環境監測與安控並行 擘劃智慧工廠雛形

環境監測與安控並行 擘劃智慧工廠雛形

智慧工廠的發想是將「人」納入智慧系統,在生產流程中,人不再擔任操作者,而是由機器扮演勞動的角色,人可以做更多的決策與管理。人力已成為當今最珍貴稀有的資源,就連原本人工低廉的中國大陸,因為基本薪資陸續調升,導致工廠人力愈來愈吃緊,導入自動化+智慧化設備便成為需要迫切面對的解決方式。

智慧工廠最主要的目的當然是降低人力與生產成本,提升生產效能及生產品質,然而,智慧工廠不只要追求效率更要重視安全,於是環境監測對於工廠的運作就佔有相當重要的位置。智慧製造有很大一部分在談人機協作,而環境監測便是在監控人與機器的安全,監測生產設備的運作過程中,是否有潛在的安全危機,尤其工業環境充滿太多未知的危險因子,因此,對於整個生產供應鏈來說,讓人與機器處於安全無虞的環境,才是讓生產能順利持續下去的要點。


環境監測重點:能源、安全及生產環境

環境監測方面最常遇到的問題是能源、安全以及生產環境的監控,一般要從能源管理談起。能源領域是工業4.0關注的其中一個重點,按照聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的建議,到2020年,發達國家至少要減排碳25%∼40%,節能減碳變成增加產品競爭力的一種方式。過去要了解工廠的耗能使用狀況是察看電表並加以記錄,現在則細化到要先明白每個生產線、每個機台的耗能是多少,透過節能監控系統,將這些數據套入系統演算法去運作偵測,包含設備加裝率、冷凍空調的溫溼度環境判斷等,以便統一調度整個生產排程,進而減少能源及營運成本,達到最佳生產效率。

第二是廠房與人員的安全問題,例如人機合作時,機器手臂加裝許多感測器,具備人機協同感應機制,從機器手臂的位置去定位每一個位移,做細部的控制與監控,增加機器人手臂安全性,當人進入機器手臂的工作範圍時,即可立即停止運作,以免發生意外。類似的原理也可應用在某些半導體廠房,其低溫製程設備需要充氮氣,因此在門禁設置上便須有氮氣偵測,防止人開啟閥門誤闖進該區域;若人員不幸誤闖,系統能立即感應提供緊急排風措施、執行告警功能。過去門禁的觀念是用來控人,現在則是控機器,避免氣體外洩造成不當損失。

第三則是生產環境的監測,例如無塵室的環境監控系統,需控制氣旋微粒濃度,壓力、空調及溫溼度等,人進出時產生振動的氣流部分可能對產品造成影響,必須監測流向,能否從中產生智慧氣流以控制良率,確保生產品質。甚至是運用在農業發展上的植物工廠,可偵測土壤的酸鹼度、腐化度,光亮、病蟲害的控制以及溫溼度的調控,讓生產環境做到穩定量產,創造安全無污染的栽植環境。可以這麼說,環境監測延伸出更廣義上的安全監控,即是生產設備運作的校準機制,透過環境監測,能實時(real time)對生產流程做出分析與回應。

 

智慧工廠關鍵技術:Sensor、安控、大數據

其實物聯網的運用,有很大一部分和所謂的感測器(Sensor)有關。感測器不但是物聯網的必要元件,更是自動化不可缺少的關鍵零組件,所有生產設備與製程工作都需藉由感測器來擷取各種環境資訊,如同電子產品的眼、耳、鼻、舌、皮膚。這些資訊皆可透過物聯網整合傳輸至網際網路,除可傳遞溝通訊息外,更可讓系統終端掌握即時數據和生產狀態。

收集Sensor的監測數據無非就是想掌握生產品質,有了這些Sensor後就能做分析統計應用,唯有將所有的數據串聯起來,結合生產現場,達到某種製程條件,可以做為未來產品分析的依據,透過後端平台運算做即時分析結果,了解在哪些製程段會降低良率、產生瑕疵品,先擁有足夠多的資料,才能創造出工廠專屬的可用數據分析。

在經濟部政策引導下,愈來愈多產業投入研發感測器,未來勢必會有更多可供參考的新數據陸續被挖掘。而安全監控技術也在智慧工廠應用中,擴大到不僅只於「控人」同時也「控機器」,每個製造業都有其在生產過程中所關注的地方,唯有靠軟體與技術能力來銜接硬體設備,完善運用Sensor、安控技術與大數據分析,創造真正有意義的決策分析,讓業主看見智慧化的價值所在,才能進一步讓業主有感,智慧工廠也才能真正實現。

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