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智慧傳動元件可靠SaaS加值維運
使用者採行No-code串接微服務

【作者: 陳念舜】   2021年10月26日 星期二

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相較於現今所謂智慧傳動元件,除了智慧感測器、傳動元件等硬體,並透過物聯網來實現數位化之外,使用者還應思考該如何化繁為簡,整合在末端感測器、機上盒蒐集來的數據,再上傳戰情室、雲端,透過串接SaaS微服務來創造差異化,降低售服維運的成本。


早在2012年台灣率先引進工業4.0核心網宇實體系統(Cyber-Physical System ,CPS)以來,便有高聖精密機電公司(cosen)與美國辛辛那提教授李傑合作,開始投入研發智慧帶鋸機,可透過人工智慧演算法、模型來分析工業大數據,讓客戶可在生產過程中,、更精準預測帶鋸機和刀具的使用壽命與切削數據。


但是當時因為工業4.0概念在台灣尚屬萌芽初期,市場上幾乎沒有案例可供參考,光是第一步安裝感測器,就讓高聖著實下了一番功夫。「未將工具擺放到正確的位置上,是很多製造業者得不到工業4.0效益的原因之一,因此從感測器的選擇開始,其實就是一門學問。」高聖精密機電執行吳迎帆表示,所以早期該公司在機台上佈建多達18個感測器,直到經過不斷地調校、分析,最後才定義出振動是觀察機台健康的指標,並從中篩選出最關鍵的3個點位。


以及後續DMG Mori集團雖然在2015年與德商舍弗勒(SCHAEFFLER)合作Machine 4.0計畫,在義大利米蘭EMO展出原型機的驗證機台,號稱將所有與生產過程相關的軸承位置都直接整合成了60顆獨立的感測器,包括:軸向力感測器(X-Y-Z軸承)、震動感測器(主軸、滾珠螺桿與NC旋轉工作台)、干涉感測器(主軸)、溫度及油脂感測器(NC旋轉台)、膨脹感測器(主軸)來測量各處數值。惟其最終目的,仍是為了驗證關鍵元件是否安裝在正確位置,以對於工具機有更好的程序控制、機台運作監控、預防維護與能源管理等加值功能,而非用來實際銷售。


可見「內行的看熱鬧,外行的看門道」,無論對於整機或傳動元件廠商而言,在機台上安裝感測器的數量多寡其實並非重點,唯有能藉此取得真正有用的數據,以有效降低保養維修及營運服務成本,甚至是從一開始的設計開發才是關鍵!



圖1 : DMG Mori集團雖然在2015年與德商舍弗勒合作Machine 4.0計畫,在義大利米蘭EMO展出原型機的驗證機台,號稱將所有與生產過程相關的軸承位置都直接整合成了60顆獨立的感測器。(source:ien.eu)
圖1 : DMG Mori集團雖然在2015年與德商舍弗勒合作Machine 4.0計畫,在義大利米蘭EMO展出原型機的驗證機台,號稱將所有與生產過程相關的軸承位置都直接整合成了60顆獨立的感測器。(source:ien.eu)

營造預診保修演算法 降低維運與開發成本

舉例來說,現今台灣軸承大廠東培工業便與工具機大廠永進機械合作,針對工具機最容易故障的迴轉傳動元件主軸安裝感測器,用來即時偵測、告知東培的軸承運轉狀態,進行預診保養與排修,最終實現無人化工廠目標。


「但感測器相對不重要,只要向外部物聯網(IoT)元件廠商採購標準品即可,東培反而更重視的是要全程自主開發專利演算法,再與整機廠合作開發軟體。」東培認為,尤其是在少子化社會來臨之後,已嚴重壓縮年輕員工進入產業學習時間,感測器則可扮演資訊整合的輔助角色,將老師傅多年來累積的專業知識和經驗量化,成為可供驗證演算的邏輯後,使用者即可不必多花時間深究,結果究竟從何而來?


就連日前與台灣三隆齒輪正式簽署「智慧製造發展計畫」合作備忘錄的西門子公司,現也持續協助其生產設備導入IoT解決方案,使之可即時監控設備運轉狀態,並上傳MindSphere雲平台建立演算法模型,主動預測、通報,並提供SaaS微服務;再經西門子負責建構防火牆,以確保能安全取得資料來排除故障,也不怕會受到DDoS資安威脅。


由於三隆以進口大量加工設備為主,底層裝置可能未開放通訊或系統過於老舊,而不希望額外加裝IoT感測器。西門子則先協助其打通底層設備通訊介面之後,三隆只須保留原廠設計埋入的感測器(Embed sensor),將蒐集來的資訊輸入PLC等控制器即可監控,建立資料庫,而不必額外加裝感測器,或者自行籌建IT、SI(系統整合)團隊在後台處理資料流,只要從機聯網撈出資料,即可主導後續Maintains(維運服務)。



圖2 : 目前台灣軸承大廠東培工業也與工具機大廠合作,針對主軸即時偵測、告知東培的軸承運轉狀態,更重視的是要全程自主開發專利演算法,進行預診保養與排修。(攝影:陳念舜)
圖2 : 目前台灣軸承大廠東培工業也與工具機大廠合作,針對主軸即時偵測、告知東培的軸承運轉狀態,更重視的是要全程自主開發專利演算法,進行預診保養與排修。(攝影:陳念舜)

公會統一API交換格式 串接SaaS微服務

另為了推動產業數位轉型及SaaS微服務產業應用,致力建構微服務API資料交換格式的產業規範,工具機暨零組件公會(TMBA)現也積極與PMC精機中心,結合軟體服務業者、會員廠商等,共同推動SaaS微服務的資料交換格式規範。繼今年初宣佈成立「智慧製造SaaS雲服務聯盟」以來,便積極推動規範統一SaaS微服務資料交換格式標準化,加快整合不同軟體、廠家,共同發展跨領域、多元產業攜手的軟體服務聯盟,攜手帶動台灣中小企業數位轉型,突破數位鴻溝,重組價值鏈。


目前新興的微服務係指數位轉型的精緻化,其價值在於具備敏捷、滾動式更新和無限彈性擴充的特性,是一種開發應用程式的方法,將單一應用程式劃分成多個小型服務,各服務之間獨立執行程序,並利用API應用程式介面進行溝通。


因應現今市面上新型工具機已越來越多具備聯網和偵測功能,透過API讓零組件、系統及服務串聯起來,成為全新的商業應用模式,是工具機產業發展智慧製造及數位轉型的創新思維,而這一切必須建構在穩健的API架構之上。


日前工具機公會也透過線上發表SaaS微服務成果,帶出「設備故障診斷」使用情境案例。此由奕馬資訊、谷林運算、永進機械、達易智造,示範生產線場最常發生的問題點,在短時間內,透過微服務串聯各種智能數位化應用,充分展示微服務與API架構的優勢,包含容易分解與組合、快速堆疊所需情境、各廠家跨平台整合與溝通容易,這些微服務的優勢,可以協助中小企業快速升級達到智慧製造及數位轉型。


谷林運算奠基雲平台 提供設備零組件完整傳輸方案

谷林運算商務拓展部門負責人金柏樞表示,該公司團隊其實從2010年就在富士康深圳園區負責設備聯網,2018年回到台灣創業後,在物聯網監控解決方案中,較傾向扮演專用雲平台角色,主要提供製造業經亞馬遜AWS IoT Core認證機上盒BCS-M100,以滿足製造業產線數位化需求。除了開放API,還能透過Modbus、OPC-UA等工控通訊,來讓電控設備廠商串接資料,產生QR-code,並顯示於App使用。


現已與國內外多家工具機製造廠商的專屬CNC控制器、PLC或機械雲(VMX)取得協議串通合作,得以串接中小微型製造業各式生產線上工業感測器及設備控制器資料,即時上傳ERP/MES或AWS雲端記錄,建置能跨場域整合的雲端生產看板或APP顯示、告警通知。


讓管理者隨時隨地都能監看當下生產狀況,或查閱歷史資料分析預診,實現工廠管理最佳化,並可將資料存儲雲端的紀錄供後續AI分析。「當車用零件的夜班人員打瞌睡未人工上料,導致早上無貨可出,即可發出警報通知現場人員;若繼續延遲,則發送APP異常通知主管。」


同時提供「GoodLinker 企業雲端戰情室」工業物聯網(IIoT)一站式API微服務,不必編程No-code,就能利用機上盒的工程模式設定,自動生成公版儀表板(dashboard),顯示於同一群組頁面,登入谷林運算的官網以瞭解設備狀態。


同時選擇想看到的資料的平均值、最大/最小值和中位數,並為此設定上下限。當觸發異常時發出警報,即可將現有機台設備升級智慧製造;甚至查詢過去每一天的資料,每經過3mins儲存一筆資料,記錄異常次數及時間,供管理者查看及提供未來AI大數據分析使用。


金柏樞認為:「當今各家機台、零組件廠商為了綁定自家硬體加值服務,創造差異化,而紛紛推出自家App、雲平台,造成介面混亂又不常用,谷林運算則可協助整合不必要的App;也能扮演物聯網平台的角色,視整機或零組件為夥伴,更有籌碼與原廠品牌洽談授權,蒐集更多元資訊。倘若工具機廠售出整機後,亦可將零組件資訊上傳雲端,得知目前消耗情況,通知客戶提高庫存備料;同時接受VPN虛擬IP,提供遠距維修服務。



圖3 :  谷林運算主要提供客戶經亞馬遜AWS IoT Core認證機上盒,讓管理者隨時隨地都能透過監測三色燈及PLC設備,掌握當下生產狀況,或查閱歷史資料分析預診,實現工廠管理最佳化。(source:谷林運算)
圖3 : 谷林運算主要提供客戶經亞馬遜AWS IoT Core認證機上盒,讓管理者隨時隨地都能透過監測三色燈及PLC設備,掌握當下生產狀況,或查閱歷史資料分析預診,實現工廠管理最佳化。(source:谷林運算)

奕馬推動No code去程式化 變色龍加快數位轉型

當奕馬資訊收到異常資訊推播和API服務分析資料之後,即可經過該公司打造一套不用寫程式的工業物聯網軟體「變色龍」(Chameleon),具備易佈署、易安裝、易擴充和易維護等特性。主要用來模擬電路板產線上實際生產狀況,包括:PLC、HMI、sensor等零配件,儲存大量物聯網資料之後,再透過儀表板(Dashboard)顯示資訊的意義,並串接其他微服務。


包括向基層設備取得IoT設備/感測器資料,或與廠內MES/RMS系統、Reserve API微服務串接,所以除了儲存大量製造的長期歷史數據之外,還能化為有用數據,透過系統開發、儀表板輸出顯示資訊的功能,以實現生產透明化,方便應用管理。


有別於傳統聯網軟體多為客製化系統,一旦設備更新或新增機台就需進行程式更新,增加維護成本與時間,能藉此有效降低製造業輕鬆導入聯網資訊系統,跨過智慧化應用門檻,加速邁向智慧製造,建立一套完整的生態系,期望將軟體產品持續推廣至台灣製造業。


「實際上每個工廠都是獨一無二,最清楚生產問題的應該是長期待在廠內的生產人員,若在尋求外部顧問協助前,先詳細盤點廠內的長期問題,在解決問題的同時,也能產生獨門智慧解決方案。」奕馬資訊總經理李秉恒表示,製造業智慧化應以資訊化為基礎建設,相較於過去資訊系統導入常採用專案型式,造成系統維護及擴充上難度極高的問題,奕馬資訊以「人力轉型」的方式讓業者自行建置物聯網系統,打造最適合自家的資訊系統,並可隨工廠需求調整,「這才是最深入且對自身數位轉型最有效的方案」。


此外,「不需另外進行程式開發」是變色龍技術的另一項特色,藉由建立網路、安裝閘道器、設定及完成聯網4步驟,即便不會寫程式的製造業人員,只要透過一日教育訓練就能簡單上手,協助業者實現自主維護及快速建置系統的目標。


李秉恒表示:「聯網方案的選用對工廠來說是非常重要的事情,好的方案就直接決定一個工廠的智慧化是否可順利發展,而方案的功能、便利性、擴充性、資訊安全等都是必需考量的因素,而非過去單純以價格做為唯一考量」,因此,變色龍系統仍持續不斷更新改版,擴充新功能並強化資訊安全及保障企業機密,提供企業最好的專屬指定方案。



圖4 : 奕馬資訊總經理李秉恒表示,「不需另外進行程式開發」是變色龍技術的另一項特色,即便不會寫程式的製造業人員,只要透過一日教育訓練就能簡單上手。(攝影:陳念舜)
圖4 : 奕馬資訊總經理李秉恒表示,「不需另外進行程式開發」是變色龍技術的另一項特色,即便不會寫程式的製造業人員,只要透過一日教育訓練就能簡單上手。(攝影:陳念舜)

總結

因應後疫時期台灣製造業正面臨數位轉型的挑戰,該如何讓智慧製造加速落地並推向規模化應用,將是未來發展的重要目標。為使產品能夠快速推廣至產業,繼減省末端感測器、機上盒等硬體之後,未來還有賴SaaS新創服務商利用串接共通資料格式,採行No code持續與設備、零組件及電控業者合作,以建立深入的智慧化服務產業鏈;再進一步發展自動控制應用,讓聯網可視化、生產透明化,能夠跨平台、移動裝置隨時隨地掌握全廠設備狀況,才能真正協助製造業者轉型升級,邁向智慧製造。


*刊頭圖(source:manufacturingtodayindia.com)


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