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可視化趨勢啟動 HMI價值再次延伸
 

【作者: 王明德】   2019年03月22日 星期五

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工業4.0趨勢橫掃全球製造業,不過與之前幾次工業革命不同的是,工業4.0結合了人類社會中已然成熟的另一技術-IT,IT與OT系統的整合,不只提升了過去OT系統的價值,更讓製造系統有全然不同的面貌與想像,最顯而易見的例子就是訊息的流通。


過去製造系統的架構封閉,訊息只為單一設備所用,不過在IT技術導入後,在工業網路的鏈接下,設備之間的訊息不但可以快速、無縫流動,同時也全面可視,對製造系統來說,可視化不只是讓設備更容易被掌控,設備訊息還可延伸出更高價值。


在製造業中,過去廠區設備各自獨立,每個站點都由專責人員把持,其它站區人員很難知道廠區實際運作情況,上端管理階層也因為工廠可視化不足造成製程效率無法有效掌控。



圖1 : 在製造業中,過去廠區設備各自獨立,很難知道各廠區實際運作情況,上端管理階層也因為工廠可視化不足造成製程效率無法有效掌控。
圖1 : 在製造業中,過去廠區設備各自獨立,很難知道各廠區實際運作情況,上端管理階層也因為工廠可視化不足造成製程效率無法有效掌控。

以往為了加強工廠資訊的掌握,往往必須架構一套製造執行系統,藉由製程參數的控制、機台稼動、機台狀態、人員績效、訂單進度、即時產能,有效管控作業現場,資訊收集必須仰賴機器設備與軟體平台連結,或是輸入條碼與表單等方式,讓資料庫的內容更完整,而近年來在製造業智慧化啟動後,IT與OT系統開始,也讓製程可視化進一步提升,過去只負責簡單的人與機器間溝通的HMI,有了更吃重的全新角色。


工廠可視化 加快HMI發展腳步

@內文客戶端對於工廠可視化的強烈需求,無疑加快了HMI在規格上的演進腳步。早期觸控螢幕規格大都是3.5吋左右的單色面板,解析度低,只能顯示簡單的資訊內容,不過現在客戶端需求複雜化,設計也更趨多元化。



圖2 : HMI全面整合生產線已是未來趨勢。(Source: Siemens)
圖2 : HMI全面整合生產線已是未來趨勢。(Source: Siemens)

就有業者指出,HMI產品的發展,從來不是因為科技進步而提升,這類產品的演進,多是因產業應用模式習慣的需求所造成,客戶因使用經驗提出相關需求,產業才會跟進,成為標準化的產品,這種因應客製化需求而生的產品供給,在逐漸模式化後,才成為市場主流的標準品產品。


像是通訊系統,過去以RS-232為基本的通訊介面,後期再加入RS-485等規格,讓系統可以進行短中長距離的通訊,目前這幾種通訊協定已成為業界主要規範。


此外,隨著客戶端需求增加,監控功能也由工廠內部區網的直接連繫,轉為可透過Ethernet進行遠端的監控操作;廠區地點不論何處,企業總部都可透過Ethernet得到完整資訊,讓以往高階HMI專屬的Web化功能,普及至一般中階產品。


遠端資料傳輸 實現工廠可視化夢想

目前工廠自動化產品,仍以有線網絡做為控制主流,但在資料傳輸方面,無線系統已成為應用選擇之一,尤其在生產線較為彈性或範圍較大的廠區,由於設備變動可能性大,容易造成無法佈線的窘境,或佈線成本過高等問題,無線傳輸就成為選擇方案,依照不同應用層面,這部分目前包括Wi-Fi、藍牙,甚至是4G都是可採用的技術。


從應用面來看,在機動性較高的工廠環境中,可以長距離通訊系統傳輸資料,以藍牙整合倉儲管理,加上GPS掌握人員及設備動向,就可搭配監控倉儲的堆高機或車輛等使用;此外HMI的應用觸角也延伸到倉儲盤點領域應用上,結合 RFID與GPS技術,讓倉儲與廠務人員用於盤點及巡查。


相對於有線網絡,過去多認為無線傳輸是工廠環境中穩定較差的通訊架構,但如果是在非控制層面的通訊而言,目前已然足夠,透過無線傳輸系統持續傳送封包,在系統後端仍可以整合所有資料,而擺脫了線路的束縛,產品的應用層面相對更為廣泛。


因應不同的環境及應用,HMI也會有不同的因應變化,雖然規格大同小異,但在不同產業的應用上,也會產生不同的應用做法。HMI多裝設在廠區中,因廠區環境因素,對於產品也有不同的要求。



圖3 : 一般工具機或小型加工廠的HMI,其功能需求簡單功能。(攝影/王明德)
圖3 : 一般工具機或小型加工廠的HMI,其功能需求簡單功能。(攝影/王明德)

例如在高粉塵的環境中,粉塵不但容易卡住設備內部的機械結構,其中酸鹼性物質也會侵蝕機台,在此態勢下,如何維持設備的穩定性就成為重要的課題。


針對此一問題,工控業界目前的作法是採取密閉式設計,而部分製造業如食品藥物生產,需要定時機台清潔,此類產線所需的部件,除了密閉之外,還需要有IP等級的防水設計與不鏽鋼之類的特殊材質,外觀方面也需要設計為全平面,解決了這個問題,以有效防堵微生物孳生,做到完全抗菌的處理。


滿足客戶需求才是關鍵

HMI的應用多元,其市場結構也大不相同,針對客戶需求提供適合的解決方案,一直是HMI廠商的產品研發重點。一般工具機或小型加工廠的HMI,其功能需求簡單功能,狀況發生時,可透過操作人員直接進行故障排除,功能簡單、價格便宜的產品,是最適合此類型用戶的解決方案。


至於中、大型的產線、廠區管理等,Web HMI會是首選,導入企業再依據需求選擇生產追蹤管理、品質管理、零配件管理、機台預修保養、物料管理、報表入口網頁、載具管理等功能,整合企業資源,進行更有效的控管。


不論是大尺寸Web化的中、高階HMI,還是單色不具Ethernet功能的產品,都有適合的客戶群與應用方式,對製造業來說,導入無障礙,使用模式習慣合乎需求,就會是最好的系統,因此以可視化架構解決客戶痛點,將成為未來HMI的主要發展方向。


**刊頭圖:(source: automation.com)


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