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智能工廠與自動化究竟是怎樣的關係

2018-01-10 12:30

智能工廠與自動化究竟是怎樣的關係

         智能工廠的階層可以分為三個層次,第一層是以自動化及控製為主的設備層解決方案,導入的應用為CNC數控設備,以及PLC、I/O、觸摸板及y運動控製產品為主;第二層為人機界麵和監控係統,導入的應用包括HMI/SCADA、整合監控廠務設備、收集實時及曆史數據及整合分析效能與節能控製;第三層為生產管理解決方案,導入的應用為MES/EMI,提供生產線工單、投料、備料全自動信息。

        一般而言,三個階層會依序導入,但也有智能工廠會選擇三個層次一起做。如果從數據結構的角度來看,最底層是用控製器直接控製生產線,做一些實時處理,往上一層到了HMI/SCADA,就可以看到曆史數據分析及整個工廠的狀況,才能發展到下一個階層的工廠效能、質量分析及生產管理,最後完成全廠的數據分析後,才能鏈接到ERP。

        如果從軟件解決方案的角度切入,最上層為實時信息入口網站,然後依序為智能工廠性能分析和生產執行、綜合質量管理、資產管理、工廠數據庫、圖形監控設備及最底層的編輯與控製,這些作業平台,智能工廠可以根據需求來建置。

        導入智能工廠應用可以帶來的好處,是顯而易見的。以LED燈具生產線為例,每一個LED燈具的工序多達數十個,每一個工序都要做好分配。為了追求生產速度,可能就需要20幾個人來裝配,但導入自動化生產線之後,7秒就可以完成一個LED燈具,而且隻需要用到三個人。

        但導入自動化之後,生產線的設計也要重新設計,以前述的LED燈具為例,該智能工廠就將生產線做成ㄇ字型,是因為要考慮智能工廠現場的空間,以及倉庫的位置,如何進出料、如何維修等,才能設計出符合實際需求的生產線形狀。

        接下來就是進入SCADA,也就是SupervisoryControl AndDataAcquisition,凡是具有係統監控和數據擷取功能的平台,要搭配相對應的軟硬件,才能稱之為SCADA。

        設置SCADA的目的,是希望透過計算機的實時監控設備,提供係統設備作整體的監視、控製、自動定時紀錄、打印及查詢並提供設備的實時運作狀況。智能工廠可借此建立長期的設備維護數據,有效的運用維護人力資源,提高設備維護質量及設備運轉效率。SCADA可滿足各式各樣的係統設備,如電力監控係統、空調監控係統、消防監控係統、門禁監控係統、製程監控係統等。

        另一個攸關智能工廠應用的項目是圖控係統。專家指出,圖控接口要成功,必須要先理解,人與設備間的接口,其實存在於控製設備與屏幕圖形之間的對應關係,真實世界的設備、感知器或控製器,轉成計算機屏幕的各種對象時,要能做到完全對應,工程師需要一點美學修養,才能呈現接近真實世界的狀況,讓控製人員能夠藉由屏幕圖形就能顯示設備運作狀況及透過屏幕控製設備的運轉。

        一套完整的監控係統,需要許多組件的構成,以製程設備監控係統為例,製程設備上要有感測及製動裝置,並將數據轉換及傳送到控製係統,控製係統至少要具備顯示、記錄、調節及致動等功能,由操作人員根據前台後傳的數據進行處理。因此所有的數據在送到後台時,一定要妥善處理,如有70%的警告可能隻是誤報,監控係統要有能力做判斷。

        除了前述的係統平台外,硬件架構也需要妥善考慮,才能建構出智能工廠。首先是聯機的基本需求,通信協議應該要盡量選擇市場現有的,盡量減少自行開發,以免設備之間的聯機產生問題。

        其次是選擇儀控設施,目前的儀控設施接口,非常多樣化,除了有目前盛行的Ethernet外,過去的RS232/422/485仍然還是有在使用。其實智能工廠也不一定非Ethernet不用,因為考慮建置成本,過去的投資不一定要舍棄,但不同的儀控設施接口,會影響通信線路的配置,包括設備、距離、速度及成本等,工廠在導入解決方案時,要做好取舍規劃。

        而在計算機設備的選用方麵,包括聯機計算機數量與配置、工作環境、計算機規格及外圍裝置,都要做好充分考慮。專家認為,選用的關鍵完全取決於係統的承受度,該用服務器就得用服務器,不要因為節省采購成本,而選擇較為便宜的計算機設備,因為一旦選擇錯誤,導致設備常常故障或當機,維護成本未必劃算。

        至於監控網絡架構的考慮方麵,要考慮的項目包括工作站的任務分配、網絡架構規劃、網絡流量控製及網絡安全考慮。在架構規劃時,可以依照控製責任區分、人機接口規劃及網絡功能配合等方向來考慮。

        以控製責任為例,可以分為控製器及圖控計算機,前者重視的是實時性、高可靠性,適用低階邏輯性/模擬性之控製,後者則是要求強大的數據處理能力,適用高階控製。至於每一個交換器要裝幾個控製器,則是取決於對於速度的要求。

        人機界麵規劃方麵,一定要導入人因工程的觀念,不管是使用習慣或是圖形大小,都能符合使用習慣及現場狀況,如旋鈕的方向、大小及顏色等,要達到直覺、簡易、防誤等要求,其他項目如操作流程、展示方式及安全管製,也都要以符合使用者習慣為主要考慮。

        至於網絡功能方麵的配合,建議應配合已普遍使用的Windows內建網絡功能,並采用高效率的TCP/IP層對層通訊方式,讓多部計算機互相監看及控製,以達到資源共享及互相備份的目的。

        MES往往是智能工廠必須要導入的應用。智能工廠如果在生產過程中,發生太多問題,如停機、生產損失、返工太多、發貨時間錯誤、無法符合行業規範標準的需求、物料短缺、無法跟蹤原材料的使用及客戶投訴和產品召回時,可能都要認真思考導入MES的必要性。

        因為麵臨前述問題,管理者必須要做出對應策略,碰到各種問題時,要靠MES 才知道原因為何,如何改善,如在接到急單時,由上到下的信息若能做好整合,就可以在短時間內知道相關備料是否足夠,判斷能否承接訂單。

        由於節能減碳的需求日增,智能節能係統也已成為智能工廠常見的導入項目。以能源管理係統為例舉出,從收集量測、監視分析、控製管理、卸除到最後的節能,其實需要設法整合各自獨立的係統,如電力及照明監控、空調監控、停車管理等,才能達到節能、減碳進而減費的目的。


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