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工業物聯網落地成真

2018-07-12 08:48智動化

【作者: 王明德】

2018年7月(第38期)
2018年7月(第38期)
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近年來智慧化成為各產業的熱門議題,而智慧化願景要落實,必須根基於自動化技術,從實際應用面觀察,自動化系統必須附加在某個技術上,促使此技術改善品質、提昇效率,因此自動化技術所產生的價值,容易被看見、計算,智慧化系統與之不同之處,在於智慧化是藉由開創全新系統提供全新的價值,以打開另一個全新市場,而以製造業來說,工業物聯網仍屬於自動化範疇,要真正達到智慧化,必須倚靠之後雲端平台與AI技術的導入。

視覺技術進化 檢測快速穩定

工業物聯網的系統建置目標,聚焦於製造業前端設計與後端製程系統,用以提高產線彈性,現在市場上的工業物聯網作法有兩種,一是設備中建置感測器,感測器可快速判斷工件的類別,改變生產方式,不過一旦所需處理的工件種類變多,這需要系統複雜度也必須同步提昇,另一是將產線系統設備模組化,一旦產品或製程將產線拆開重組,即可組裝成適合的生產系統。

這兩種方式都會牽涉到不同系統的整合,一是視覺技術,品管是最後產品品質最後把關的環節,在機器視覺技術未臻成熟之前,過去一向以人力為主,以太陽能、LED產業為例,就有超過20%的人力投注在此,不過產品檢測單調且冗長的作業模式,容易使操作者出現疲勞、注意力分散等問題,現在機器視覺技術逐漸精進,足以擔當產品檢測重任,因此可以被導入產線以提高了產能、降低成本。

圖1 : 工業物聯網全面串聯製造現場的設備,將是智慧製造的骨幹系統。(Sourc...
圖1 : 工業物聯網全面串聯製造現場的設備,將是智慧製造的骨幹系統。(Source:eInfochips)
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目前機器視覺化的檢測作法,是將視覺感測器與鏡頭,直接建在系統設備上,當產品傳送至該站時,即可被檢測,這種作法的好處是可以全檢,不像一般用抽檢的方式,產品品質可全面獲得保障,另一個優點是速度快,可加快檢測速度。

視覺檢測是現代自動化系統相當重要的部份,而此一技術也是現代與傳統自動化的主要差異,20年前機器視覺因技術尚未成熟,與自動化系統整合的難度相當高,就算整合進去,判別速度也有限,不過隨著視覺演算、判斷法則的進步,再加上現在PC的強大功能,未來視覺檢測會大量應用在各類製程。

就整個歷程來看,視覺檢測在2000年開始被大量應用,當時主要應用領域是PCB(Printed Circuit Board;印刷電路板)與FPD(Flat Panel Display;平面顯示器),不過主要都用來做瑕疵檢測,隨著技術進步,現在的視覺檢測功能已不再只侷限於此,包括尺寸檢測與顏色、條碼、車牌等辨識都已能勝任,其應用也仍不斷擴大,例如以前立體工件的量測,必須將物件放至3D設備進行掃描,不過這類掃描會有尺寸限制。

另外,現在視覺技術也可用來進行定位與尺寸的量測,例如工研院機械所就曾接過過國內馬達大廠的案子,利用視覺技術檢測馬達內的線圈,由於受測馬達的線圈相當大,整體長度超過2公尺,這種產品對於尺寸的準確度要求相當高,因此在繞線完後,必須確定尺寸的正確與否?對此,工研院就特別開發專屬機台,用視覺檢測大型馬達線圈尺寸,馬達的尺寸量測非常複雜,不僅是3D量測,還有曲度、各個旋轉的R角等,這些複雜的尺寸量測,以前用人工,光是一個線圈就需要數小時,而機械所開發的機台,只要在2~3分鐘可完成,大幅提昇了量測效率。

製程監控 提昇產線彈性

除了這類量測外,另一種視覺應用是與機器人整合,進行定位、導引,過去機器人動作時,因沒有視覺配合,必須事先規劃行徑路線,因此應用不但大為受限且缺少彈性,若工件規格有所變化,就必須更改程式,在機器人身上加入視覺裝置後,由視覺感測器可回饋訊號,讓機器人自主判斷工件的形狀、顏色、位置,即便尺寸、位置更動,也不必重寫程式,如此將可大幅提昇自動化產線的彈性。

圖2 : 工廠生產現場中,所有的細節與狀況都有可能干擾、延滯系統的建置,然而這也...
圖2 : 工廠生產現場中,所有的細節與狀況都有可能干擾、延滯系統的建置,然而這也是製造業者數位轉型之路必然要面對的課題。(攝影/王明德)
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在製程監控方面,工業物聯網系統可透過感測技術進行節能與效率兩種監控,由於這方面的監測,其物理量通常都不太好量,因此多採間接量測,例如工具機裡的切削力量測,不是將感測器設置在基座就是在刀具底部,再利用推論模式推測出所要的數值,這種推論模式,是利用過去累積的資料,來預測下一步的狀況,以進行控制、補償,藉以提昇準確率。

監測部份,現在業界的研發走向是設備預診,此作法除了建有歷史資料庫外,還可依據資料庫進行預測,例如若發現系統性能除線問題,就可由此系統推算出可能出錯的系統環節,這種預測診斷的功能,主要是根據既有資料來預測系統未來的性能與狀況,並診斷系統中未來的可能損壞部位與時間,讓設備廠商可提前備料、維修,這類系統在大型設備如核能、大型風力發電等相當常見,一般來說,越大型的設備,對預測診斷的系統需求會越高。

與既有設備介接 啟動智慧願景

現在工業物聯網的另一個研發重點,是系統的通訊介面串連,目前製造設備中,最完整的通訊介面是國際半導體協會所訂的SECS/GEM通訊協定,幾乎所有的半導體機台都會內建此介面,由於半導體產業發展相對完整,因此目前PPV設備自動化生產線上,已引進相同的通訊介面,未來LED機台也可能採用,未來各類型的生產機台,也會有類似的共通介面。

隨著製造業的廠商規模增大,機台數量勢必會越來越多,在整合概念下,各機台之間的通訊互連已是必然,而機台互連設計時,與其要重新研發新技術,不如沿用已有的成功標準,在此情況下SECS/GEM的應用領域將會越來越多,目台灣許多大廠如台積電、聯電,國外如Global Foundry、三星,都已導入相關通訊產品。

經過過去幾年的市場教育,工業4.0現在已開始進入實質導入階段,而工業物聯網是工業4.0的基礎架構,系統建構時必須與現有設備全面串接,對製造業者來說,這是工廠生產的第一線現場,所有未能掌握、意想不到的細節與狀況,都有可能干擾、延滯系統的建置,然而這也是工業4.0中所有智慧願景的啟動點,因此製造業者若要走上數位轉型之路,這是必然要面對的課題。

智動化

智動化SmartAuto 簡介 遠播資訊股份有限公司以經營國際化的電子產業媒體為目標〈全球中文文化性電子產業社群平台─Global E.E. Community Platform in Chinese Culturelization〉。並經由平面、網路與活動來積極達成本身的媒體功能,目前有《CTIMES零組件雜誌》、《智動化SmartAuto》、《CTIMES》網站、《SmartAuto網站》與「零組件科技論壇」等產品或媒介,其中「智動化 SmartAuto」雜誌以最專業、完善的內容,深入探討自動化產業的技術進展與應用趨勢,並加入觀點剖析與業界動態,讓讀者快速掌握自動化與智慧化產業的全貌,並以網路與平面雙重平台,提供詳實而綿密的產業訊息,「智動化 SmartAuto」雜誌將會是市面上唯一兼具深度與廣度的自動化專業媒體。

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