智能工廠導(dǎo)入自動化技術(shù)行業(yè)已久，近年卻又興起智能工廠的概念，究竟智能工廠與自動化的關(guān)聯(lián)如何?智能工廠的應(yīng)用價值又在哪里?
智能工廠的階層可以分為三個層次，第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、觸摸板及運動控制產(chǎn)品為主;第二層為人機(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、收集實時及歷史數(shù)據(jù)及整合分析效能與節(jié)能控制;第三層為生產(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。
一般而言，三個階層會依序?qū)?，但也有智能工廠會選擇三個層次一起做。如果從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的角度來看，最底層是用控制器直接控制生產(chǎn)線，做一些實時處理，往上一層到了HMI/SCADA，就可以看到歷史數(shù)據(jù)分析及整個工廠的狀況，才能發(fā)展到下一個階層的工廠效能、質(zhì)量分析及生產(chǎn)管理，最后完成全廠的數(shù)據(jù)分析后，才能鏈接到ERP。
如果從軟件解決方案的角度切入，最上層為實時信息入口網(wǎng)站，然后依序為智能工廠性能分析和生產(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)備及最底層的編輯與控制，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)計也要重新設(shè)計，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，是因為要考慮智能工廠現(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)計出符合實際需求的生產(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，是希望透過計算機(jī)的實時監(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)備的實時運作狀況。智能工廠可借此建立長期的設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)，有效的運用維護(hù)人力資源，提高設(shè)備維護(hù)質(zhì)量及設(shè)備運轉(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)用的項目是圖控系統(tǒng)。專家指出，圖控接口要成功，必須要先理解，人與設(shè)備間的接口，其實存在于控制設(shè)備與屏幕圖形之間的對應(yīng)關(guān)系，真實世界的設(shè)備、感知器或控制器，轉(zhuǎn)成計算機(jī)屏幕的各種對象時，要能做到完全對應(yīng)，工程師需要一點美學(xué)修養(yǎng)，才能呈現(xiàn)接近真實世界的狀況，讓控制人員能夠藉由屏幕圖形就能顯示設(shè)備運作狀況及透過屏幕控制設(shè)備的運轉(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。其實智能工廠也不一定非Ethernet不用，因為考慮建置成本，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。
而在計算機(jī)設(shè)備的選用方面，包括聯(lián)機(jī)計算機(jī)數(shù)量與配置、工作環(huán)境、計算機(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，不要因為節(jié)省采購成本，而選擇較為便宜的計算機(jī)設(shè)備，因為一旦選擇錯誤，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算機(jī)，前者重視的是實時性、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。
至于網(wǎng)絡(luò)功能方面的配合，建議應(yīng)配合已普遍使用的Windows內(nèi)建網(wǎng)絡(luò)功能，并采用高效率的TCP/IP層對層通訊方式，讓多部計算機(jī)互相監(jiān)看及控制，以達(dá)到資源共享及互相備份的目的。
MES往往是智能工廠必須要導(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。
因為面臨前述問題，管理者必須要做出對應(yīng)策略，碰到各種問題時，要靠 MES 才知道原因為何，如何改善，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、卸除到最后的節(jié)能，其實需要設(shè)法整合各自獨立的系統(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)而減費的目的。
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