智能工廠與自動化究竟是怎樣的關系
發布時間：
2023-10-11
智能工廠可以分為三個層次，一層是以自動化及控制為主的設備層解決方案，導入的應用為CNC數控設備，以及PLC、I/O、觸摸板及運動控制產品為主;二層為人機界面和監控系統，導入的應用包括HMI/SCADA、整合監控廠務設備、收集實時及歷史數據及整合分析效能與節能控制;三層為生產管理解決方案，導入的應用為MES/EMI，提供生產線工單、投料、備料全自動信息。
智能工廠可以分為三個層次，一層是以自動化及控制為主的設備層解決方案，導入的應用為CNC數控設備，以及PLC、I/O、觸摸板及運動控制產品為主;二層為人機界面和監控系統，導入的應用包括HMI/SCADA、整合監控廠務設備、收集實時及歷史數據及整合分析效能與節能控制;三層為生產管理解決方案，導入的應用為MES/EMI，提供生產線工單、投料、備料全自動信息。
如果從軟件解決方案的角度切入，上層為實時信息入口網站，然后依序為智能工廠性能分析和生產執行、綜合質量管理、資產管理、工廠數據庫、圖形監控設備及底層的編輯與控制，這些作業平臺，智能工廠可以根據需求來建置。
導入智能工廠應用可以帶來的好處，是顯而易見的。以LED燈具生產線為例，每一個LED燈具的工序多達數十個，每一個工序都要做好分配。為了追求生產速度，可能就需要20幾個人來裝配，但導入自動化生產線之后，7秒就可以完成一個LED燈具，而且只需要用到三個人。
但導入自動化之后，生產線的設計也要重新設計，以前述的LED燈具為例，該智能工廠就將生產線做成ㄇ字型，是因為要考慮智能工廠現場的空間，以及倉庫的位置，如何進出料、如何維修等，才能設計出符合實際需求的生產線形狀。
接下來就是進入SCADA，也就是Supervisory Control And Data Acquisition，凡是具有系統監控和數據擷取功能的平臺，要搭配相對應的軟硬件，才能稱之為SCADA。
設置SCADA的目的，是希望透過計算機的實時監控設備，提供系統設備作整體的監視、控制、自動定時紀錄、打印及查詢并提供設備的實時運作狀況。智能工廠可借此建立長期的設備維護數據，有效的運用維護人力資源，提高設備維護質量及設備運轉效率。SCADA可滿足各式各樣的系統設備，如電力監控系統、空調監控系統、消防監控系統、門禁監控系統、制程監控系統等。
另一個攸關智能工廠應用的項目是圖控系統。專家指出，圖控接口要成功，須要先理解，人與設備間的接口，其實存在于控制設備與屏幕圖形之間的對應關系，真實世界的設備、感知器或控制器，轉成計算機屏幕的各種對象時，要能做到完全對應，工程師需要一點美學修養，才能呈現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備運作狀況及透過屏幕控制設備的運轉。
一套完整的監控系統，需要許多組件的構成，以制程設備監控系統為例，制程設備上要有感測及制動裝置，并將數據轉換及傳送到控制系統，控制系統至少要具備顯示、記錄、調節及致動等功能，由操作人員根據前臺后傳的數據進行處理。因此所有的數據在送到后臺時，一定要妥善處理，如有70%的警告可能只是誤報，監控系統要有能力做判斷。
除了前述的系統平臺外，硬件架構也需要妥善考慮，才能建構出智能工廠。首先是聯機的基本需求，通信協議應該要盡量選擇市場現有的，盡量減少自行開發，以免設備之間的聯機產生問題。
其次是選擇儀控設施，目前的儀控設施接口，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，但不同的儀控設施接口，會影響通信線路的配置，包括設備、距離、速度及成本等，工廠在導入解決方案時，要做好取舍規劃。
而在計算機設備的選用方面，包括聯機計算機數量與配置、工作環境、計算機規格及外圍裝置，都要做好充分考慮。專家認為，選用的關鍵完全取決于系統的承受度，該用服務器就得用服務器，不要因為節省采購成本，而選擇較為便宜的計算機設備，因為一旦選擇錯誤，導致設備常常故障或當機，維護成本未必劃算。
至于監控網絡架構的考慮方面，要考慮的項目包括工作站的任務分配、網絡架構規劃、網絡流量控制及網絡安全考慮。在架構規劃時，可以依照控制責任區分、人機接口規劃及網絡功能配合等方向來考慮。
以控制責任為例，可以分為控制器及圖控計算機，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，后者則是要求強大的數據處理能力，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。
人機界面規劃方面，一定要導入人因工程的觀念，不管是使用習慣或是圖形大小，都能符合使用習慣及現場狀況，如旋鈕的方向、大小及顏色等，要達到直覺、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慣為主要考慮。
至于網絡功能方面的配合，建議應配合已普遍使用的Windows內建網絡功能，并采用高效率的TCP/IP層對層通訊方式，讓多部計算機互相監看及控制，以達到資源共享及互相備份的目的。
MES往往是智能工廠須要導入的應用。智能工廠如果在生產過程中，發生太多問題，如停機、生產損失、返工太多、發貨時間錯誤、無法符合行業規范標準的需求、物料短缺、無法跟蹤原材料的使用及客戶投訴和產品召回時，可能都要認真思考導入MES的必要性。
因為面臨前述問題，管理者須要做出對應策略，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，就可以在短時間內知道相關備料是否足夠，判斷能否承接訂單。
由于節能減碳的需求日增，智能節能系統也已成為智能工廠常見的導入項目。以能源管理系統為例舉出，從收集量測、監視分析、控制管理、卸除到節能，其實需要設法整合各自獨立的系統，如電力及照明監控、空調監控、停車管理等，才能達到節能、減碳進而減費的目的。
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