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建立數位化基礎 SCADA成為工業4.0第一步
[作者 王明德]   2020年04月23日 星期四 瀏覽人次: [1766]

從長期來看,智慧化已經是製造業的必然趨勢,不緊跟這波智慧化革命隨之轉型的業者,將有可能在未來幾年內被邊緣化,因此即便資源有限,製造業仍需建立數位轉型思維,開始著手布局SCADA。


早在這波工業4.0浪潮前,SCADA就已在電力系統、大型製造業等場域,扮演自動化系統的設備可視化角色,透過各類機台與感測器,擷取設備狀態數據,雖然應用領域各有不同,但其基本特色如圖形操作介面、系統狀態動態模擬、即時和歷史資料、趨勢曲線顯示、報表輸出等功能大多一致。


雖然功能先進,不過由於SCADA的監控點數必須達到一定數量,投資報酬率才會浮現,因此大多應用在上述的大型場域中,一般製造業者,尤其是中小企業導入機率相當低。


近期工業4.0帶起智慧製造的趨勢,則讓SCADA開始受到重視,不少自動化廠商都將自身的SCADA,升級為工業務聯網體系中雲端系統的「軟體即服務」 (SaaS),協助資源有限的中小型製造業快速踏出智慧轉型第一步。


SCADA為數位製造打下基礎

SCADA原文是Supervisory Control And Data Acquisition,中文則是「資料採集與監控系統」,從名稱就可看出其功能與系統建置目標之所在。在過去的自動化系統中,SCADA的資料採集功能受到應用領域的侷限,因此並未普及至其他製造業,不過近年來吹起的設備狀態監測,讓此一功能不僅有了可用武之地,甚至被業界視為製造業者跨入工業4.0的第一步。


從過去幾年各大系統廠商的市場推廣與媒體報導,業界不難一窺工業4.0的最終願景,無非是結合AI、大數據、雲端運算、物聯網…等軟硬技術,讓生產更有智慧、更具彈性,從而降低成本、提升產能。不過這些願景都必須建立在產線設備的數位化之上,唯有讓機台數據全面數位化,接下來大數據分析、AI運算等步驟才能逐一跨出,也因此,生產設備的狀態監控,就成為絕大多數製造業布局工業4.0的首要建置。



圖1 : 工業物聯網的機台狀態監測系統,可透過感測網路即時偵測機台,讓管理者掌握製造現場設備的狀態。(source:Medium)
圖1 : 工業物聯網的機台狀態監測系統,可透過感測網路即時偵測機台,讓管理者掌握製造現場設備的狀態。(source:Medium)

生產設備是製造業最重要的生財工具,穩定運作的機台則是產品質量與訂單交期關鍵。不過以往產線機台的狀態難以掌握,大多只能靠定期維護或廠內資深師傅的經驗降低機台故障機率。不過這兩種方式都仍無法確保機台運作無虞,而一旦機台出現無預警故障,就有可能造成整條產線停擺,造成業者的重要損失。


工業物聯網的機台狀態監測系統,則可透過感測網路即時偵測機台,此一系統除了可讓管理者掌握製造現場設備的狀態外,還可將擷取到的資料數位化,在短期效益中,數位化資料並可結合專家系統,讓資深人員的經驗可以傳承,長期效益方面則是如上所述,透過數位化數據的累積,為接下來的智慧化做準備。


作為製造現場中設備數據採集的核心平台,SCADA現在已成為工業物聯網系統的必要建置,不過系統業者也指出,部分中小型製造業對此系統的導入仍然遲疑,而其原因不外乎成本、隱私與效益。


在成本方面,即便是只有基本功能的SCADA,建置成本也要新台幣數十萬元,資源不多的業者往往必須一再考慮,而即便不自建而選擇採用系統廠商的SCADA SaaS,業者也會擔心設備數據掌控在他人導致資料外洩,至於效益部分,則是因工業4.0仍屬新概念,而且設備狀態監測並非主動創造營收,而是減少意外損失,因此效益不會在短期間內浮現,導致多數的業者抱持觀望態度。


自建系統需先做好準備

不過整體而言,工業4.0已是大勢所趨,因此即便投入成本高、效益浮現期長,因此SCADA的導入只是時間早晚的問題。至於如何導入?前文提到目前市場上的SCADA有「自建」與「上雲」兩種做法。如果選擇自建,就必須先了解SCADA的架構,目前SCADA系統多以主架構搭配應用程式的方式建立,除非特別需求多,否則應用程式的數量都不會佔過大的成本比例,也就是說,主架構仍是最大的成本來源。


SCADA的主架構會依產業別有所不同,相對的價錢也會因此有差,一般來說,都至少在數十萬以上,當然如果資料擷取點超過原始系統設計的話,成本還會往上提升,這個價格包含的成分除系統產品外,還有導入前的諮詢顧問、教育訓練等,至於後續的維修服務則是看狀況收費,然而一般來說除非是人為因素且大規模損壞,否則在維繫客戶關係前提之下,SCADA廠商都會願意免費維修。



圖2 : SCADA系統可以讓設備狀態透明化,並確保產線順利運作,但投資報酬率並非短期可見其功。(source:Siemens)
圖2 : SCADA系統可以讓設備狀態透明化,並確保產線順利運作,但投資報酬率並非短期可見其功。(source:Siemens)

數十萬乃至百萬元以上的建置成本,對規模不大,每筆支出都需仔細審核的中小企業來說,無疑是一筆龐大的支出。SCADA系統可以讓設備狀態透明化,並確保產線順利運作,但投資報酬率並非短期可見其功。一般而言,SCADA系統建置完成後,至少必須運作半年,效益才會開始浮現,因此業者必須要有無法立竿見影的心理準備。


SCADA雲端成資源有限者最佳選擇

若無法或不願初期就投入鉅額成本建置系統的業者,也可考慮採用業界現有的SCADA雲端平台。由於採用雲端運作機制,因此系統業者大多採取年租收費方式,對資源有限但又有意轉型的中小企業來說是絕佳選擇。除了免去初期鉅額投入成本外,SCADA雲端平台的另一個好處是系統廠商會專職維修、升級平台,讓SCADA持續處於穩定且最新的狀態,並免去企業內部成立專職維修團隊的費用。


至於多數企業的資安疑慮,現在系統廠商的SaaS或PaaS多會與微軟、Google、Amazon等大型廠商的IaaS平台連結,資安機制會比自建更佳,若是擔心設備數據外洩,廠商也可透過標籤化設計,讓自身企業以外的人難以判讀,提升數據的安全性。


不過從長期來看,智慧化已經是製造業的必然趨勢,台灣製造業在上一波自動化浪潮中,因適巧中國大陸改革開放,得以用大量廉價勞力維持競爭力。但如今全球貿易戰開打,且中國人力成本節節高升,台灣業者逐漸失去過去的優勢,不緊跟這波智慧化革命隨之轉型的業者,將有可能在未來幾年內被邊緣化,因此即便資源有限,製造業仍需建立數位轉型思維,開始著手布局SCADA。


*刊頭圖(source:IoT World Today)


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