創造新競界!物聯網、智慧機器人及大數據

資訊技術與製造技術深度融合之下邁向自動化、資訊化與智慧化,「工業4.0」成為引發商業模式創新甚至商業革命,催生新興業態的發酵劑!

天下雜誌第572期5大企業CEO看物聯網未來報導中提到,研華科技董事長 劉克振曾經為文指出,物聯網發展初期,以「少量多樣」為主,向來習慣「追大單」的台灣廠商,「從心態、組織,和實際經營面如何調節或因應,……將台灣業者最先要克服的門檻之一。」張忠謀更指出,物聯網會是一個「相當美麗的新世界」,但也存在許多挑戰,無法克服這些挑戰的公司,「就會成為低成長、甚至負成長的公司。」

虛實融合 創造新“競”界!

「工業4.0」浪潮驅使企業必須提早面對全球化發展,加速企業內與企業間的融合,形成產業互聯生態系。而“融合”不再僅停留在單純的技術應用層面,透用智慧機器人、物聯網、大數據資料等科技技術來發展設備智動化、工廠智慧化、系統虛實化的智慧製造;資訊技術與製造技術深度融合之下邁向自動化、資訊化與智慧化,「工業4.0」成為引發商業模式創新甚至商業革命,催生新興業態的發酵劑!

製造產業 全面轉型路徑

數位時代在物聯網將會改變製造業,西門子力鞏數位工廠報導指出,台灣西門子總裁暨執行長艾偉認為,由於台灣缺人力資源,效率、速度、彈性是關鍵。觀察德國、美國及中國,都以復興製造業作為穩定經濟的動力,例如德國提出「工業4.0」,讓生產器具全面聯網,實現智慧製造。美國則返回以製造業為導向的經濟,從傳統製造業轉型到高科技製造業。中國的工業活動也從「大」轉變為「強」,透過改善生產力、生產時間、靈活度及資源效率,實踐創新。台灣則偏向採用物聯網、智慧機器人及大數據作為策略槓桿,有效利用有限的資源以協助製造業全面轉型。

物聯網

物聯網是工業互聯網發展的基礎,主要解決工業資料的採集和傳遞。資料的採集主要通過各類不同精度、不同工況要求的感測器來實現,即物聯網的感知層;資料的即時傳遞可採用工業乙太網、現場匯流排等技術實現,非即時性的資料傳遞可以通過普通局域網或者無線的3G/4G、LTE-M、WiFi等技術實現,即物聯網的網路層。

智慧機器人

智慧機器人是智慧製造發展的載體。一方面,機器是可感知並且具備一定資料處理能力的。工業設備能夠即時採集設備的動態運行資料,並根據預置的模型自主選擇要回傳到遠端地點進行分析和存儲的資料。另一方面,機器是數控可程式設計的,能夠根據自身傳感的回饋或者遠端發送的數位指令執行相應的動作。

資料保存與處理分析

對大數據收集後的分析挖掘是智慧製造的核心價值。面對海量的工業動態資料,需要建立融合以往生產工藝經驗和行業應用知識的資料篩選和分析模型,其中篩選模型部署在設備端,在海量資料中根據需要找到最關鍵的核心資料回傳,節省傳送費用和分析成本;分析模型部署在遠端計算中心,根據經驗知識模型預測設備的行為並提出干預建議。

四個層級實現互聯互通

物聯網、大數據、互聯網應用帶往企業迎向新境界
物聯網、大數據、互聯網應用帶往企業迎向新境界

從技術上,工業互聯網打通從生產到企業運營的全流程環節需要在四個層級分別智慧化或互聯互通:

●層級一是設備層面上的智慧機器人,對於流程型工業比如包括智慧型儀器表、現場儀錶、調試工具、各類數控閥門等;對於離散型工業比如包括工業機器人、數控機床設備等,它們的主要功能是實現具體的資料獲取和控制動作。
●層級二是車間層面上的控制系統,比如包括安全儀錶系統(SIS)、分散式控制系統(DCS)、組態監控系統(SCADA)、各類PLC控制系統等,它們的主要功能是把設備的監控資訊整合,通過控制演算法來實現自動即時的智慧控制。
●層級三是工廠層面的生產執行系統(MES),它的主要功能是實現生產任務的調度和執行。
●層級四是企業層面的整合應用軟體,比如包括ERP、CRM、業務管理應用平台、電子商務平台等,它們的主要功能是幫助企業面向市場行銷需求統籌調度各類企業資源。

智慧型機器人層面

根據DIGITIMES 2015/06/11台灣機器人拚同級化、差異化、差距化報導中指出,台灣多軸工業機器人的裝置量未來2年的年均量約6,100台,比起亞洲前三名日本、大陸、南韓每年平均20,000~30,000台裝置量仍有一定差距。因為看好技術上與機器人製造接軌程度高、機器人市場將為台灣廣大的工業電腦(IPC)族群帶來新藍海,這兩年已吸引研華、威強電等大廠爭相透過結盟或併購方式,投入多軸控制器應用發展,深耕產線自動化產品。
未來從競合關係看待台灣智慧機器人發展的契機,可分為:

1. 同級化,以德日先進技術為目標,厚植硬實力;並學習優質服務與創新模式,提升軟實力。
2. 差異化,與主要國際競爭者南韓廠商須提升整體供應鏈競爭能力,發展高階機種。包括連結應用市場,開發合理性價比之整機設備,迎合市場潮流;推動自動化系統,發展整線/廠設備輸出性能。
3. 擴大與大陸業者的差距化,持續投入研發創新,維持技術與品級領先;強化與日本技術合作或購併,確保台灣機械優勢。台灣機器人拚同級化、差異化、差距化

車間控制層面

萬物互聯亟須制定通用通信標準架構。傳統工業網路環境中接入的設備是標準化程度較高的工控機,而智慧製造環境下接入的設備是非標的感測器和各類生產設備,其數量龐大且類型豐富。從技術上,工業乙太網協定或現場匯流排協定均可通過擴容升級解決大量設備的接入需求;但從應用的角度,萬物互聯亟須一個通用的通信標準協議架構,便於其他非通信領域的廠商同步開發其他應用服務。

工廠調度層面

MES亟須破解定制成本難題。MES是打通製造層面和企業層面兩套資訊化系統的關鍵橋樑。MES以下的生產資料是即時的、動態的,資料量很大,但是價值密度低,屬於工業大資料範疇。MES以上的ERP資料是靜態的,結構化的。MES系統需要選擇哪些資料須在製造控制系統和ERP之間傳遞,並為這些資料制定統一的標準。由於每家工業企業的ERP和生產系統都是非標的,已經經過了高度定制化,因此MES的實施也必須根據每家企業的具體情況去定制,這就帶來極其高昂的成本。

另外,從工業企業的現階段需求來看,投資MES打通全數據環節的需求並不是最迫切的,我國大部分企業可能現階段更願意在MES以下投資,比如機器換人、加強整合監控和自動控制水準等,以提高安全生產的效率;或者在MES以上投資,比如升級ERP系統的功能,部署供應鏈協同或者採購新的客戶關係管理系統以擴大市場行銷能力等。

企業整合應用層面

避免出現資訊孤島,在企業內網的整合應用平台之間,比如ERP、PLM、CAD等軟體系統之間要做到格式相互相容。在企業外網的電商平台與內網ERP之間要做到資料的互聯互通。就目前市場上可選擇的產品來說,主流ERP、PLM、CAX廠商產品之間大多預留了介面可以相互相容,電商平台解決方案與企業ERP系統也可以實現互聯互通。

工業4.0專題網站