PLC串起物聯(lián)網(wǎng)智能制造

受到老齡與少子化造成的缺工現(xiàn)象及covid-19疫情交叉影響，近期制造業(yè)在營運上常受到外在環(huán)境快速變化的考驗，不僅造成供應(yīng)鏈瓶頸，上游設(shè)備及零組件供貨商也難以應(yīng)對生產(chǎn)現(xiàn)場產(chǎn)線交機(jī)、調(diào)校和維運作業(yè)。卻也有PLC可支持邊緣運算，串起工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)OT+IT信息，提供AI、Digitaltwins所需數(shù)據(jù)，協(xié)助業(yè)者從智能工廠逐步進(jìn)階智能制造。

現(xiàn)今一般所稱「智能工廠」的管理模式，系指透過搜集并解析生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，如：生產(chǎn)排程、機(jī)臺稼動率等，藉此發(fā)掘生產(chǎn)所面臨的瓶頸，克服過去難以量化的痛點。讓管理者可據(jù)此排定解決問題的優(yōu)先級并快速決策，減少生產(chǎn)現(xiàn)場的浪費；進(jìn)而善用有限資源來提高效能、降低成本，由于此模式相對簡單且效果顯著易見，對于傳產(chǎn)中小企業(yè)導(dǎo)入門坎較低。

反觀「智能制造」，則是硬件與軟件的配合，必須預(yù)先衡量客戶端整體的生產(chǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)團(tuán)隊也需要具備更高的管理能量和專業(yè)知識。才能透過傳感器、PLC來搜集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，了解生產(chǎn)過程中的質(zhì)量變化，使得機(jī)臺與接口設(shè)備、零配件皆可自行感知、調(diào)控，以維持質(zhì)量的一致性，所以發(fā)展瓶頸相對較深，仍有賴學(xué)研機(jī)構(gòu)與相關(guān)廠商積極投入研究。


 
圖1 : 在這波數(shù)字浪潮下，業(yè)者該如何活用IT數(shù)字化工具及管理能力，來處理現(xiàn)場大量FA數(shù)據(jù)、降低營運風(fēng)險也備受重視。（source：cic.es）

所幸因為這波疫情加速生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)字轉(zhuǎn)型（Digital Transformation；DX）需求增加，如何進(jìn)一步活用IT數(shù)字化工具及OT管理能力，來處理生產(chǎn)現(xiàn)場工廠自動化（FA）的大量數(shù)據(jù)；進(jìn)而加強(qiáng)企業(yè)彈性應(yīng)變，降低營運風(fēng)險成效也備受重視。

三菱導(dǎo)入e-F@ctory架構(gòu)　凸顯邊緣運算價值
由攝陽企業(yè)引進(jìn)的日系品牌三菱電機(jī)（Mitsubishi Electric）的FA系列產(chǎn)品，近期也積極推動以e@Factory概念為核心的智能制造解決方案，順應(yīng)這波數(shù)字轉(zhuǎn)型（DX）浪潮的背景，主要源自于社會和商業(yè)環(huán)境快速變化，必須為可永續(xù)發(fā)展的社會貢獻(xiàn)，創(chuàng)建目標(biāo)來平衡工作滿意度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
隨之推廣的DX策略，也有別于傳統(tǒng)歐美國家沿用上層IT數(shù)字模式來改善生產(chǎn)現(xiàn)場，而是基于活用生產(chǎn)現(xiàn)場的FA專業(yè)知識及OT信息，再導(dǎo)入IT技術(shù)力求達(dá)目標(biāo)策略。三菱強(qiáng)調(diào)：「重點是只能由制造業(yè)利用其專有技術(shù)能力，實現(xiàn)于生產(chǎn)現(xiàn)場DX，而不是由數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)，才能真正在全球競爭中脫穎而出?！?br/>同因應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場會不斷產(chǎn)出大量信息，難以實時上傳，三菱在2003年公布的e-F@ctory架構(gòu)，便率先整合生產(chǎn)現(xiàn)場FA、Edge IT邊際運算技術(shù)，利用底層傳感器、MELSEC系列PLC和新一代工業(yè)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)CC-Link IE TSN的高速、高效特性，與不同伙伴合作。
借著通過單一干線連接、搜集和分析處理，可控制所有不同網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)及信息，從而形成有意義的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，上傳到控制層的整合控制及感測、AOI設(shè)備、機(jī)器人，將大幅節(jié)省人力；甚至是IT層的SCM/ERP系統(tǒng)來管理供應(yīng)鏈，一旦經(jīng)蜂鳴器示警并中斷生產(chǎn)后，還可據(jù)以分析和改善現(xiàn)場產(chǎn)線，實現(xiàn)基于Edge的整體制造（monozukuri）優(yōu)化解決方案。


 
圖2 : 三菱在2003年公布的e-F@ctory架構(gòu)，便率先整合生產(chǎn)現(xiàn)場FA、Edge IT邊際運算技術(shù)，與不同伙伴合作。（source：tw.mitsubishielectric.com）

數(shù)字分身加值　催生節(jié)能智能工廠
目前三菱在名古屋新建廠房便透過PLC搜集生產(chǎn)、營運、質(zhì)量等信息可視化，加以分析和改善后執(zhí)行邊際運算，管理設(shè)備操作，并進(jìn)行排程及有效應(yīng)用后，促進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備和建筑設(shè)備之間合作來優(yōu)化工廠，追求生產(chǎn)設(shè)備高效運行與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)作，以避免來料或生產(chǎn)過程中止，減少產(chǎn)品質(zhì)量損失。進(jìn)而上傳服務(wù)器，再經(jīng)過營運管理監(jiān)控機(jī)制與外部供貨商生產(chǎn)管理監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)協(xié)作，分別依生產(chǎn)進(jìn)度及需求接受產(chǎn)品訂單備料、或者自動訂購零件不足的訂單。
且因為是新成立廠房，所以必須兼顧ISO-14067節(jié)能等級，從而利用PLC擔(dān)任主站（Master），與周邊空調(diào)、熱源及室外機(jī)、通風(fēng)設(shè)備等副站（Salve）溝通，監(jiān)控實際生產(chǎn)運行狀態(tài)；再加入變頻器、智慧電表和傳感器等，上傳數(shù)據(jù)進(jìn)入SCADA執(zhí)行可視化分析與改善，減少交流電源及通風(fēng)設(shè)備能量損耗。
惟若業(yè)者有必要規(guī)劃智慧工廠時，最常要面臨的兩大問題，包括：一、縮短設(shè)計時間，以防重復(fù)設(shè)置類似的數(shù)據(jù)，一旦須要改變控制程序時，仍須耗時來輸入設(shè)定；二、現(xiàn)場調(diào)整時間短，當(dāng)設(shè)備啟動后，仍須耗時來解決設(shè)備之間的干擾問題，即使利用3D仿真器驗證、CAD和工程工具之間協(xié)作建立數(shù)字分身，也需要一具實體控制器。
最新由三菱研發(fā)，即將上市的3D仿真器軟件「MELSOFT Gemini」，則強(qiáng)調(diào)可協(xié)助客戶在生產(chǎn)設(shè)備導(dǎo)入或啟用前，就能透過3D模擬技術(shù)，提升產(chǎn)能與質(zhì)量。經(jīng)過鏈接MELSOFT iQ Works軟件之一的MELSOFT Simulator，得以3D模擬建構(gòu)及驗證生產(chǎn)設(shè)備上的可程控器PLC、運動控制器等動作及產(chǎn)線現(xiàn)況，簡單實現(xiàn)機(jī)上驗證。進(jìn)而加速并簡化顧客導(dǎo)入實體設(shè)備前，從設(shè)計、制造到生產(chǎn)現(xiàn)場運用、維護(hù)等開發(fā)工作流程優(yōu)化，不僅減少生產(chǎn)時的碳排放量，更能縮短工時、提升產(chǎn)品質(zhì)量。


 
圖3 : 三菱即將上市的3D仿真器軟件「MELSOFT Gemini」，則強(qiáng)調(diào)可協(xié)助客戶在生產(chǎn)設(shè)備導(dǎo)入或啟用前，就能透過3D模擬、建構(gòu)及驗證生產(chǎn)設(shè)備上的PLC、運動控制器等動和產(chǎn)線現(xiàn)況。（source：mitsubishielectric）

一旦導(dǎo)入設(shè)備發(fā)生異常后，該「驗證功能」即透過可程控器程序或波形來分析異常原因，并以影像確認(rèn)動作，毋須再透過OPC服務(wù)器，就能連接MELSOFT Simulator和其他設(shè)備，縮短通訊所需時間，將3D 數(shù)據(jù)更新頻率提升12倍，得以提高設(shè)備的動作干涉檢查精度，將有助于減少重工、提升生產(chǎn)質(zhì)量。
此外，MELSOFT Gemini還能經(jīng)由統(tǒng)計設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、作業(yè)員的作業(yè)時間與待機(jī)時間等數(shù)據(jù)，以及其中內(nèi)建約2,500種多樣機(jī)械零件圖形（e- Catalog），于3D畫面上拖放圖形及設(shè)定參數(shù)，繪制成多樣圖表，簡單建構(gòu)產(chǎn)線的布線設(shè)計。再經(jīng)由可視化圖表及統(tǒng)計功能，實現(xiàn)全方位的分析，辨別產(chǎn)品良率及設(shè)備運轉(zhuǎn)率的變化，確認(rèn)生產(chǎn)設(shè)備動作異常的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，讓現(xiàn)場作業(yè)人員能夠迅速查明異常原因，使產(chǎn)線設(shè)計及改善更有效率，未來三菱也將活用數(shù)字技術(shù)，致力延續(xù)顧客事業(yè)的生命周期。

臺達(dá)平臺整合硬軟件　融合OT+IT信息
臺灣工業(yè)自動化大廠臺達(dá)電子公司（Delta）近期也陸續(xù)發(fā)表其智能制造落地實績，包括云端服務(wù)、生產(chǎn)節(jié)能、自動化設(shè)備等智能制造應(yīng)用，為客戶提供高質(zhì)量與可靠度產(chǎn)品、解決方案，包括利用變頻器、伺服馬達(dá)、PLC、傳感器與機(jī)器人等完整工控產(chǎn)品布局優(yōu)勢。
同時結(jié)合洞悉市場及發(fā)揮自身產(chǎn)線智能升級所累積的豐碩經(jīng)驗，由下至上貫穿OT層系統(tǒng)設(shè)備、邊緣層（控制/通訊）與IT層（制造管理及數(shù)據(jù)分析），依序整合自主開發(fā)的智能產(chǎn)品、規(guī)劃智能產(chǎn)線與智能工廠；透過設(shè)備自動整合控制、制造生產(chǎn)管理等平臺和戰(zhàn)情中心、廠務(wù)能源監(jiān)控系統(tǒng)，由點、線、面整合多套自動化系統(tǒng)，具備「立體維度」的智能制造解決方案。
由于現(xiàn)今工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)勢必要有效融合OT+IT信息，其中在OT端著重信息實時性，包含事故告警、狀態(tài)監(jiān)測、診斷干涉等，以便讓操作人員提前維護(hù)或排除故障；同時鏈接于IT端執(zhí)行質(zhì)量管理、物流、下單交易等信息，找出優(yōu)化平臺整合信息，促使供應(yīng)鏈實時因應(yīng)，落實智能制造。
臺達(dá)近期發(fā)表的電子制造業(yè)智能工廠解決方案，便采用自主開發(fā)的智能設(shè)備與智能產(chǎn)線設(shè)計，導(dǎo)入DIAAuto設(shè)備自動化整合控制、DIAWorks生產(chǎn)制造管理平臺，以及生產(chǎn)監(jiān)控戰(zhàn)情中心與智能廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，透過實時收集生產(chǎn)信息，在生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備與倉儲等面向完善人、機(jī)、料、法、環(huán)、測的管理。


 
圖4 : 臺達(dá)近期發(fā)表的電子制造業(yè)智能工廠解決方案，便透過在自家生產(chǎn)場域驗證與累積成功經(jīng)驗，打造標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)軟件平臺，并結(jié)合底層智能設(shè)備、PLC擷取生產(chǎn)數(shù)據(jù)。（攝影：陳念舜）

透過在自家生產(chǎn)場域驗證與累積成功經(jīng)驗，打造標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)軟件平臺，并結(jié)合底層智能設(shè)備、PLC擷取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，再經(jīng)由DIALink設(shè)備連網(wǎng)平臺及系統(tǒng)內(nèi)建的設(shè)定模式，讓用戶可以輕松串接設(shè)備資料；同時支持 MODBUS、OPC等生產(chǎn)現(xiàn)場常見的通訊標(biāo)準(zhǔn)，擁有高整合與兼容性。邊緣層Edge則透過DIABCS整線設(shè)備管控與DIAEAP設(shè)備自動化控制兩套系統(tǒng)，M整合異質(zhì)設(shè)備M2M互動及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換，不僅可在發(fā)生異常時下達(dá)命令停機(jī)，更可透過系統(tǒng)依不同應(yīng)用需求，實時運算分析轉(zhuǎn)換成有用的洞見，提供上層系統(tǒng)「即取即用」。

導(dǎo)入先進(jìn)AIoT技術(shù)　從智能工廠邁向智能制造
值得一提的是，目前在三菱導(dǎo)入先進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)DX層面，也分別利用：「行動DX」克服勞動力短缺問題，透過與產(chǎn)在線機(jī)器人協(xié)作/自動化，讓人們可以從單調(diào)工作中解脫出來，從事高附加價值工作；藉「知識DX」，促成員工與三菱獨創(chuàng)的人工智能技術(shù)（Maisart AI）合作，藉其深度/強(qiáng)化學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析能力，讓任何人都可以繼承熟練工人的知識、技能，減省現(xiàn)場運算負(fù)擔(dān)及時間等成本。同時強(qiáng)調(diào)其屬于compact AI技術(shù)，可導(dǎo)入三菱在FA領(lǐng)域知識；同時利用三菱的Edge產(chǎn)品簡化搜集數(shù)據(jù)過程，加速建構(gòu)完善AI系統(tǒng)。



 
圖5 : 目前在三菱導(dǎo)入先進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)DX層面，也促成員工與獨創(chuàng)的人工智能技術(shù)（Maisart AI）合作，同時強(qiáng)調(diào)其屬于compact AI技術(shù)，可導(dǎo)入三菱在FA領(lǐng)域知識；同時利用該公司Edge產(chǎn)品簡化搜集數(shù)據(jù)過程，加速建構(gòu)完善AI系統(tǒng)。（攝影：陳念舜）
三菱進(jìn)一步指出，目前業(yè)界要落實DX的關(guān)鍵詞為「開放」，也就是基于客戶不會只選用單一系統(tǒng)整合商與網(wǎng)絡(luò)，在生產(chǎn)現(xiàn)場容易遭遇網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)及數(shù)據(jù)零散的結(jié)果，所幸有e-F@ctory促進(jìn)開放式轉(zhuǎn)變，以加快FA設(shè)備協(xié)作與創(chuàng)新；進(jìn)而導(dǎo)入Maisart AI、EDGECROSS技術(shù)，并陸續(xù)在2011年宣布成立e-F@ctory Alliance開放聯(lián)盟、2018年發(fā)表開放網(wǎng)絡(luò)CC-Link IE TSN來統(tǒng)整智能工廠架構(gòu)。
為了適用于DX時代靈活先進(jìn)的制造業(yè)，必須提供一個空間，超越公司和產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)界限，三菱打造了邊際運算領(lǐng)域的EDGECROSS軟件平臺，以解決因為現(xiàn)場通信標(biāo)準(zhǔn)不同，難與IT軟件、設(shè)備鏈結(jié)的問題，讓任何人都可藉此在工業(yè)計算機(jī)上運行可視化邊際應(yīng)用軟件，透過在該領(lǐng)域競爭與合作，搜集現(xiàn)場不同網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，加以統(tǒng)計、分類，并促成更有效率利用。