智能工廠可以分為三個層次,一層是以自動化及控制為主的設(shè)備層解決方案,導(dǎo)入的應(yīng)用為CNC數(shù)控設(shè)備,以及PLC、I/O、觸摸板及運(yùn)動控制產(chǎn)品為主;二層為人機(jī)界面和監(jiān)控系統(tǒng),導(dǎo)入的應(yīng)用包括HMI/SCADA、整合監(jiān)控廠務(wù)設(shè)備、收集實(shí)時及歷史數(shù)據(jù)及整合分析效能與節(jié)能控制;三層為生產(chǎn)管理解決方案,導(dǎo)入的應(yīng)用為MES/EMI,提供生產(chǎn)線工單、投料、備料全自動信息。
如果從軟件解決方案的角度切入,上層為實(shí)時信息入口網(wǎng)站,然后依序?yàn)橹悄芄S性能分析和生產(chǎn)執(zhí)行、綜合質(zhì)量管理、資產(chǎn)管理、工廠數(shù)據(jù)庫、圖形監(jiān)控設(shè)備及底層的編輯與控制,這些作業(yè)平臺,智能工廠可以根據(jù)需求來建置。
導(dǎo)入智能工廠應(yīng)用可以帶來的好處,是顯而易見的。以LED燈具生產(chǎn)線為例,每一個LED燈具的工序多達(dá)數(shù)十個,每一個工序都要做好分配。為了追求生產(chǎn)速度,可能就需要20幾個人來裝配,但導(dǎo)入自動化生產(chǎn)線之后,7秒就可以完成一個LED燈具,而且只需要用到三個人。
但導(dǎo)入自動化之后,生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)也要重新設(shè)計(jì),以前述的LED燈具為例,該智能工廠就將生產(chǎn)線做成ㄇ字型,是因?yàn)橐紤]智能工廠現(xiàn)場的空間,以及倉庫的位置,如何進(jìn)出料、如何維修等,才能設(shè)計(jì)出符合實(shí)際需求的生產(chǎn)線形狀。
接下來就是進(jìn)入SCADA,也就是Supervisory Control And Data Acquisition,凡是具有系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)擷取功能的平臺,要搭配相對應(yīng)的軟硬件,才能稱之為SCADA。
設(shè)置SCADA的目的,是希望透過計(jì)算機(jī)的實(shí)時監(jiān)控設(shè)備,提供系統(tǒng)設(shè)備作整體的監(jiān)視、控制、自動定時紀(jì)錄、打印及查詢并提供設(shè)備的實(shí)時運(yùn)作狀況。智能工廠可借此建立長期的設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù),有效的運(yùn)用維護(hù)人力資源,提高設(shè)備維護(hù)質(zhì)量及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率。SCADA可滿足各式各樣的系統(tǒng)設(shè)備,如電力監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、門禁監(jiān)控系統(tǒng)、制程監(jiān)控系統(tǒng)等。
另一個攸關(guān)智能工廠應(yīng)用的項(xiàng)目是圖控系統(tǒng)。專家指出,圖控接口要成功,須要先理解,人與設(shè)備間的接口,其實(shí)存在于控制設(shè)備與屏幕圖形之間的對應(yīng)關(guān)系,真實(shí)世界的設(shè)備、感知器或控制器,轉(zhuǎn)成計(jì)算機(jī)屏幕的各種對象時,要能做到完全對應(yīng),工程師需要一點(diǎn)美學(xué)修養(yǎng),才能呈現(xiàn)接近真實(shí)世界的狀況,讓控制人員能夠藉由屏幕圖形就能顯示設(shè)備運(yùn)作狀況及透過屏幕控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。
一套完整的監(jiān)控系統(tǒng),需要許多組件的構(gòu)成,以制程設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)為例,制程設(shè)備上要有感測及制動裝置,并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及傳送到控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)至少要具備顯示、記錄、調(diào)節(jié)及致動等功能,由操作人員根據(jù)前臺后傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。因此所有的數(shù)據(jù)在送到后臺時,一定要妥善處理,如有70%的警告可能只是誤報,監(jiān)控系統(tǒng)要有能力做判斷。
除了前述的系統(tǒng)平臺外,硬件架構(gòu)也需要妥善考慮,才能建構(gòu)出智能工廠。首先是聯(lián)機(jī)的基本需求,通信協(xié)議應(yīng)該要盡量選擇市場現(xiàn)有的,盡量減少自行開發(fā),以免設(shè)備之間的聯(lián)機(jī)產(chǎn)生問題。
其次是選擇儀控設(shè)施,目前的儀控設(shè)施接口,非常多樣化,除了有目前盛行的Ethernet外,過去的RS232/422/485仍然還是有在使用。其實(shí)智能工廠也不一定非Ethernet不用,因?yàn)榭紤]建置成本,過去的投資不一定要舍棄,但不同的儀控設(shè)施接口,會影響通信線路的配置,包括設(shè)備、距離、速度及成本等,工廠在導(dǎo)入解決方案時,要做好取舍規(guī)劃。
而在計(jì)算機(jī)設(shè)備的選用方面,包括聯(lián)機(jī)計(jì)算機(jī)數(shù)量與配置、工作環(huán)境、計(jì)算機(jī)規(guī)格及外圍裝置,都要做好充分考慮。專家認(rèn)為,選用的關(guān)鍵完全取決于系統(tǒng)的承受度,該用服務(wù)器就得用服務(wù)器,不要因?yàn)楣?jié)省采購成本,而選擇較為便宜的計(jì)算機(jī)設(shè)備,因?yàn)橐坏┻x擇錯誤,導(dǎo)致設(shè)備常常故障或當(dāng)機(jī),維護(hù)成本未必劃算。
至于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的考慮方面,要考慮的項(xiàng)目包括工作站的任務(wù)分配、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)流量控制及網(wǎng)絡(luò)安全考慮。在架構(gòu)規(guī)劃時,可以依照控制責(zé)任區(qū)分、人機(jī)接口規(guī)劃及網(wǎng)絡(luò)功能配合等方向來考慮。
以控制責(zé)任為例,可以分為控制器及圖控計(jì)算機(jī),前者重視的是實(shí)時性、高可靠性,適用低階邏輯性/模擬性之控制,后者則是要求強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,適用高階控制。至于每一個交換器要裝幾個控制器,則是取決于對于速度的要求。
人機(jī)界面規(guī)劃方面,一定要導(dǎo)入人因工程的觀念,不管是使用習(xí)慣或是圖形大小,都能符合使用習(xí)慣及現(xiàn)場狀況,如旋鈕的方向、大小及顏色等,要達(dá)到直覺、簡易、防誤等要求,其他項(xiàng)目如操作流程、展示方式及安全管制,也都要以符合使用者習(xí)慣為主要考慮。
MES往往是智能工廠須要導(dǎo)入的應(yīng)用。智能工廠如果在生產(chǎn)過程中,發(fā)生太多問題,如停機(jī)、生產(chǎn)損失、返工太多、發(fā)貨時間錯誤、無法符合行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的需求、物料短缺、無法跟蹤原材料的使用及客戶投訴和產(chǎn)品召回時,可能都要認(rèn)真思考導(dǎo)入MES的必要性。
因?yàn)槊媾R前述問題,管理者須要做出對應(yīng)策略,碰到各種問題時,要靠 MES 才知道原因?yàn)楹危绾胃纳?,如在接到急單時,由上到下的信息若能做好整合,就可以在短時間內(nèi)知道相關(guān)備料是否足夠,判斷能否承接訂單。
由于節(jié)能減碳的需求日增,智能節(jié)能系統(tǒng)也已成為智能工廠常見的導(dǎo)入項(xiàng)目。以能源管理系統(tǒng)為例舉出,從收集量測、監(jiān)視分析、控制管理、卸除到節(jié)能,其實(shí)需要設(shè)法整合各自獨(dú)立的系統(tǒng),如電力及照明監(jiān)控、空調(diào)監(jiān)控、停車管理等,才能達(dá)到節(jié)能、減碳進(jìn)而減費(fèi)的目的。
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