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用軟體打造智慧工廠
省時間也要省成本

【作者: 姚嘉洋】   2015年04月17日 星期五

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工廠自動化市場的發展,其實已有不短的時間,而隨著時間演進,工廠自動化這名詞似乎不夠吸引市場目光,所以取而代之的,就是「智慧工廠」一詞,另一個常用詞則是「工業4.0」。


PTC(參數科技)亞太區技術銷售資深協理汪崇真說,就他個人立場認為,某種程度上,智慧工廠是被炒作出來的,其實就像有連網和應用功能的手機就稱為智慧手機,當工廠的產線也導入了通訊和應用功能,就稱作智慧工廠,如此而已。


大塚資訊產品技術經理俞志杰則是談到,工業4.0是一個近來業界熱門的話題,從第一次的工業革命,從人力轉換到機械,再轉換到電力的引用,使其設備的產能可以有所提升,到了70年代,自動化與控制概念的引進,進一步讓機器與設備的效率提升,到目前則是帶入了網路與資訊功能,思考的是如何將這些功能放進工廠裡面,但綜觀這些發展歷程,重點都是在「如何提升工廠的生產效率」,所以也不用特別管所謂的1.0或是4.0



圖一 : 從工業1.0到4.0,所談論的,不過就是工廠與生產效率的飛躍性突破而已。(Source:西門子官方新聞中心)
圖一 : 從工業1.0到4.0,所談論的,不過就是工廠與生產效率的飛躍性突破而已。(Source:西門子官方新聞中心)

俞志杰以他自身為例表示,他本人就是工廠出身,所以對於智慧工廠或是工廠4.0這些名詞,特別有感觸。他直言,產業界對於智慧工廠的定義與想法都不太一樣,主要是因為產品的多樣化與變化程度高,但工廠本身又必須在有限的投資與設備布局之下,來提升生產效率,所以各家大廠在這方面產生了些許的差異,但就大方向而言,其實是一致的。


智慧工廠的五大構面

俞志杰認為,智慧工廠大致上可以分為物聯網、機器人、虛擬工廠、智慧設備與巨量資料等五大面向來探討。


就物聯網方面,如何將人、資料與機器設備加以串連,當資料的累積量愈來愈多的時候,這些資料就變得更有意義,如果串連的範圍更廣,就會產生更多的價值,而這也必須透過實體的數位感測器,來減少錯誤甚至是提升整體系統的效率。


汪崇真說,要達到智慧工廠或是所謂的智慧製造,這中間一定要透過一些手段,但現階段就是卡在沒有物聯網標準,所以產業界才需要有人負責整合的工作,這也是目前產業界所面臨的問題,而且單一廠商也無法完成所有的工作。此外,大家都在搞裝置連結,如何協助客戶可以更方便或是花少一點工夫來完成連結工作,這才是關鍵。


而在巨量資料方面,延續了物聯網所需要的感測器,隨著感測器的資料收集,感測器數量的增加,所以資料庫會愈來愈龐大,所累積的資料量若能轉化成有價資訊,對於未來的工廠效率的提升,會有實質上的助益。


俞志杰指出,過去尚未提出巨量資料概念的時候,客戶認為要將廠房資料從傳統的2D轉為3D,一直都存在相當高的進入門檻,但隨著技術不斷突破,像是運算能力與網路速度等都有長足的進步,所以門檻已經降低不少,只是目前還是停留在資料管理、分享與簽核等功能上的使用,但若要談到分析功能,由於各家廠房的狀況不同,資料屬性也有所差異,此時就必須為客戶打造客製化的分析功能,才能真正地協助到客戶。



圖二 : 將廠房設備進一步虛擬化,以便加速廠房布局,所以軟體平台本身就扮演了重要的角色。(Source:ww.smarterinteractive.co.uk)
圖二 : 將廠房設備進一步虛擬化,以便加速廠房布局,所以軟體平台本身就扮演了重要的角色。(Source:ww.smarterinteractive.co.uk)

至於在虛擬工廠的部份,則是在工廠尚未進入建置階段前,就能事先了解工廠的建置甚至運作狀況,並減少實體建置所耗費的成本與時間。


智慧設備著重的,則是源自於各類技術的不斷演進,有助於自動化能力的提升,對於現場即時製程的調度與反應,可以馬上反應。


而在機器人方面,就是能減少傳統人工可能造成的錯誤,再加上未來人力有可能會減少,這對於工廠未來的運作而言,也是相當重要的課題。


不論是虛擬工廠或是整合平台的建置,

其用意都是在減少不同專業領域業者們之的認知落差,

因為我們都知道,打造一座智慧工廠,

並非單一業者就能獨力完成,這中間需要很多的溝通與討論。

從2D到3D 虛擬工廠縮短認知落差

俞志杰進一步指出,早在2003年左右,達梭系統與西門子等CAD大廠就已經提出了「數位工廠」的概念,這與現在提出的虛擬工廠的概念相當類似,那時的想法就是希望將平面繪圖改成立體,讓客戶在進行廠房建置時,能減少不必要的誤差、成本與時間。所以在當時,就已經有不少大廠跨入這個領域,只是到了現在,數位工廠這個名詞被改為虛擬工廠而已。他觀察,目前整體看來還是有九成以上的客戶只願意採用2D平面的繪圖內容,若在美國約莫有七成的比例。


就實務上,有的人功力相當深厚,光是採用2D繪圖就有辦法看出在廠房建置所會面臨的問題有哪些,但很多情況並不是這樣。他也直言,很多機台設備業者的感受應該相當深刻,通常一開始把圖拿給客戶看,都不會有問題,但一進入到實作階段,問題就會不斷冒出來,特別是進入到中後段的工廠建置階段,還有更多現場的問題需要克服。


但實務上,若採用3D的作法,對客戶來說,是相當具有影響力的,有很多問題可以及早被檢查出來,與客戶的想法落差可以縮小很多。所以,從2D進入到3D,說穿了,就是提升整體工廠建置的品質。


打造整合平台 降低建置難度

從廠房建置來達到智慧工廠的願景,除了透過虛擬工廠的作法外,汪崇真則是從物聯網的角度來更深入地看待智慧工廠的建置。


汪崇真進一步談到,把所有的裝置都串連在一起,有很多細節要顧及,這也包含了軟體層面。他說,就裝置連結這件事上,由於裝置之間的開放程度不同,類別多元,再加上供應商各異,光是要把連結的工作就相當不易,不過在這方面,台灣業者在過去一直以來累積了相當豐富的經驗,但連結了之後,還能不能再向外擴充?這可能又是另一個要討論的問題了。



圖三 : 生產流程的建置,包含了輸送帶、機器手臂、機器視覺與馬達等多項裝置的控制,如何有效整合,成智慧工廠建置的重點之一。(Source:www.hexagonmetrology.com)
圖三 : 生產流程的建置,包含了輸送帶、機器手臂、機器視覺與馬達等多項裝置的控制,如何有效整合,成智慧工廠建置的重點之一。(Source:www.hexagonmetrology.com)

汪崇真直言,台灣不缺裝置連結的人才,關鍵在於如何整合?而整合並不是個噱頭,它的背後有企業營運的目的存在,若能讓管理系統呈現所有的畫面,就有助於工廠現場的即時判斷。


此外,你會發現,很多大廠都在推動自家的物聯網平台,這的確也反映了物聯網目前沒有統一標準的現狀,但客戶能不能建置自己的物聯網系統?答案還是可以的,即便土法煉鋼還是可以做得到的,重點是要花多少時間?


歸納來看,從智慧工廠與物聯網搭配之後,各大廠商之間的連結與軟硬體的整合,如何在同一平台上進行整合,這是PTC所思考的地方,更進一步的說,打造生態系統,讓合作伙伴們可以協同合作,來打造客戶所需要的原型系統。


就實務面上,客戶在系統設計時,一定是且戰且走,這樣才有機會進行修正,仍然無法避免這樣的情形,即便公司旗下設置了物聯網這類的部門,所以系統建置的平台本身也必須具備高度彈性的特色,讓系統建置時,可以更加方便。


結論

由此可見,資通訊技術的演進,大幅提升了生活的便利性,長遠來看,對於工廠的生產效率也能有相當大的幫助,但在此之前,如何有效地打造一座智慧工廠,或許是所有的系統整合、機台設備與製造業者們所要共同思考的課題了,而使用共同的語言或是平台,以彌補彼此之間的認知落差,進而節省不必要的成本與時間,應該是目前業界所一致努力的方向。


註:刊頭圖片(Source:西門子官方新聞中心)


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