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2013台北國際自動化大展速寫
從自動化到智慧化

【作者: 王明德】   2013年10月14日 星期一

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2013台北國際自動化展8月28日在南港世貿展出,今年參觀人數突破7萬人次,參展廠商總家數更達372家,國內外大廠幾乎全數與會,成為台灣2013年以來規模最龐大的自動化產業展覽。


有開放才有未來

在這次展覽中,各家廠商產品多以智慧化作為訴求主軸,由此可看出這幾年開始推動的「智慧工廠」、「工業革命4.0」等概念已逐漸成型,針對智慧工廠概念下的自動化設備規格需求,各廠商都有志一同的指向同一個重點-「開放性」,而開放性又可分為通訊與設備內部。


在通訊部份,工業網路故向來有著專用、封閉的特性,這種網路規範由各家公司自行研製,往往是針對某一特定應用領域而設,效率也是最高,但是在相互連接時就會顯得各項指標參差不齊,推廣與維護都比較難以協調,因此要走向開放,除底層的Field bus外,現在幾乎都已改走乙太網路,讓現場端的製造系統得以與上層的管理系統無縫連結。


設備內部的開放性架構主要則是指PC Based系統,在這次展覽中,雖然PLC仍是主流,不過PC Based的應用層面已逐漸擴展,過去PLC由於技術成熟、運作穩定加上歷史悠久,成為工廠生產系統的最愛,後來PC Based控制器援引PC技術,標榜開放特性,初期發展時,市場雖詬病其不穩定缺點,不過經過長期發展,PC Based控制器已經克服這項缺陷,研華就指出,PC Based控制器原本賴以為競爭優勢的開放性特色,在PC產業的技術突飛猛進下,更讓PC Based將應用觸角延伸到他領域。


其開放性架構最重要的意義在於系統建構時,其技術來源不會只受限於單一廠商,也因此未來系統在維修或擴充時,可以有更多選擇,這也讓整體產線更俱彈性,未來的智慧化功能延伸,將會更簡易迅速。


全面整合 效率加倍

除了開放性外,另一個趨勢是高整合,這點西門子推出的「TIA Portal」(全方位整合自動化平台)更是此次展覽的代表作,西門子是自動化領域的全球大廠,其產品布局相當全面,而1996年提出的「TIA」(全方位整合自動化),就是西門子在智慧工廠的核心概念,西門子指出,TIA是西門子進入下一世代自動化的里程碑。


1996年開始推動的TIA,當時主要著重在硬體面的整合,打造出具有共通性的硬體平台,讓旗下產品如控制器、人機介面可以互通,經過長年的落實,2010年正式推出TIA概念平台 – TIA Portal。


今年更新的「TIA Portal」版本,主要功能可同一平台上,同時規劃、處理不同產品,現在一般自動化產品的處理平台,都是針對單一產品設計,彼此間無法共通,「TIA Portal」不但可處理不同產品,而且可在同一頁面同時處理,共享資料庫,且不同產品頁面的資料、圖示可互相拉曳使用,大幅簡化工程規劃人員的作業內容,並節省工作時間。


介面部份,「TIA Portal」採用了直觀式設計,大量使用圖形化icon,縮短使用者學習曲線,相較於以往的自動化設計平台,在產品問世前要先耗費一段時間學習開發平台的操作,「TIA Portal」的設計讓使用者更快上手。


更銳利的機器視覺

至於在機器視覺方面,,從一開始的機器視覺攝影機到後來逐步加入的影像軟體,機器視覺的領域越來越寬,在智慧工廠概念中,一般人多認為機器視覺只是自動化系統中的一個環節,並不會有太多的改變,不過從次的展出中,可以發現這樣的說法並不正確,工廠的最基本任務就是產能與品質,智慧化的前提必須以這兩者為主,否則就算整合度再高、資料量再豐富,一旦產能與品質無法達到要求也是枉然,因此善用機器視覺產品,來提昇工廠的質與量,將是智慧工廠最基本要求之一。


從會展中碁仕展出的兩款產品e2V線掃描攝影機與Matrox MIL圖像處理函數庫就可看出機器視覺對智慧工廠的重要性,e2V的線掃描從初階的2K到4K、8K、16K,再到年底即將推出的20K,其精細度與掃描速度不斷提昇,成為製造系統中最銳利的眼睛,而Matrox MIL圖像處理函數庫主要則是用來補足前端攝影機的不足,利用後端演算法來補強,Matrox MIL可協助生產線提昇良率,有效提昇良率,避免過去誤判機率過高的缺陷。


在運動控制方面,智慧工廠體系下的運動控制系統技術發展趨勢會有幾點,首先是高精度、高效能與高穩定度,受制於伺服控制的架構,必須在精度與速度上有所取捨,導致整體性能無法提升。因此,提高精度與效能除了在機構的改善外,增加伺服系統的頻寬亦是相當重要,第2則是多軸運動控制,因應自動化系統的普及,使得在單一機台上的軸數增加,一台設備幾十軸數、一條生產線上幾百軸都是有可能的。因此,在軸數增加的情況下,如何協調各軸之動作、監控機台的運作,與配線的方式將是重要的議題。


小結

另外展會中也有業者指出,智慧工廠與現行的自動化設備,最大差異在於產品的加值化,舉例來說,以往的工業通訊只做為機台的訊號傳遞,後來因應整合需求,開始導入乙太網路架構,但是一般乙太網路的拓樸都是採星形結構,一旦封包遺失就無法救回,輕則讓設備運作不順,重則導致系統停擺,因此必須設計出特殊的拓樸架構,以作為製造系統有更強、更即時的備援機制,同時因應地區、環境的不同,可調整出最適宜架構,這就是產品的加值。


雖然這次展出的自動化產品相當多元,不過有意往智慧化方向邁進的製造業主主不一定要全盤皆收,應該是要看工廠本身的型態與既有系統來補強,而在架構智慧工廠系統時,導入者要注意設備的開放性問題,過去提供自動化設備的廠商,其系統多走封閉式,未來若有延展需求,將會帶來大量的資源耗費,開放性架構則可充分解決這方面的問題。


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