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作者: 发布时间:2017-06-20 来源:ADLINK—凌华科技(中国)有限公司 繁体版
背景物联网的出现已经开启了制造业的第四次工业革命(Industry 4.0),从传统的“自动化”迈入以物联网为基础的“智动化”生产模式,从半自动化或单机自动化设备进步到基于网络的机器对机器(M2M)及机器对人(M2P)的沟通方式
背景





物联网的出现已经开启了制造业的第四次工业革命(Industry 4.0),从传统的“自动化”迈入以物联网为基础的“智动化”生产模式,从半自动化或单机自动化设备进步到基于网络的机器对机器(M2M)及机器对人(M2P)的沟通方式。如果再进一步与企业的信息系统及数据分析技术相结合,将可创造出智慧工厂无限的可能。




借助物联网趋动的智慧流程,智慧工厂将可减轻对人力的依赖、改善生产过程的精准度、正确度及效率、提高产能与质量、降低成本,最终增强企业的市场竞争力。




根据国际数据信息(IDC)发布的市场研究分析,全球制造业潜在的物联网市场规模到2018年时将达到9,130 亿美元,相比2014年的4,720亿美元,年平均复合增长率(CAGR)达到17.93%,在整体物联网市值14.4兆美元中占比最高,达27%。




此外,网络设备公司思科(Cisco)评估,全球制造业所使用的6400万台机器中有92%的设备尚未联网,遍布在各地的生产线上。理论上,要推动生产智动化最理想的方式是直接把这些机器更换成新的智慧化机器,但对许多考虑成本的制造业者而言,这并非务实之举,因为他们已经投资大笔资金在既有的生产设备和自动化机器上,这些既有的设备必须使用多年才能收回成本。




因此,比较可行的解决方案是在可接受的预算范围内,设法让既有设备能够联网,进而整合到智能工厂系统中,以搜集这些设备和机器的运行数据并加以分析。




挑战




以物联网为基础的生产制造环境结合了厂区的操作技术及管理层的信息技术。前者是通过网络串连各项设备与装置,实现机器自动化、制造执行系统(MES)、环境监控、能源管理等工作;后者则是指管理层使用的信息应用系统,包括企业资源规划系统(ERP)、客户资源管理系统(CRM)以及各种不同的信息分析工具等这些元素一旦连接在一起,会产生各种支持多个子系统的虚实整合系统(CPS)。在此类应用情境中,系统运行必须十分稳定可靠,而各个设备和应用系统之间流动的数据则必须十分安全,并且达到最小的延迟。因而,网络连接性和有效率的数据流是智慧工厂最基本的要求。然而,欲将厂区既有设备和其他资产连接上网络,却面临着多重挑战:




■传统的技术零散且难以整合




自从自动化生产问世以来,已发展出各种各样的技术及标准,混杂于生产线的操作中,即使同一家公司不同厂区的生产现场,也可能部署了各种不同标准的设备。但工业4.0的概念,是将各项单独的生产元素通过网络整合串连,而获取对于管理或操作决策而言十分重要的信息。不幸的是,现实中有许多阻碍,智能工厂的实施者面对如下的困难场景:




. 厂区里常使用的各种控制器,包括可程序化逻辑控制器(PLC)、以PC架构为基础的可编程自动控制器(PAC)及嵌入式的微控制器(MCU)等,往往是由多个不同供货商所供应,使用的技术也不一样。




. 从过去到现在,许多PLC供应厂商使用不同的通讯标准连接 PLC和现场总线,有些厂商还自行发展自用的标准。即便有某些标准在市场上追随者众多,也未能成为唯一的标准。结果就是同一生产现场需同时部署多个通信标准以支持各家厂商的设备。




. 甚至有些生产设备连传统局域网络端口或串行端口都没有。




■OEM厂商的知识产权保护




原始设备制造商通常不愿提供设备操作协议的原始代码,以保护他们的知识产权益。这使得整合不同设备成为完整系统的工作横生阻挠。甚至有时提供设备的公司已经解散。




■客户拒绝对既有系统进行重新配置




生产设备的管理者常常拒绝系统集成商对既有系统及设备的软件内容进行增减或调整。




■数据的实时性无法满足客户要求




虽然许多既有设备采用 PC架构并可产生纪录文件,但这些纪录文件并非实时产生且数据经常缺漏。而且不同的设备厂商提供的纪录文件数据格式不一,使得数据复写和系统扩缩变得复杂。




策略




工厂建设与投资的金额往往相当巨大且费时,因此将工厂既有设备转变成基于物联网的智慧工厂时,必须从多个角度进行考虑,且思考的角度应当具备以下特点:




■解决方案应具通用性和可扩展性




新的智慧工厂必然需架构在通用型的技术架构上,非独家厂商的秘密配方,以避免过去各家技术无法整合的痛点。更重要的是,这个架构必须是可以弹性扩展的,不用担心因为产能需求新增机台后,无法维护。




■成本效益




对于许多正考虑实施智能工厂连网的制造业厂商而言,考虑的第一重点自然是最终效益能否大于付出成本,这对于流程比较复杂的工厂尤其重要,因为这类工厂往往已经购置了许多昂贵的生产组件,他们会希望设备能一用多年,以回收投资成本,最好不需要为了构建智慧工厂而停机,或是停机时间越短越好,如此可提高制造业厂商实施智能化工厂的意愿。

物联网智慧工厂
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