智慧工廠最關鍵執行問題:把所有數據送到 MES 就是智慧化嗎?

(圖說: 台達協助國內外面板廠建置超過 100 座全廠導入 BCS 的廠房,產線數量超過 5000 條,加上本身在自動化領域早已具備完整布局,讓台達旗下的 DIABCS 深具優勢。)

智慧化浪潮席捲全球製造業,無論是德國的工業 4.0、美國的 AMP 計畫、日本的 PRISM 或是台灣的智慧機械政策,都強調透過 IT(Information Technology) 與 OT(Operational Technology) 技術的整合,讓製造現場的訊息可視化,並為不同系統所應用,進而延伸數據的價值。

從智慧製造的建置步驟來看,系統中各類設備的機台聯網會是第一步,機聯網作用是將製造設備的運作狀態傳送至上層 MES(Manufacture Execution System;製造執行系統) 管理平台,讓管理者可即時掌握製造現場資訊,之後再匯聚成大數據,進行儲存、運算與分析,不過台達指出,製造系統中設備的數量龐大,所回傳的數據量極多,未經整合就直接上傳至 MES 系統將造成 MES 的工作負擔,反而讓整體的系統效率不彰。 

機聯網直接上 MES 系統效能不增反減

現在傳統製造系統的運作模式,是在製造設備在運作的同時產生即時資訊,這些製造資訊會經由通訊網路傳送到上層的 MES。在自動化時代,MES 的作用是監控生產線中每一環節的運作狀態與效能,讓現場管理人員可即時掌握調整,使產線開出預期產能。智慧化之後,製造業者希望 MES 仍繼續自動化時代的工作的同時,再兼具可視化管理與資訊傳遞功能,讓底層設備的數據可無縫流動,遞轉到上層雲端平台,不過以目前的架構來看,要達到此一智慧化願景,難度相當高。

首先,製造設備所需傳回的數據量非常龐大,未經處理就直接丟給 MES,會造成 MES 的工作負荷過載,反而拉低整體系統的效益;其次是設備會因不同供應商而有不同的通訊協定,光是為各說各話的製造設備翻譯成 MES 可以聽懂的統一語言,就會讓架構非常複雜。而就算完成所有設定,現有的架構也難有彈性,僵化的系統將難以面對現在少量多樣的即時換線生產、未來可能的產線擴張挑戰。

有效管控製造設備,BCS  兼具彈性與智慧化

不過上述痛點其實都早有解決之道,台達指出,面板製造早已採用 BCS(Block Control System;整線設備管控系統) 解決相關問題。BCS 不但具智慧化,而且技術成熟度高,對效能、良率有高度要求的面板產業已使用多年,透過專業系統廠商將之調整,即可應用於多數製造業,讓智慧化快速落地。

在製造系統中,BCS 位於機聯網與 MES 中間,縱向串聯工廠設備及上層製造執行系統間的資料流,對下負責設計產線設備的運作流程,對上則以單一通訊協定與 MES 介接,讓 MES 可將運算資源專注於整體產線管理。台達指出,BCS 在面板產線應用多年,因應面板製造需求,設計出對應的智慧化功能。由於近年來面板所用的玻璃基板尺寸漸大,厚度也越來越薄,因此產線上的在製品運送必須盡可能平穩流暢,對品質有要求的製造業來說,將可提升產線效能與產品品質。

此外 BCS 也具備智慧製造概念要求的彈性化與邊緣運算特色,由於面板的應用多,會有不同的裁切尺寸,因此產線中不停機混線生產已是常態,BCS 本身也具備可擴充性,產線可隨管理需求縮減擴張。另外邊緣運算已成為智慧製造系統的重要設計,BCS 在匯集底層設備數據後,可先一步篩選數據並加以運算,再將運算過的資訊提供給上層的 MES 分析,另一方面 BCS 可立即根據 MES 指令處理命令、提高應變效率,與 MES 之間達到專責分工,減少 MES 的負擔、提高整體系統效率。

(圖說: 台達整線設備管控系統 DIABCS 系統架構圖)

經驗決定導入成敗, 台達領先市場一大步

不過即便 BCS 的功能強大,可協助製造業加速落實智慧化,系統要導入仍非易事。台達指出,自動化製造系統的體系繁雜,設備與製程的互動環環相扣,新功能或新設備的加入往往是牽一髮動全身,因此需要非常有經驗的系統供應商協助,才能同時解決系統快速上線與功能貼合需求等兩大挑戰。

以台達為例,其協助國內外面板廠建置超過 100 座全廠導入 BCS 的廠房,產線數量超過 5000 條,無論是數量或經驗,都已是台灣第一,加上本身在自動化領域早已具備完整布局,讓台達 DIABCS 深具優勢,從企業需求蒐集、規格設計、系統上線到後續的維修,都可提供完整服務。

以最近的 LCD 廠客戶為例,LCD 是典型的技術密集產業,其製程技術先進且複雜,再加上玻璃基板尺寸越來越大、越來越薄,一有失誤就容易破裂導致損失。台灣大型 LCD 製造業者選擇台達做為合作夥伴,由台達協助設計自動化產線,並導入台達 DIABCS 整線設備管控系統,讓製程管理更聰明、更有效率。

在此系統中,台達除了讓產線設備互聯,以即時監控生產活動並擷取數據外,DIABCS 也在系統中運用了 AIoT 新概念–邊緣運算。

過去 LCD 產業的聯網系統架構,機台與上層系統需要來回溝通,導致 MES 負荷過重,整體系統效能不彰。具備邊緣運算功能的 DIABCS,則讓客戶的產線系統在第一時間就整合並過濾終端設備蒐集的資訊,之後再依據需求處理或傳輸資訊。

這種做法對客戶產線有兩大好處,首先是需要即時處理的資訊,可以直接在終端系統反應,不必再來回傳輸,其次是 MES 系統所接收的數據已經前端預處理過,MES 再處理速度就可以加快,效率也可以有效提升。

此外台達 DIABCS 也針對 TFT-LCD 面板產業需求,設計出自動化產線區塊控制,依據設備特性分類,讓同類型製程可以群集,再利用產線傳輸的控制邏輯,做到同時間控制不同產品,而且可在同一條產線上的不同區塊分別生產,打破傳統產線同一時間只能加工單一種產品的作法,這做法可以讓產線稼動率最大化,以有限的硬體設備,創造出更大的利潤。

台達表示,雖然德國推動工業 4.0 已有 7 年,不過對多數製造業者來說,智慧化仍屬於全新議題,認知仍然模糊,目前市場上建議的做法是先從機聯網切入,然而現在業界的機聯網架構仍是一片混亂。面對企業轉型的迫切需求,BCS 的技術很適合由面板業拓展至銅箔基層板 (CCL)、印刷電路板 (PCB) 及電子組裝 (PCBA) 以及許多其他產業應用。透過 BCS 的整合,製造業者將可先讓第一層架構組織穩定,進而發揮出智慧化系統應有的效益,之後再藉此逐步往上疊加,建構出完整的智慧製造系統。

(本文提供合作夥伴轉載。)

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