件库(Library)，以便于搭配用户实际现场状况进行配置。

应用Vision识别  营造智能生产新局

换言之，善用北尔HMI，企业可在智能制造上更进一步，仅需熟悉一套iX图控软件从下至上的信息整合，获取诸多应用价值。首先可利用HMI推动智能生产管理，意即藉由开放式人机连结物联网与服务联网，并使用C#程序码或.Net元件设计所需人机界面功能，另可汇入第三方物件搭配.Net元件进一步扩充功能，以期实现预测制造目标。

其次将HMI运用于设备生命周期的监测，例如掌握马达性能数据、刀具损耗检测等数据，协助制造设备健康反应并实时回馈，以避免损耗。对此张资芳建议，用户可透过SQL数据库建立MTBF数据比对，再使用C#程序码或.Net元件设计MTBF比对及曲线对照，进而汇入设备Library组件，扩充检测功能，实现实时侦测与措施防范。

再者，可应用Vision识别以推动智能生产，以机械手臂结合机器视觉为例，便可借此实时精确判断各种不同形状的物件姿态，自动校正，以正确角度定位、抓取正在输送带上移动的物件，提高校正与诊断的精确度。北尔HMI内建Vision影像设备协定可无缝整合视觉办识的应用于人机操作系统中，并提供Excel格式报表，方便用户将数据库数据进行运算整理产出报表，同时也使用微软.Net Framework，提供不受限制的设计选择空间，让用户能够顺利整合HMI与摄像头驱动程序。

此外针对太阳能供电环境，业主可藉助HMI发挥线上监测功能；为此北尔提供强固且省电的户外型人机，提供弹性时间排程功能，方便数据汇整，并支持手机简讯的警报发布功能，俾使管理者实时掌握现场状况。