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文曄科技盤點工廠轉型之關鍵課題:巨量數據如何在智慧工廠中產生效益?

製造業踏入工業 4.0 時代,雲端運算與工業物聯網升級兩大要素成為智慧工廠的創新動力。其中, OT 系統與 IT 資訊系統的串接將成為工廠智慧化的關鍵技術骨架。廠內每座機台隨時隨地都在產生大量數據,如何採集數據、傳送至雲端,甚至加入 AI 分析輔助決策已經是台灣製造業者須深度關注的課題。

文曄科技專案經理洪家成強調,在 AIOT 邊緣運算應用的普及浪潮下,許多感測器成為工廠中的智慧端點,想要連結設備並且將產線數據往雲端傳送,工廠裡的通訊連結性(Connectivity) 就非常關鍵。

打造完整智慧工廠,巨量數據處理為挑戰之一

工廠自動化與智慧化的各式場景中都是仰賴工業通訊而啟動,包含:可提升生產良率的 AI 光學檢測自動辨識、即時設備狀態監控檢測、智慧端點感測器的數據分析與邊緣運算、AGV 管理、HMI 介面自動示警等。各式各樣監控壓力、溫度、導電、液體的傳感器,所有的訊號傳送也都是仰賴工業通訊系統處理。

但是工廠中蒐集到的巨量數據正在挑戰既有的工業通訊系統,洪家成提到傳統通訊介面複雜,配線的方式、調整的彈性與成本也會成為產線建置的限制挑戰。若要建置能夠全面控管的智慧工廠,勢必代表需要確保系統能從越多的工廠設備擷取越完整的工廠資訊,才有辦法監測到各個設備的即時狀態。

其中,訊號的轉換更是一大課題—不同設備缺乏共通數據傳輸標準,不僅容易造成整體通訊疊床架屋、更遑論與上層的管控系統溝通,加上數據從邊緣傳送到雲端也容易有訊號延遲的問題,造成製造業者邁向智慧製造的主要障礙。

如何尋找有效地通訊設備,串流工廠整體流程?

建構智慧工業通訊網路將會是重要數據與訊號蒐集的關鍵基礎,此外還需要考量到通訊品質、數據傳輸效率、數據資安防護、設備供電狀況,以及所部署的通訊系統更要能符合防爆等相關安全規範。在眾多狀況考量之下,洪家成推薦具有高電力傳輸、大頻寬、長距離設計特性的 10BASE-T1L 乙太網路標準作為智慧工廠的通訊基礎

10BASE-T1L 由單對雙絞線或單對乙太網路(SPE)組成,成本只要傳統纜線的四分之一,支援常用乙太網路協定、不需使用閘道器和轉換器。同時,具有 10 Mbps 的傳送速率可支援到 1 公里的傳輸距離,並且可以配置在各種工業危險區,符合防爆環境的嚴格能耗需求

乙太網路因其穩定性較高,且具備越來越大的應用彈性,正在成為工業應用的主流。10BASET1L 具備容易安裝、可同時傳輸數據與電力,甚至最高可支援到 60 瓦功率,讓數據傳送更簡單。若要將數據從邊緣傳送到雲端,也可使用網路封包上傳。

10BASE-T1L 因其優異的通訊表現,還可協助智慧工廠做到預測性維護(PdM)即時監測設備異常狀態。這樣子的狀態監測(CbM)  設計,也成為智慧工廠中維持生產稼動率的重要一環。

洪家成舉例廠內的大型工具機或是馬達,即可透過感測器擷取馬達特殊訊號,可以找出齒輪、馬達鬆脫或是馬達軸偏移的狀態。如此一來不僅可以避免生產損耗,也可以透過這些數據來預測出故障模式與制定預防性維修計畫,對於工廠生產排程來講是一大優勢。

製造業的數位轉型之路,已經從初期的單一產線、單一工作站,逐步延伸成為多線行,並且開始過渡到強化整廠數據連結與分析,達成生產與營運優化的目標。

在工業 4.0 時代,將 IT/OT 數據結合 AI 分析更是新興的技術挑戰,務實的選擇技術方案並且盤點出轉型目標成為企業領導者的重要任務。智慧工廠要提升生產效率與利潤,OT 數據管理與掌握是必經之路,提供給員工好用的工具,強化整體團隊生產力便更能早日達成升級目標。

巨量數據處理為智慧工廠挑戰之一,想知道更多可靠「智慧通訊系統」的秘密?