【干貨分享】智能工廠：重點不是自動化，而是工廠的“統(tǒng)一大腦”
發(fā)布時間：2021-04-29 文章來源：鴻宇科技 瀏覽次數(shù)：1375
所謂的智能工廠， 就是借助實現(xiàn)以下兩件事：
1、將工廠內(nèi)的各種設(shè)備連結(jié)成網(wǎng)路
2、從各種不同的角度取得與管理點的裝置有關(guān)的數(shù)據(jù)
力求：
1、工廠內(nèi)部種種活動資訊的可視化
2、資訊與資訊間因果關(guān)系的明確化
繼而采取必要的行動，把諸如此類的事項做得更好 ：
1、提升品質(zhì)管理能力
2、刪減包括間接部門在內(nèi)的管理成本
3、氧化碳減量/節(jié)能
4、改善現(xiàn)金流量
5、而且是做到超出人類管理能耐的層次。就是這樣的一個 次時代的工廠經(jīng)營概念 。
接下來，我們一起看看智能工廠的細部資訊。
既有工廠缺乏資訊整合性、浪費時間資源
在既有的工廠里，工廠內(nèi)的設(shè)備以及 MES 等系統(tǒng)，在功能上都是各自獨立的系統(tǒng)。由于機器設(shè)備的供應(yīng)商不同、負責(zé)人不同等因素，無論在技術(shù)上或是在組織上，都沒有整合在一起。一旦各系統(tǒng)之間需要合作，或是必須共享超出人員負責(zé)范疇的資訊時，只能透過各系統(tǒng)產(chǎn)出的報告，以及下載自各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以實際經(jīng)由人手轉(zhuǎn)交的實體形式，滿足系統(tǒng)間合作與分享資訊的需求。
但資訊的共享只要經(jīng)過人的手，就無可避免會因為需要處理時間而產(chǎn)生時間落差。傳遞資訊的人員，被迫有許多后續(xù)作業(yè)必須完成，而且對提供資訊的一方來說，要是自己得不到好處，他們也不會把資訊丟出來。
這會導(dǎo)致需要資訊的人，連自己到底有沒有掌握資訊，都搞不清楚。更別說要借助分享彼此的資訊解決問題，或是設(shè)想出足以提升作業(yè)效率的新手法了，幾乎無法期待能做到這樣的事。
若以人的身體來比喻，就像是一種手指、四肢、眼睛、耳朵、大腦，全都只照自己的步調(diào)在運作的狀態(tài)。就算大腦想要向右走，可能得花上好幾天，腳才會往右移動。就算腳受傷，可能得花上好幾天，大腦才知道這件事。就是類似這樣的情形。
智能工廠就像工廠有個統(tǒng)一大腦，不會手跟腳得到的資訊不同
相較之下，在智能工廠里，屬于同一階層的部門或設(shè)備之間自不在話下，就連在分屬于上下階層的狀態(tài)下，依然能夠透過網(wǎng)路，機動地交換資訊。在智能工廠里，完全不存在任何部門之間或設(shè)備供應(yīng)商之間的隔閡。
這和一九九〇年代發(fā)生的企業(yè)資訊系統(tǒng)的開放化，是一樣的狀況。
過去，不同廠商生產(chǎn)的個人電腦之間，無法彼此連接。要讓個人電腦與商用電腦連線、合作，簡直是癡人說夢。但現(xiàn)在辦公室里的 CPU(中央處理器)，包括影印機在內(nèi)，彼此連線已經(jīng)是理所當然。同樣的，工廠里的各種設(shè)備，也將彼此連線。
只要透過網(wǎng)路彼此連線，既能大幅縮短時間落差，原本必須仰賴工作負責(zé)人的資訊共享，以及從組織的角度共享與活用資訊，都會變得更為容易。
屆時，大腦的思考會馬上傳達給四肢，四肢感受到的一切，也會馬上傳達給大腦。
怎么樣才算是一個智能工廠?
智能工廠是一個伴有具體“機制”的概念。此一“機制”的核心部分，主要是以「資訊系統(tǒng)」的樣貌呈現(xiàn)。
不過，要請各位注意的是，這里講的“資訊系統(tǒng)”是一個新概念，它不同于在制造業(yè)已日漸普及的 ERP 類的“資訊系統(tǒng)”、在制造第一線活躍的工廠自動化設(shè)備等“控制系統(tǒng)與機器人”，或者是用于讓全公司溝通的群組軟體等“資訊系統(tǒng)”。
那么，智能工廠的系統(tǒng)究竟必須具備何種特征，才能成為智能工廠呢?以下我們分別探討。
最頂層是工廠管理系統(tǒng)，這里處理的是工廠經(jīng)營時需要的資訊。包括財務(wù)資訊在內(nèi)，有 KPI(Key Performance Indicator，關(guān)鍵績效指標)之稱的經(jīng)營指標，乃至于二氧化碳減量等企業(yè)承擔(dān)社會責(zé)任時必須關(guān)注的指標，都歸在這里。
往下一個階層就是所謂的基礎(chǔ)系統(tǒng)。這些基礎(chǔ)系統(tǒng)是由 ERP 所涵蓋的部分，以及個別套裝軟體或各公司獨自打造的系統(tǒng)等所構(gòu)成的。
接著在下一層當中有 MES，其下層又設(shè)有 SFC。此外，針對資源(電力、熱力、水)等基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)，也力求透過網(wǎng)路收集數(shù)據(jù)。
那么，就來詳細看看各項目。
控制類系統(tǒng)與資訊類系統(tǒng)的合作
我再強調(diào)一次，智能工廠里的大前提是，利用網(wǎng)路，把現(xiàn)存于工廠的各種工廠自動化機器、設(shè)備、電力等基礎(chǔ)架構(gòu)、單獨的管理系統(tǒng)等，都串連起來。而且，這些資訊不是只用在生產(chǎn)第一線而已，還必須傳輸?shù)揭哉乒苌a(chǎn)資料的 ERP 為首的基礎(chǔ)系統(tǒng)，以及經(jīng)營高層用于做決策的資訊系統(tǒng)，再予以活用。
若以專業(yè)術(shù)語來講的話，其實就是讓“控制類”的電腦系統(tǒng)，和“資訊類”的系統(tǒng)連上線。那么，這些以“控制類”稱之的系統(tǒng)，是什么樣的系統(tǒng)呢?
所謂“控制類”的系統(tǒng)，正如其名稱所示，就是“用于控制機器的電腦”。代表性的有名為 PLC 的機器。
PLC 是一種小型電腦，其內(nèi)部裝有微處理器，這點和一般電腦相同，但它所使用的語言是把電氣回路符號化而來的，因此 PLC 的程序設(shè)計必須由擁有特殊知識的電氣技術(shù)人員來做，一般電腦程序設(shè)計師是做不來的。PLC 原本是由過去在汽車制造等自動化系統(tǒng)中使用的“繼電器裝置”發(fā)展而來的。
所謂“繼電器裝置”，是一種能因應(yīng)可切換開啟/關(guān)閉之類的動作開關(guān)、裝置實際處理的數(shù)量，或者電力機器等設(shè)備的狀態(tài)，輸出控制用的電氣訊號，借以控制機器的裝置。一臺 PLC，可以代替數(shù)千個繼電器裝置。
由于 PLC 是一個向工廠自動化的機器與設(shè)備傳達命令的系統(tǒng)，其穩(wěn)定性與精準性就格外受到重視。此外，設(shè)備的運轉(zhuǎn)控制，在安全上極為重要，因此它必須達到的反應(yīng)速度，也就是系統(tǒng)的處理時間，遠遠比主要由人類使用的資訊類系統(tǒng)來得快。
順帶一提，在作業(yè)系統(tǒng)方面也一樣，PLC 使用的不是一般用于個人電腦上的那種作業(yè)系統(tǒng)，而是名為“即時作業(yè)系統(tǒng)”(RTOS, Real-Time Operating System)，可同時處理多項任務(wù)，還能夠確保在一定時間內(nèi)回應(yīng)的作業(yè)系統(tǒng)。
近年來，導(dǎo)入 MES 系統(tǒng)的企業(yè)也變多了。嚴格來說，它雖然不算是“控制類”系統(tǒng)，但可以定義為，把“資訊類”與“控制類”系統(tǒng)之間缺少的連系補上的“資訊系統(tǒng)”。MES 的主要功能在于，把來自于 ERP 的生產(chǎn)計畫，轉(zhuǎn)換為更符合制造第一線實際狀況的“制造指示”，并予以管理。
MES 在設(shè)計上也有透過 PLC 取得數(shù)據(jù)、協(xié)助品質(zhì)管理的用意在。但必要數(shù)據(jù)只有一部分是以透過網(wǎng)路取得為前提，其他資訊則是透過輸入終端，以人工手動輸入的方式取得。
綜上所述，在今后的智能工廠里，工廠自動化設(shè)備主要是透過三種形式與資訊類系統(tǒng)取得連線。
1、直接取得 FA 設(shè)備的資訊
2、 收集來自 PLC 的資訊
3、收集 MES 的資訊
這三種無論哪一種，前提都是實際透過網(wǎng)路的連結(jié)自動取得資訊。相關(guān)技術(shù)的細節(jié)，我會在下一項中介紹。
此外，雖然 FA 設(shè)備、基礎(chǔ)系統(tǒng)、工廠管理系統(tǒng)連成了一個網(wǎng)路，但還是必須明確區(qū)分是控制類還是資訊類系統(tǒng)，分別予以管理與使用。若為資訊類系統(tǒng)，就算因為網(wǎng)路的擁塞等因素，導(dǎo)致資訊延遲若干時間才收到，問題也不大;但如果是控制類系統(tǒng)，資訊的延遲就可能引發(fā)嚴重問題。
標準接口之采用
既有的制造設(shè)備，把大量的系統(tǒng)建構(gòu)工作，發(fā)包給特定設(shè)備建置供應(yīng)商處理，是一種理所當然的做法。該承包商在建構(gòu)系統(tǒng)時，采用了自己最熟悉的的 FA 設(shè)備廠商的接口，而變得不容易與采用其他接口的系統(tǒng)合作。之所以會這樣，也是因為各式設(shè)備的界面沒有標準化，承包的供應(yīng)商很難單憑一己之力，建構(gòu)出能夠讓不同設(shè)備間交換資訊的功能。
但在智能工廠中，PLC 與 FA 設(shè)備基本上都采用標準接口。工廠內(nèi)的各式設(shè)備，就能夠透過網(wǎng)路交換資訊了。標準接口的采用，是智能工廠這個概念的一大原則。
不同設(shè)備各有不同的使用目的，所需要的規(guī)格也很多樣化，不可能全部都做成通用式的規(guī)格。不過 PLC 以及組件未來可以想見會急速走向通用化。一旦走上通用化，建構(gòu)系統(tǒng)的知識技術(shù)就可能標準化，變得可以分享與再利用。
企業(yè)用戶在推動智能工廠時，必須充分探討要如何制定自己公司的標準化方針。因為，這一點正是決定未來投資績效好壞的重要因素。關(guān)于標準界面，后面我會詳加介紹。
日志數(shù)據(jù)的儲存與轉(zhuǎn)換為 KPI
FA 設(shè)備的數(shù)據(jù)，本來就是以很精細的單位在處理與管理的。不消說，在短短的一秒鐘時間里，機器就已經(jīng)下了好幾個判斷，處理了好幾件事。但就算把 FA 設(shè)備連成網(wǎng)路，將這樣的數(shù)據(jù)抓到資訊系統(tǒng)里，對人類(管理者)來說，這么巨細靡遺的數(shù)據(jù)，還是可以清楚地畫分為有意義與無意義兩大類。
雖然說是即時，但對于機器的所有即時動作，管理者并沒有必要全部掌握。把控制類的數(shù)據(jù)給資訊化的用意，就是要把原本只是陳列出來、不具任何意義的數(shù)字，轉(zhuǎn)換為具有意義的切入角度或是單位，再予以管理。
舉個簡單的例子說明好了。假設(shè)想知道電力消費的狀況，而感測器是以秒為單位把數(shù)據(jù)傳過來的。那么，如果要問，以秒為單位的耗電數(shù)據(jù)，對管理階層來說，是否有意義?一般來說，是沒有意義的。就算看再多以秒為單位的數(shù)據(jù)，一方面很難判斷數(shù)據(jù)好壞，也無法采取任何行動(除非數(shù)字很明顯異常，那就有意義了)。對管理階層來說，需要的應(yīng)該是“生產(chǎn)一件或一個批量的特定產(chǎn)品，需要耗費多少電力”，或是“待機時與高峰時耗費的電力”吧。
總之，感測器按秒傳來的數(shù)據(jù)，不要只是直接儲存起來，而是要轉(zhuǎn)換為能夠活用的管理資訊，再儲存起來。或者，也可以把儲存起來的數(shù)據(jù)，定期透過批次處理等方式，轉(zhuǎn)換為管理階層需要的形式，儲存于資料庫中。
更重要的事情是，不要把每種數(shù)據(jù)當成單項數(shù)據(jù)(像是各設(shè)備耗費的電力)儲存，應(yīng)該要根據(jù)預(yù)先定義好的資料模式，把相關(guān)數(shù)據(jù)(制造訂單編號、測定時刻等)加進來一并儲存，好讓應(yīng)用程序能夠活用這些數(shù)據(jù)。這可說正是智能工廠的精髓所在。
讓事業(yè)能夠成功的重要企業(yè)活動，稱為「關(guān)鍵成功因素」(KSF);實際用于管理 KSF 的數(shù)字指標，稱為「關(guān)鍵績效指標」(KPI)。從經(jīng)營階層到第一線為止，都可以定義 KPI。名為「指標」，因此多半是結(jié)果的數(shù)字，但制定 KPI 原本的用意其實是「希望以數(shù)字呈現(xiàn)出能夠帶來成果的驅(qū)動指標」，管理階層可以透過監(jiān)測 KPI 得知未來的成果如何，并隨時采取行動，藉以提升成果的水準。這才是 KPI 原本的正確使用方法。
假如果只是結(jié)果的數(shù)字，那么再怎么管理，或許可以成為有助于未來行動的參考數(shù)據(jù)，但是卻無法改變已經(jīng)出現(xiàn)的結(jié)果(雖然這也是理所當然的)。在結(jié)果出現(xiàn)之前，掌握其預(yù)兆，事前采取因應(yīng)的措施，以創(chuàng)造出正確的結(jié)果，能夠以這種形式活用 KPI，毫無疑問會是最理想的。
返回列表
