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建立数位化基础 SCADA成为工业4.0第一步
[作者 王明德]   2020年04月23日 星期四 浏览人次: [2110]

从长期来看,智慧化已经是制造业的必然趋势,不紧跟这波智慧化革命随之转型的业者,将有可能在未来几年内被边缘化,因此即便资源有限,制造业仍需建立数位转型思维,开始着手布局SCADA。


早在这波工业4.0浪潮前,SCADA就已在电力系统、大型制造业等场域,扮演自动化系统的设备可视化角色,透过各类机台与感测器,撷取设备状态数据,虽然应用领域各有不同,但其基本特色如图形操作介面、系统状态动态模拟、即时和历史资料、趋势曲线显示、报表输出等功能大多一致。


虽然功能先进,不过由於SCADA的监控点数必须达到一定数量,投资报酬率才会浮现,因此大多应用在上述的大型场域中,一般制造业者,尤其是中小企业导入机率相当低。


近期工业4.0带起智慧制造的趋势,则让SCADA开始受到重视,不少自动化厂商都将自身的SCADA,升级为工业务联网体系中云端系统的「软体即服务」 (SaaS),协助资源有限的中小型制造业快速踏出智慧转型第一步。


SCADA为数位制造打下基础

SCADA原文是Supervisory Control And Data Acquisition,中文则是「资料采集与监控系统」,从名称就可看出其功能与系统建置目标之所在。在过去的自动化系统中,SCADA的资料采集功能受到应用领域的局限,因此并未普及至其他制造业,不过近年来吹起的设备状态监测,让此一功能不仅有了可用武之地,甚至被业界视为制造业者跨入工业4.0的第一步。


从过去几年各大系统厂商的市场推广与媒体报导,业界不难一窥工业4.0的最终愿景,无非是结合AI、大数据、云端运算、物联网…等软硬技术,让生产更有智慧、更具弹性,从而降低成本、提升产能。不过这些愿景都必须建立在产线设备的数位化之上,唯有让机台数据全面数位化,接下来大数据分析、AI运算等步骤才能逐一跨出,也因此,生产设备的状态监控,就成为绝大多数制造业布局工业4.0的首要建置。



图1 : 工业物联网的机台状态监测系统,可透过感测网路即时侦测机台,让管理者掌握制造现场设备的状态。(source:Medium)
图1 : 工业物联网的机台状态监测系统,可透过感测网路即时侦测机台,让管理者掌握制造现场设备的状态。(source:Medium)

生产设备是制造业最重要的生财工具,稳定运作的机台则是产品质量与订单交期关键。不过以往产线机台的状态难以掌握,大多只能靠定期维护或厂内资深师傅的经验降低机台故障机率。不过这两种方式都仍无法确保机台运作无虞,而一旦机台出现无预警故障,就有可能造成整条产线停摆,造成业者的重要损失。


工业物联网的机台状态监测系统,则可透过感测网路即时侦测机台,此一系统除了可让管理者掌握制造现场设备的状态外,还可将撷取到的资料数位化,在短期效益中,数位化资料并可结合专家系统,让资深人员的经验可以传承,长期效益方面则是如上所述,透过数位化数据的累积,为接下来的智慧化做准备。


作为制造现场中设备数据采集的核心平台,SCADA现在已成为工业物联网系统的必要建置,不过系统业者也指出,部分中小型制造业对此系统的导入仍然迟疑,而其原因不外??成本、隐私与效益。


在成本方面,即便是只有基本功能的SCADA,建置成本也要新台币数十万元,资源不多的业者往往必须一再考虑,而即便不自建而选择采用系统厂商的SCADA SaaS,业者也会担心设备数据掌控在他人导致资料外泄,至於效益部分,则是因工业4.0仍属新概念,而且设备状态监测并非主动创造营收,而是减少意外损失,因此效益不会在短期间内浮现,导致多数的业者抱持观??态度。


自建系统需先做好准备

不过整体而言,工业4.0已是大势所趋,因此即便投入成本高、效益浮现期长,因此SCADA的导入只是时间早晚的问题。至於如何导入?前文提到目前市场上的SCADA有「自建」与「上云」两种做法。如果选择自建,就必须先了解SCADA的架构,目前SCADA系统多以主架构搭配应用程式的方式建立,除非特别需求多,否则应用程式的数量都不会占过大的成本比例,也就是说,主架构仍是最大的成本来源。


SCADA的主架构会依产业别有所不同,相对的价钱也会因此有差,一般来说,都至少在数十万以上,当然如果资料撷取点超过原始系统设计的话,成本还会往上提升,这个价格包含的成分除系统产品外,还有导入前的谘询顾问、教育训练等,至於後续的维修服务则是看状况收费,然而一般来说除非是人为因素且大规模损坏,否则在维系客户关系前提之下,SCADA厂商都会愿意免费维修。



图2 : SCADA系统可以让设备状态透明化,并确保产线顺利运作,但投资报酬率并非短期可见其功。(source:Siemens)
图2 : SCADA系统可以让设备状态透明化,并确保产线顺利运作,但投资报酬率并非短期可见其功。(source:Siemens)

数十万乃至百万元以上的建置成本,对规模不大,每笔支出都需仔细审核的中小企业来说,无疑是一笔庞大的支出。SCADA系统可以让设备状态透明化,并确保产线顺利运作,但投资报酬率并非短期可见其功。一般而言,SCADA系统建置完成後,至少必须运作半年,效益才会开始浮现,因此业者必须要有无法立竿见影的心理准备。


SCADA云端成资源有限者最隹选择

若无法或不愿初期就投入钜额成本建置系统的业者,也可考虑采用业界现有的SCADA云端平台。由於采用云端运作机制,因此系统业者大多采取年租收费方式,对资源有限但又有意转型的中小企业来说是绝隹选择。除了免去初期钜额投入成本外,SCADA云端平台的另一个好处是系统厂商会专职维修、升级平台,让SCADA持续处於稳定且最新的状态,并免去企业内部成立专职维修团队的费用。


至於多数企业的资安疑虑,现在系统厂商的SaaS或PaaS多会与微软、Google、Amazon等大型厂商的IaaS平台连结,资安机制会比自建更隹,若是担心设备数据外泄,厂商也可透过标签化设计,让自身企业以外的人难以判读,提升数据的安全性。


不过从长期来看,智慧化已经是制造业的必然趋势,台湾制造业在上一波自动化浪潮中,因适巧中国大陆改革开放,得以用大量廉价劳力维持竞争力。但如今全球贸易战开打,且中国人力成本节节高升,台湾业者逐渐失去过去的优势,不紧跟这波智慧化革命随之转型的业者,将有可能在未来几年内被边缘化,因此即便资源有限,制造业仍需建立数位转型思维,开始着手布局SCADA。


*刊头图(source:IoT World Today)


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