結合智慧型服務 使產線邁向全面智動化
- DIGITIMES企劃
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智慧工廠的精髓在於智能自動化，而智能自動化主要植基於三個層次，由下往上依序是「設備接入層」、「資料採集層」及「應用接入層」；意欲貫穿三大層面，成功打造工業4.0智慧工廠，則有賴廠務管理與資訊單位攜手合作，雙方亟需共同推動的事項甚多。
在近期，有知名電腦大廠的董事長針對物聯網發表看法，他認為，環顧物聯網商業模式，真正的主體價值，乃在於擁有智慧型服務的「網」，但很可惜的是，台灣多數的供應商、甚或需求端，似乎都搞錯了方向，誤將物聯網錯置為「聯網物」，反倒把價值訴求彰顯於「物」、也就是終端設備之上，無怪乎現今許多聯網物解決方案的商業價值都不高，獲得的市場迴響也相當有限。
因此製造企業大費周章推動生產資訊的數位化，再延伸到機器端形成機聯網，其間佈建為數可觀的感測器、遠端I/O模組或控制器、無線轉換器、資料集中器，也在後台建立了SCADA圖控系統，終極目的絕對不僅止於將大量機台設備的狀態資訊，即時傳送到中控室，接著透過SCADA介面呈現出來而已，如果沒有後續的延伸應用，這般應用場景充其量也只是部署眾多「聯網物」，對於提升製造企業的生產力、競爭力，其實沒有太大助益。
所以政府在定義生產力4.0的過程，除了訴諸物聯網、機聯網外，也強調必須再藉由系統管理、巨量資料(製造+服務)技術與精實管理，達成聯網服務製造系統之創新營運模式；顯見真正的好戲，並未在物聯網或機聯網等環節劃下句點，換言之，舉凡設備接入、資料採集甚至是應用接入，都只是企業賴以強化生產力、競爭力的必要手段，而非目的。
奠基開放標準 確保前後台整合無虞
有業者認為，為了讓後續的故事可以發展得更為璀璨亮麗，從而為企業帶來巨大效益，則包括在設備接入、資料採集及應用接入等層次所鋪陳的每一個梗，都必須要有延展下去的空間，因此如何確保整個關鍵技術策略的推動，每一步都奠基於標準化及開放資源，對於不管是廠務管理或資訊單位，肯定都是極其重要的課題。
比方說，針對智能自動化的中間層次，意即「資料採集層」，必須藉助標準化資料通訊標準，例如具有輕量化優勢的MQTT(MQ Telemetry Transport)協定，在感測器、制動器、裝置、應用等各式底層物件，以及上層雲端平台之間，得以進行安全無虞的雙向通訊。
至於再往上一層的「應用接入層」，一方面需要建立標準化應用接入服務，譬如RESTful API，二方面則需援引開放性流程設計方式，孕育IoT視覺化流程，而針對流程編輯部份，現今愈來愈多業內人士已傾向採用一項名為Node-Red的開源工具，它是一個基於Node.js，並藉由瀏覽器運行的視覺化流程編輯器，訴求讓使用者僅需透過拖、拉、放等簡單步驟，完全不需要撰寫程式，即可透過元件的串接快速勾勒IoT應用流程，其內含應用端的後台系統、前台裝置設備，以及不同設備透過IoT閘道器所連結的I/O節點，旨在以最快速度將生產流程數位化。
前述三層式架構，輔以結合標準化及開放資源元素，是否已經締造出成功案例？答案是肯定的，譬如某家紡織廠，便依循這般模式，為內部染整設備導入物聯網架構，利用無線轉換器、資料集中器等中介裝置，確保染料儲存、調色、染料分配輸送、染色直到布車等不同生產流程的資訊，一路走來皆可不間斷即時傳送，進而創造諸多立竿見影的效益，包括讓物料損失幅度減少6個百分點，染色精準度從原本85%推升到90%，因應染整製程所需投入的人力，也由原來的11人減為6人，林林總總算下來，一年可回收的報酬高達百萬美元，可謂成效卓著。
另一電子設備製造商，充分運用了現今最被廣泛採用的Web服務——RESTful API，據以串接前後台的各類型儀表板、資料庫、MES或ERP...等等節點，俾使管理端可透過統一介面，集中監視與控制所有現場維運設備、工業自動化系統，以及物聯網感測裝置。
生產力4.0效應 在各產業逐步遍地發酵
值得一提的，伴隨政府生產力4.0推動計畫應運而生的諸多示範案例，也頗具借鏡與學習的價值。以工具機產業為例，原本其潛在客戶之一的航太製造廠，大多採用進口工具機，儘管此舉有助於接單，但設備購置成本偏高，也讓售服維修停機時間隨之延長；而台灣工具機廠為搶進此一高附加價值市場，並協助航太製造廠解決過往難題，遂利用CPS數位設計與製造技術，藉由遠端平台提供切削製程策略，藉以加值設備製造服務水平(含括製程模擬、自主排程、預兆診斷、產能監控、生產履歷等項目)，與此同時，也藉由CPS傳動系統應用力模擬，快速縮短50%試製時間，並提高加工效率達4倍之多，連帶透過輕量高剛性結構數位設計，降低兩成材料成本，使其如願叩關航空零組件加工用工具機市場，且單機價格由原本新台幣1,000萬元提升為1,600萬元。
此外，自行車業者為了解決3K(辛苦、危險、骯髒)作業環境下的缺工問題，更為了銜接技師老化遺留的人才斷層，且亟思更有效呼應市場精品化趨勢，故而導入生產力4.0方案，一方面建立一個涵蓋數位結構自動生成、碟煞結構熱傳分析、鏈條傳動系統模擬、車架動力機構模擬等智慧機能的CPS數位設計與製造平台，二方面則藉助雲端服平台、感測器(含車況感測、生理感測)，孕育出諸如騎乘模擬、風阻模擬等智慧服務。透過上述改造計畫，該自行車業者得以縮短新產品開發時間，並且受惠於客製化產品與智慧化服務，使整車出口平均單價為之上揚。
而在印刷電路板(PCB)產業方面，則亟欲扭轉現今諸多不利因素，包括大量依賴人工作業無法提升產品精度與良率，現有檢測系統耗費人工過大、無法提升生產效率，以及智動回饋不足、無法承接少量多樣訂單，於是決定結合感測與網路、物聯網應用、智慧機械與機器人應用、大數據分析，及精實管理(生產排程最佳化)等完整元素，導入生產力4.0方案，期使產線具備自動感知、預測與配置能力，且可充分支援彈性生產，且一併建立多樣化高良率、彈性快速的製造模式，終至實現PCB全線生產智動化。
至於面板廠，則透過類比訊號採集模組進行機械手關節的特徵值訊號採集，以實現設備全面感知，並以SCADA圖控軟體實現雲端智慧運算與異常報警的功能，以期大幅降低產線停機風險，同時落實關鍵設備之預防保養；其具體做法，乃是在廠區設備間佈建大量分散式資料採集模組，藉此完整收集機台設備的關鍵數據，藉由合理成本達到現場端全面感知，若是從中察覺異常數據，便即時上傳雲端，再利用圖控軟體進行特徵值分析與遠端設備監控，以利在最短時間內排除障礙，不僅大幅降低現場巡檢之人力需求，更藉助預防保養機制而大幅減少停機風險。
