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ITOT与CT融合加速落实工业40转型

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来源: 作者: 2019-03-13 11:59:05

回顾过去,信息科技(IT)与操作技术(Operation Technology;OT)鲜少交集,但进入工业4.0时代,透过物联、大数据与云端智能,使IT与OT两者终能展开对话,由OT领域的传感器获取数据,上传IT领域的云端中心执行大数据分析,繁衍各种创新应用。

有人说,工业4.0开启IT与OT的融合,此话无疑正确,但仍有欠完整,如果把融合范围再加上通讯技术(Communication Technology;CT),便可谓完美的诠释。

具体而言,工业物联与工业4.0核心架构,以数据创新、服务创新为轴心,意即制造业也需要如同服务业、农业...等等不同行业,将其经营核心摆在「服务」之上,凡事皆以满足客户需求为依归,而在传统价值链中扮演中间媒介的角色,举凡代理商、经销商或零售商等等,今后可能因为「去中间化」效应下而消失,届时产品的制造者,必须懂得善用ICT技术,直接对最终用户提供服务。

三T融合贯通 带动服务与数据创新

如何实现数据创新与服务创新?就必须仰赖IT、OT与CT三者的融合。所谓IT,含括电子商务(e-Commerce)、企业资源规划系统(ERP)、供应链管理系统(SCM)、顾客关系管理系统(CRM)、产品生命周期管理系统(PLM)乃至于办公室自动化系统(OA),凡此种种,皆是IT部门相对驾轻就熟的项目。

至于OT,泛指与工厂营运相关的技术,主要涵盖三个类别:

一是自动化/智动化;

二是自动化整合搭配操作流程整合;

三是工厂自动化与信息技术的整合,诸如制造现场控制(Shop Floor Control;SFC)、制造执行系统(Manufacturing Execution System;MES)、监视与整合控制(SCADA)等工厂信息系统,即需要与上列IT系统进行整合;而在串联信息技术与工业现场实体世界的过程中,传感器(Sensors)扮演不容或缺的要角。

此外不可讳言,OT与实体世界的感测与控制息息相关,因此如可利用工业物联技术,驱使智慧机器人、或智能型生产设备产生最佳运作效率,堪称是核心议题。

有关CT部份,则包含各种有线通讯、无线通信、长距离通讯与短距离通讯等相关技术,举凡Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、4/5G等无线通信技术,直至工业通讯与总线技术范畴,譬如西门子PROFINET、Beckhoff EtherCAT等等,最终论及不同通讯技术之间的整合,都亟待持续推展与落实。

在此前提下,许多以虚实整合系统(CPPS)为核心的工业4.0解决方案,在架构设计方面,大致都不会脱离IT、OT与CT三者融合的主轴。在未进行虚实整合之前,以一家制造企业而论,其内部便同时拥有两个泾渭分明的世界,其一是座落于生产制造端的实体世界,内含工业现场总线络、嵌入式RTOS作业平台、I/O控制模块,还有Soft-Logic PAC、VC++程序等项目,另一则是虚拟世界,包括了因特、无线通信、大数据数据撷取(Big Data Concentrator),及Mobile HMI。

物联关穿针引线 尽速排解虚实整合阻碍

既然谈到虚实整合,就意谓制造企业必须跳脱现行区域自动化控制框架,进一步将工厂的机具设备、控制器连接到虚拟云端世界,以便把各种在工业现场所撷取的巨量数据,透过络上传云端数据中心执行大数据分析,据此强化生产效率,提振企业营运效能。

在整合过程中,少不得需要藉助物联关,居中串联虚、实两个不同世界,更有甚者,此一关必须身怀强大的翻译绝技,有能力辨识各种不同的现场总线通讯协议,不仅如此,还需要支持诸如MQTT、SQLite等因特或云端通讯之相关协议与技术,如此才可望发挥求同存异功效,让有意建立智能工厂的制造企业,无需大费周章斥资汰换众多设备,亦不需要停产实施,便能依循着最短路径,加速实现工业4.0愿景。

为何整合异质现场总线通讯协议,对于实现工业4.0如此重要?此乃由于,环顾现阶段多数工厂的现场控制系统,由于导入之初,仅是为了提供机台控制机能,所以不见得需要采用一些标准通讯协议,反正用户看得懂、且熟悉个中运作方式即可,长此以往,难免形成生产机台与工业控制络之间莫大的整合障碍,若不藉助诸如IoT关等中介机制发挥转译功能,则无异是任由机台继续停留在非IP化格局,导致机台与机台之间、或机台与工控络之间无法沟通串联,使机台之间不可能形成可供协调控制的群组,更遑论相互备援,终至无缘实现工业4.0或工业物联。

值得一提的,近年来颇多工业物联应用案例,都指向预知维护保养用途,意即管理者仅需坐镇于远程,便可透过不断搜集与上传的传感器、控制器等数据,辅以经由巨量资料分析、预测性建模技术所获得的机台故障前兆特征,搭配实时告警机制,从而在机台即将失效的前夕掌握一切状况,适时展开应变方案,以避免机台突如其来故障而致产线骤然停顿,酿成巨大损失,此一应用范例,对于制造业者可说极具诱因。然而一旦未能解决底层通讯障碍,管理者就不可能从远程监控机台状态,当然就无法享受预知维护保养之妙效。

但可以肯定的,综观偌大制造业,有的生产晶圆,有的生产面板,有的做3C产品组装,也有从事金属加工、纺织、塑化、自行车、机械、汽车...等等不同制造业务,彼此在于工厂自动化的成熟度,往往存在莫大歧异,因此欲求一套一体适用的Turnkey Solution,广洒下去即可让所有制造企业一夕之间晋升工业4.0水平,无异是不可能的任务。

先推进至3.0 再循序挑战4.0目标

正因如此,当制造业者决心朝向工业4.0、工业物联寻求升级转型之前,实有必要先了解自己距离4.0有多远,如此才能对症下药,针对己身体质不足之处,优先加以补强。

有业者根据长年实际观察客户端的心得,先罗列出工业4.0所需落实的项目,再逐项检视大多数制造企业的现况。以三个最为关键的项目而论,针对第一项「制程自动化与信息化管理」,便因产业别与企业规模而使制程自动化程度出现不小差异,此外多数大型企业均已导入ERP与MES,但中小企业则未必,评估台湾平均水平介于2.0~3.0区间;关于第二项「机器人应用」,目前以汽车、半导体与面板产业导入比例较高,惟包括3C、塑橡胶、食品、金属零组件制造等行业,其实也有很大需求,全台平均水平同样介于2.0~3.0。

在「机台设备物联与传感器应用」部份,唯独半导体单一产业应用程度较深,其余都有很大的进步空间,台湾平均水平仅约2.0。

有关其他工业4.0施行项目,包括「弹性与优化制造能力」、「巨量数据分析」、「数字设计与制程仿真」,以及「数字化产品生命周期管理」,多因不同企业之间成熟程度有所落差,且众多业者尚停留在较低层次,导致这些项目放诸于全台的平均水平,仅落在2.0,必须先设法推进至3.0,才能接续问鼎4.0。

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