北爾智慧人機 實現工業4.0預測製造與虛實整合
隨著工業4.0、物聯網趨勢延燒至工業自動化,展望今後的製造環境,演進為下列型態,意即從進料檢驗、流水線、各工站檢驗點,乃至成品、包裝、貨運等各項作業,將分散至不同衛星工廠分段執行,藉由不同工廠之專長提升生產效率;因此如何整合不同端點資料、訊息,使管理者得以即時監控、分析甚至預測每一段環節的生產狀況,實為重要課題,而人機介面(HMI)望扮演重要的輔助角色。
專注研發HMI逾30年的北爾電子(Beijer Electronics),其產品經理張資芳表示,時值工業4.0概念興起,該公司不斷自我審視,HMI平台究竟可貢獻何等助力?如何有效結合不同平台與終端感測器通訊,促使用戶端生產效能提升?北爾電子針對這些議題不斷進行研究,最終找出智慧人機之於工業4.0的甜蜜切入點,即是協助製造業推動預測製造與虛實整合。
張資芳引述學者研究,所謂工業4.0,即是物件加上工業物聯網,再乘以「IT(資訊技術)+OT(操作技術)」的實現,舉凡物聯網、網路通訊技術,都是工業4.0應用環境裡頭不可或缺要素。
以個人端而言,現今人人幾乎都擁有智慧型手機與平板裝置,且已習慣藉此進行網路購物、收發郵件等日常應用,如今則可順勢延伸到工廠作業面;從遠端監控生產線狀態、遙控衛星工廠,甚至藉此接收由系統自動產生的營運報表。進一步進行大數據分析,產生智慧製造及決策依據,並反饋至生產線落實執行;綜觀整個應用脈絡,便牽涉虛擬(數據分析)與實體(生產狀態資訊)的整合串聯。
HMI結合物聯網 發揮預知維護功效
張資芳認為,驅動工業4.0持續發展核心技術,無疑就是物聯網,無論由底層設備、感控裝製,一路向上通訊應用層,物聯網各有其角色定位,依序發揮Connection、Conversion、Cyber、Cognition與Configuration等五大功能,從底層設備間可自動連結通訊、偵測動作及交互行為,接著從自我偵測連結傳回關鍵數據,提供預防性驗證並察覺潛在問題,再者設立備份機制,並依設備特性、性能建立健康檢查模式,產生PtoP性能圖表,供訊息同步參考,再由自我偵側、檢驗數據將產生資訊圖表得以顯現潛在問題的預警,到了最上層,則負責制定機器或生產系統可被重新配置的優先等級,以達成機制的彈性與效率。
如此一來,製造企業只要善用物聯網特性,藉由大數據分析提供有效訊息等資訊技術,便可發揮預測、自我防範等妙效,藉以降低因生產過程所造成的報廢品,大幅降低潛在生產損失。舉例來說,假設工具機的刀具只要執行切削任務達10萬次,即無法提供精確的切削,以往礙於難以計次,總是要等到刀具確實損壞,造成不良品後相關人員才進行替換,已無可避免造成生產線停頓與報廢不良品,如今藉助感測技術,便可如實記錄刀具切削次數,並由光學檢驗等設備量測刀具健康情形;雙管齊下管理者僅需透過HMI與圖控軟體監測,便可即時全盤掌握數字的趨勢變化,甚至進一步比對可靠度壽命 (MTBF) 試驗資料,綜合研判刀具使用週期、邊緣磨損狀況,只要呈現異狀,就能適時執行必要維護與檢視動作,避免機台驟然停頓而釀成產能損失。
「早期HMI與PLC結合,賴以控制機台的停或走,發揮最基礎的功能,但如今可望跳脫如此單純的定位框架,進一步扮演更積極角色,協助製造業主監看、預防及防止問題的發生」張資芳說,然而HMI意欲稱職扮演預測製造的輔助工具,便需要強化諸如圖像、視覺化等更複雜的圖形、報表處理能力,且需要提供連結更多元終端控制器及感測器等的通訊協定;為此北爾遂以iX圖控軟體作為人機介面的核心技術,希冀訴諸iX開放式平台,據以整合用戶所需之資料、元件庫(Library),以便於搭配用戶實際現場狀況進行配置。
應用Vision識別 營造智慧生產新局
換言之,善用北爾HMI,企業可在智慧製造上更進一步,僅需熟悉一套iX圖控軟體從下至上的資訊整合,獲取諸多應用價值。首先可利用HMI推動智慧生產管理,意即藉由開放式人機連結物聯網與服務聯網,並使用C#程式碼或.Net元件設計所需人機介面功能,另可匯入第三方物件搭配.Net元件進一步擴充功能,以期實現預測製造目標。
其次將HMI運用於設備生命週期的監測,例如掌握馬達性能數據、刀具損耗檢測等數據,協助製造設備健康反應並即時回饋,以避免損耗。對此張資芳建議,用戶可透過SQL資料庫建立MTBF數據比對,再使用C#程式碼或.Net元件設計MTBF比對及曲線對照,進而匯入設備Library組件,擴充檢測功能,實現即時偵測與措施防範。
再者,可應用Vision識別以推動智慧生產,以機械手臂結合機器視覺為例,便可藉此即時精確判斷各種不同形狀的物件姿態,自動校正,以正確角度定位、抓取正在輸送帶上移動的物件,提高校正與診斷的精確度。北爾HMI內建Vision影像設備協定可無縫整合視覺辦識的應用於人機操作系統中,並提供Excel格式報表,方便用戶將資料庫資料進行運算整理產出報表,同時也使用微軟.Net Framework,提供不受限制的設計選擇空間,讓用戶能夠順利整合HMI與攝像頭驅動程式。
此外針對太陽能供電環境,業主可藉助HMI發揮遠端監測功能;為此北爾提供強固且省電的戶外型人機,提供彈性時間排程功能,方便資料彙整,並支援手機簡訊的警報發佈功能,俾使管理者即時掌握現場狀況。
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