從自動化到智能化，制造業者獲利
http://www.debgrams.com 2013-06-04 10:29 來源：digitimes
近幾年來，只要是從事制造生產業務的企業，都曾聽聞某大電子制造業龍頭，誓言部署百萬機器人大軍，終至發展出可關燈生產的無人工廠，隨著此一效應推波助瀾，已迫使由來許久的“自動化”工控年代，處于即將邁向“智能化”工控年代的轉折點。
論及智能工廠，暫且撇開其各方對于此一名詞定義之詮釋，是否有所不同，事實上，臺灣絕大多數的制造業者，不僅都具備智能工廠的雛型，而且存續至今的時程，其實相當久遠。
許多工廠，即使被歸類在傳統產業，其實早在10年、甚至20年之前，就開始導入自動化，普遍常見的景況是，在前端引進PLC集成控制設備、傳感器等裝置，后端則布建了具備資料搜集功能的計算機，再運用諸如“模糊算法(Fuzzy Control)”等實時控制方式，借以追求工廠運行之最適化。
透過此類模式，有助于將原本單工型態的作業環境，藉由中斷分時方式，模擬成為多工環境，藉此達到效能提升的效果，某種程度上，要將之稱為臺灣智能工廠的先驅，其實并未言過其實。
只不過，若僅借助自動化，多半可使工業制造流程滿足效率層面的需求，但假使業者欲隨時因應市場需求，亟盼能彈性調整產能、促進空間有效利用，并有效降低生產成本，種種愿景，實已進入智能層面的格局，并無法單純倚靠自動化技術來加以實現。在此前提下，如何運用有效的智能化手段，繼而管理自動化設備，已然成為制造企業不容回避的重大課題，值此盤旋待變的時刻，物聯網(The Internet of Things；IoT)技術即顯得相當重要。
究竟一個植基于物聯網技術的智能工廠，大抵呈現何等樣貌？首先，在智能工廠環境內部，通常會有一套名為“資料采集與監控系統(SCADA)”的系統，旨在作為監控及控制所有設備的集中式控制臺，假使沒有此系統，就會有一群分散在特定區域，并許多系統組合而成的分散式控制系統(DCS)。
在此之中，絕大部分的前端控制，系由遠程終端控制系統(RTU)或PLC負責進行，主系統一般僅肩負系統監控層級的控制任務。舉例來說，針對空調系統，即由PLC負責控制主機及冷卻水塔的容量與流量，至于SCADA系統，則提供一個可供變更設定的操作機制，俾使操作員改變容量或流量的目標值，一旦將需要告警的條件設定妥善，日后萬一出現水位偏低、流量不足乃至于溫度過高等情況，PLC或RTU就會運用回授控制的方式，借以控制流量或溫度，與此同時，SCADA仍將全程監控系統的整體效能。
實現智能感測的必備技術
總括而論，要想建立一個智能工廠情境，先決條件即是讓制造流程具備智能判斷的能力，而此一能量的來源，基本上來自于儀器、儀表、傳感器等控制系統，這些都是不可或缺的基礎構成要素。綜觀近幾年來儀器、儀表的智能化發展，主要是以微處理器及人工智能技術為發展主軸，主要是藉由神經網絡、遺傳算法、進化計算、混沌控制等智能技術，為儀器與儀表增添了高速、高效、多功能、高機動性、高靈活度等特質。
比方說專家控制系統(ECS)，即是一種融合大量專門知識與經驗的程序化系統，其透過人工智能與計算機運算技術，足以根據某領域一或多個專家所提供的知識與經驗，從而進行推理判斷，并模擬人類專家的決策過程，以便能解決一些原本需要專家介入的棘手難題。
至于模糊控制器(FC-Fuzzy Controller)，也是智能工廠相關技術當中，另一個值得矚目的焦點。模糊控制技術具有處理不確定性、不精確性及模糊信息的實力，意即面對無法建造數學模型的被控過程，往往可適時提供有效控制，解決一些常規控制所鞭長莫及的難題，緣于此故，就工業控制領域而論，模糊控制確實逐漸獲得廣泛采用。
當然，IoT蘊含了感測、傳輸及應用等三個層次，因此意欲實現智能工廠應用，除了建構智能感測機能外，另外也須留意兩個重要趨勢，一是“控制系統的網絡化”，另一則是“工業通信的無線化”。首先在于控制系統網絡化部分，不可諱言，伴隨工廠制造流程所連結的嵌入式設備愈來愈多，以致于最佳的因應之道，就成為透過云端架構來部署控制系統，但值得注意的是，肇因于影像與語音等挾帶較大資料量的訊號不斷增加，對于傳輸效率、網絡帶寬的要求，在在都是嚴苛考驗，只因生產流程容錯空間甚小，任何經由網絡傳遞的封包信息，實不容許絲毫閃失，在此情況下，哪里些資料理應優先傳送(譬如設備故障訊息)，哪里些資料可容后傳送(譬如電子郵件)，勢必都得取決控制系統的智能判斷能力。
有關工業通信無線化，亦是近幾年來智能工廠領域之中的熱門話題，其之所以備受關注與討論，乃在于無線技術在部署的便利性上，明顯較過往有線技術占有優勢，然值得一提的，不管是藍牙、Wi-Fi、GPS、LTE或WiMAX等無線通信標準，無論在于可靠性、確定性、實時性甚或兼容性等方面，其實都還有進步的空間，因此綜觀現今以智能功能為訴求的儀器、儀表或其它自動化設備，在內嵌無線傳輸功能之余，仍無法全然切斷其與有線網絡技術的臍帶。
憑借智能感測 既興利也可除弊
無論如何，不管透過何種技術建立智能工廠，終極目的皆在于獲得效益，否則臺灣制造業屹立國際舞臺已非一天兩天之前，過去停留在“自動化”階段，就已能虎虎生風，何必為了“智能化”而多此一舉。
事實上，一些開始導入智能感測技術的制造業者，已明顯感受到前所未見的好處。例如某家以生產民生用品為主的制造商，即透過布建于生產線前端的傳感器，得以精準掌握其所生產的每一項商品，究竟耗用了多少電、水或糖等資源，從而精準估算各項商品的真實成本，終至反應到訂價策略，在成本與利潤之間找到最佳平衡點，也帶動了營運績效的上揚。
值得一提的，該公司在精確獲悉資源消耗情況之余，也順勢掌握了二氧化碳的排放信息，因而針對政府日后可能施行的碳盤查制度預作準備，對于企業形象，亦具有加分效果。
另一制造業者，當初導入智能感測技術的初衷，只是為了節約用電成本，然而在運用過程中，其高層主管透過歷史數據的分析比對，發現旗下某廠區的一組生產機臺，近期耗電量異常飆高，但當時并非生產旺季，機臺運轉時間并未較平時增加，尤其到了周休二日，高能耗情況仍舊有增無減，種種跡象，顯示該機臺已呈現不合常理的狀態。
于是乎，這名主管合理懷疑這臺設備已經出現故障，才會產生異常耗電現象，接著迅速接洽供應商，請其指派工程師到場檢修，結果證實該設備的確有失靈現象，若不盡速加以修復，未來兩個月內隨時可能停擺，進而對生產作業釀成嚴重沖擊，后果不堪設想，所幸在緊急修復后，一切回歸正常，及時遏止一場災難。
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