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智能升級迫在眉睫 工業物聯為廠房創新價值
打破廠房通訊疆界
[作者 王岫晨]   2023年03月22日 星期三 瀏覽人次: [2765]

智慧廠房的大多數案例,是現有的舊廠房進行智慧化升級。


廠房中各種設備和控制器的通訊協議各自獨立,標準化成為挑戰。


透過工業物聯網為整體企業帶來創新,是下一步發展重點。


智慧廠房可以被定義為一種高科技的工廠,其在設計建造階段,即融入各種智慧化的元素。許多國際大廠例如西門子這樣的大型企業,會為全新智慧廠房進行全面規劃;而在台灣,像台達、研華和新漢智能等廠家也都有這樣的規劃與服務,但它們更偏重於IT端。


廠房智慧化升級

速博康科技業務開發及產品行銷部副總經理黃弘毅指出,智慧廠房的大多數案例,是現有的舊廠房進行智慧化升級。由於現有廠房的數量遠多於新廠房,因此智慧化升級的需求也更為迫切。儘管高科技元素不斷更新,像台積電的28奈米以上廠房依然是10年前的產物,當時的IT介入主要都是從ERP和MES的角度切入,與設備端的連接較少。在工業物聯網還未成為概念的時候,智慧化廠房的升級主要都是從數位化ERP和MES開始。因此,討論到智慧廠房的範疇,通常可以將問題定義為如何將現有廠房進行智慧化升級,這是目前市場需求較大的部分。



圖1 : 速博康科技業務開發及產品行銷部副總經理黃弘毅
圖1 : 速博康科技業務開發及產品行銷部副總經理黃弘毅

標準化的迫切挑戰

黃弘毅認為,智慧化是一個非常重要且迫切的議題,主要也面臨了幾個問題。首先是許多廠房都是舊有或既有的,當初在規劃時可能使用了各種不同品牌、型號的設備和控制器。這些設備可能已經使用了二三十年以上,且由不同的廠家進行規劃和處理,因此在一個廠房內可能會混雜著各種不同品牌和型號的設備和控制器。通信方式也是各自獨特的,缺乏標準化的通訊協議。此外,智慧化廠房的大多數切入視角都是從IT的角度進入,並且主要集中在資訊安全和協議制定等方面。


正由於許多既有廠房中,存在各種不同品牌的設備和控制器,它們之間的通訊協議也都是各自獨立,難以標準化。這將導致資料流在串接時面臨困難,因此從IT的角度來看,協議的定義至關重要。


廠房中常用的通訊協議包括Modbus和OPCUA,Modbus是一種點對點通訊協議,可以在不同種類的設備之間傳輸數據,例如PLC、運動控制器和人機介面等。Modbus協議簡單、高效、穩定,廣泛應用於工業控制和自動化領域。而OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture)是一種服務導向架構的工業通訊協議,它能夠將數據和訊息從生產現場傳輸到企業應用軟體中,實現業務流程的透明度。


OPC UA擁有高度的安全性和可靠性,被廣泛應用於自動化、物聯網和工業4.0等領域。然而目前某些控制器可能不支援這些協議,也可能採用自己的獨立通訊協議。因此,將既有的廠房升級至智慧化廠房,首先就需要克服通訊協議的標準化問題。


客制化的智慧廠房

在進行智慧升級和數位升級時,由於多半都是從IT的視角切入,因此可能會遇到一些困難。每個企業的領域與角度都是不同的,例如台塑的工廠和長春化工的角度可能不同,即使都是化工廠,它們所要擷取的數據可能也不同,因此智慧工廠的最終客制化也成為了另一個挑戰,因為這涉及到企業要投入的費用。因此總結下來,我們可以發現,進行智慧升級和數位升級時,遇到的最主要的問題就是無法標準化,無法從IT視角看到OT的真正需求,或者OT資料的真正精髓,再加上客制化會造成更大的成本,這都累積成為廠房智慧化過程的重大挑戰。


除了上面所提到的問題之外,智慧廠房還需要考慮IoT架構的標配問題。進行智慧化升級時,涉及到資料和介面的整合,業者們在準備這些IoT設備所需要做的第一件事就是標準化,而已經進行了標準化的部分就在於協議這個環節。PLC在OT裡所控制的每個驅動程式都是無法標準化的,因此需要透過資料庫的方式來收納它們。同時,在通訊方面也需要考慮資訊安全,這個問題可以透過專業的資訊安全公司來進行處理。


透過IIoT進行創新

「邊緣運算」是工業物聯網的一個部分。從整個工業物聯網的角度來看,最重要的是如何透過工業物聯網的技術,從一個多樣化的設備中提取出價值,並為整體企業帶來創新的成果,這是邊緣運算在工業物聯網當中必須扮演的最重要角色。展望現階段的工業物聯網發展方向,ESG已成為所有企業的核心議題。從內部管理、工廠運作的完善,到數位化與智慧化,這都是實現ESG的重要過程。當然,這一切也都將增加企業的效率、效能,並提高營收。此外,企業還可以從對社會的貢獻中獲得更多的回報。


工業物聯網的最大價值,在於從現有的設備中以最小的成本實現數位創新。然而如果只是口號而沒有實際行動,那麼工業物聯網就只是一個空洞的概念。因此,從既有的設備和架構上實現數位創新,是非常重要的一步。


IT與OT的融合

談起工廠智慧化的需求,黃弘毅認為,這些需求嚴格說起來並不是從OT這一端發起的,而是從IT端所發起。因為IT人員過去主要營收都是來自於消費市場,但是在生產方面,就需要透過OT的設備來支援。


隨著技術的不斷演進,IT人員希望在生產設備上也能實現更為便利的通訊與連結。在IT層面上,很多規格都已經協定化,所以透過網頁或介面就可以互通。相較之下,OT端就相對封閉許多,因為OT系統藉由封閉性創造自己的生態系統來獲取更多利潤。


也因此,每個有規模的OT設備品牌都有自己的生態系統,例如西門子和三菱等這些廠商。某種程度上,它們並不希望與IT的廠商合作,因為OT的企業通常存在的歷史比較悠久,提供的設備也更為昂貴,這些設備都是屬於專機專用的。如果從IT的角度進入製造和生產領域,並進行標準化,這些OT的大廠可能會失去部分市場營收。然而這樣的IT與OT整合的趨勢正在持續進行中。


數據的可視化

重新回頭來看工業廠房的智能化和數位化所將面臨的挑戰,我們可以發現目前許多工廠都正面臨從舊設備走向新設備的過度陣痛期。除了要重新建置大量的新設備,也必須與現有的舊設備相互串接,進行升級以實現智能化和數位化。


如果不能與舊設備串接,就會在資料交換和管理上出現問題。而除了許多舊的廠房正在進行升級之外,目前也有許多中小企業由第二代來接手,他們有新觀念,但是卻不知道如何利用工業物聯網以及數據來創造價值。速博康所提供的解決方案,可以協助廠房讓整個升級的過程更加容易。對於不知道從哪裡下手的客戶,速博康也可以提供服務來協助他們解決這些問題。



圖2 : 速博康的GW系列工業閘道器,非常適用於工業環境的資料採集。
圖2 : 速博康的GW系列工業閘道器,非常適用於工業環境的資料採集。

在今天,數據的擷取和數位化已經成為能夠理解且能夠解決,但是如何讓數據產生新的價值和意義,則是未來更大的課題。數據的可視化已經可以實現,但將數據AI化,讓大數據進行分析並產生新的意義,則需要另一種層次的解決方案。也就是如何利用數據,整合系統,並提供戰情室等可視化工具。如果將數據分析並進行可視化,企業管理者就可以輕鬆獲取即時的經營現況。並透過這些數據,包括工廠的生產報表、稼動率和耗電等,都可以進行管理,並計算出碳排放等相關數據,進而透過人機介面呈現出來。


結語

不同的設備、參數和數據之間如何相互關聯,以產生新的意義,這是一個更為複雜和多樣化的問題。例如,不同的工廠,即使在同一個產業中,使用不同的原料生產,也會導致數據意義的差異。因此,需要對每個工廠進行個別分析,才能找出其數據的實際意義。


總之,將數據進行AI化並產生新的意義,需要整合系統,並利用可視化工具來輔助管理。同時,更需要個別分析每個工廠的數據,並將不同數據進行結合,以產生更大的意義。例如,當進行農業自動化時,如果將土壤數據與外部的天氣和大氣環境數據相結合,就可以獲得更有價值的結果。


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