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从设备预诊跨出第一步 打造IIoT擘划智慧制造蓝图
[作者 王明德]   2020年06月30日 星期二 浏览人次: [2259]

相较於其他产业的观??态度,制造业导入物联网的意愿算是相当高,主要原因也就是前文提到的效益明显,尤其是设备预诊维修更是如此。虽然IT系统已是现代企业的主要运作架构,不过系统稳定性对企业的影响并不如制造业高。


在多数产业中,系统如果故障只要重开机即可,但对制造业来说,停机代表的不只是生产停止,还有可能造成半成品报废、订单交期延挎等重大损失,而设备预诊维修系统的导入,则可明确解决此事,即便系统导入之後,制造业者未如系统整合厂商所言,再进一步分析数据,为企业未来转型做准备,光是防止设备故障这件事的成效就已经够明显、够成为业者导入工业物联网的诱因。



图1 : 设备预诊维修可避免产线设备无预警停机,造成重大损失。(source:Plex Systems)
图1 : 设备预诊维修可避免产线设备无预警停机,造成重大损失。(source:Plex Systems)

物联网被视为各类产业未来的主要营运系统,由於此类架构需要连结企业内部的大量设备,再加上数据传输、资料运算与最後的分析应用,每一层都需要耗费企业大量的资源,因此即便推动超过十年,真正导入落实者并不多。


不过,在抱持观??态度的多数产业之外,仍有少数产业因效益明显仍然愿意导入,而在数年前就已有成功案例,制造业就是其一。


设备预诊功能强化管理效益

早在物联网概念兴起前,制造业就已有机联网(M2M)概念,当时由於欧、美、日自动化大厂都有自己工业总线(Fieldbus)标准,而且彼此无法相容,为了让设备可以互通讯息,就有不少工业厂商发展出各种桥接设备,整合制造现场中不同品牌的控制器,让厂管人员易於管理机台。


而在发展工业通讯的同时,设备数据的收集技术也开始出现在制造业中。现在的自动化大厂像是NI、凌华,早期都是以数据撷取起家,这些技术在当时虽然先进,相关系统的价格也高昂,不过如果资料采撷的对象是超大型制造系统,这类系统的导入就物超所值。以NI为例,位於高雄的中钢厂房在十几年前就开始使用NI的数据撷取系统,由於炼钢属於连续性制程,生产设备一旦无预警停摆,产线上的半成品就有可能因此报废,因此这类型制造业高度重视设备的稳定性,但稳定性再高也不可能百分之百不故障,对此中钢就导入NI的数据撷取系统,掌握设备的运作状态,在出现故障前先行维修。


与造价动辄上亿的炼钢机台相比,数十万的设备数据撷取系统的成本仅占极小比例,而且只要避过一次的无预警停机,其损失成本就可覆盖设备数据撷取系统,对这种大型制造业者来说十分划算,因此在早期就已多有导入。


虽然工业通讯与设备数据撷取系统发展已久,不过这两大技术并未合流,一直到物联网概念兴起後,才开始搭配整合为设备预诊维修系统,成为工业物联网旗下的一支。


相较於其他产业的观??态度,制造业导入物联网的意愿算是相当高,主要原因也就是前文提到的效益明显,尤其是设备预诊维修更是如此。虽然IT系统已是现代企业的主要运作架构,不过系统稳定性对企业的影响并不如制造业高。


在多数产业中,系统如果故障只要重开机即可,但对制造业来说,停机代表的不只是生产停止,还有可能造成半成品报废、订单交期延挎等重大损失,而设备预诊维修系统的导入,则可明确解决此事,即便系统导入之後,制造业者未如系统整合厂商所言,再进一步分析数据,为企业未来转型做准备,光是防止设备故障这件事的成效就已经够明显、构成为业者导入工业物联网的诱因。


虽然设备预诊维修功能一定程度的提升了制造业者导入工业物联网的意愿,不过对多数业者来说,此架构仍是全新概念,因此在导入前必须借助设备或系统业者的专业,先行评估後再决定架构与导入步骤。



图2 : 对多数业者来说,此架构仍是全新概念,因此在导入前必须借助设备或系统业者的专业,先行评估後再决定架构与导入步骤。(source:Virtual Commissioning)
图2 : 对多数业者来说,此架构仍是全新概念,因此在导入前必须借助设备或系统业者的专业,先行评估後再决定架构与导入步骤。(source:Virtual Commissioning)

在建置设备预诊维修系统时,会先盘点产线的设备类型,过旧的机台会无法在内部建入感测器,不过这不代表无法侦测状态,现在已有设备业者透过OCR文字识别软体,辨识设备介面上的文字,并将之转化为数位档,再传送至後端管理系统。


感测技术如实呈现数据

至於可安装感测器的新机台,现在需要侦测的数据不外??震动、电流、温度,因此所需要的感测器也会以这三类为主,目前市面上的感测器均为单一功能,再者制造业所需要的感测器数量庞大,采购价格会因此受限,因此目前的最大需求是高性价比的多合一感测器。


对此需求,现在厂商已推出对应产品,协助厂商简化系统架构,不过要将这不同感测器整合在同一封装中,对内必须克服感测器之间的干扰问题,对外则是要让置放於严苛环境的感测器拥有强固外装,将可能造成的影响降至最低。


此外,在工业物联网的成本中,建置成本往往会高於软硬体架构,而且必须在对系统影响下完成施工。对此,已有厂商推出无线无源温度电流量测方案,将电流、温度量测及无线传输功能整合至一颗模组,并搭配CT感应充电功能,无须外加电源,即可以无线通讯架构的资料交换方式进行电力网路的资料撷取。


云端管理功能多元

从发展历程来看,感测技术发展多年,技术已臻成熟,不过在智慧化趋势的冲击下,感测器将被赋予更多的任务,除了功能面外,产品的行销思维也与过去不同,现在市场需要的不仅是单一感测器,而是完整的解决方案与服务,现在厂商也多从产品的销售进化为服务供应者,制造业者在打造系统时,可选择这类型厂商,以降低建置门槛。


除了感测器之外,设备预诊维修系统的另一个重要平台是云端管理软体,这类平台也就是政府与业界近年来积极推动的机械云。这类型云端平台都强调开放性,对内可以整合各种工业通讯标准,对外则会纳入现在常用的通讯软体,藉此提升平台的管理效能。


以泓格科技的IoTstar为例,这款平台是物联网云端管理软体,之前就整合了泓格旗下的WISE/PMC物联网控制器和UA-5231工业物联网通讯服务器,在2018年泓格再次强化其功能,加入了社群即时应用软体,中国市场采用微信,中国以外的市场则为Line。


远端控制在工厂自动化应用已久,当设备有状况时,系统主动对管理者发出通知,不过也就仅止於此,这种单向的讯息传递仅能简单了解现场状态,泓格的IoTstar Bot Service则是类似聊天机器人(Chatbot)的做法,不过与之不同的是,IoTstar Bot Service以功能按钮和对话选单取代Chatbot的文字讯息输入方式,管理者可使在手机或电脑中可透过点击主动询问机台状态,完成双向远端监控。


除了工业物联网,IoTstar也被应用於能源与环境管理,包括能源的水、电、瓦斯,环境的气体、温湿度等数据,都可以被整合在IoTstar中,除了可即时显示当下数据外,也可将汇整的资料再往上传送到云端平台。


克服痛点跨出转型第一步

从目前的市场发展来看,要透过感测器、通讯传输、运算分析等技术打造设备预诊维修系统并非难事,真正困扰业者的难点在於如何过滤前端回送的庞大无用数据,筛选出真正有用的资料。


根据这几年的市场导入经验,多数业者都需要花费数个月,才能找到速度与准确性俱隹的做法,对此有意建置系统的业者可以多做准备,先与系统或设备业者讨论出可行之道後,再按步骤循序导入。


而当系统建置完成,设备预诊维修系统成效浮现後,业者即可再进一步延伸其价值。已撷取的设备数据都是数位化资料,这些资料是企业升级的最隹利器,不管是数位优化或数位转型,业者都可由此跨出第一步,擘划企业的永续生存愿景。


**刊头图(source:Zuehlke)


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