北爾智慧人機 實現工業4.0預測製造與虛實整合

北爾電子產品經理 張資芳

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。