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中小企這樣應用物聯網 日本金屬加工廠首月產能大增26%

Date: 7/7/2019 9:00:33 PM

【30秒看完一整篇】

應用物聯網產品打造智慧工廠、讓產能升級,是大企業專利?錯。中小企業加工廠一樣辦得到。本案例中的日本金屬加工廠,原苦於工廠資訊不明,導致生產、接單不順,在採用研華WISE-4000物聯網無線端到雲方案後,用感測器取代過去人工抄寫記錄,設備資料以無線網路傳輸上公共雲分析展示,讓業主能充分掌握生產狀況並加以改善,更節省硬體建置成本。而在導入當月,該廠沖壓機的稼動率便較前年大幅提升26%。

老闆心好痛:生產資訊無法即時掌握、想改善卻沒依據

日本一家金屬加工業者,專提供汽車業ODM相關金屬零件製造服務,該公司老闆向來對他們能用精密加工技術大量生產高品質產品,也積極開發新的加工方法來生產各式零組件,深感自豪。但是,近來老闆卻發現一個嚴重的問題:貨出不去,不然就是嚴重延遲。就算問管理人員到底現在工廠狀況如何,也沒有辦法馬上得到答案。究竟,這中間出了什麼問題?

原來,在隨時聯網、即時通訊的時代,該工廠產線作業模式竟仍是傳統的人工抄表 ,也就是由作業員先將生產資訊手抄於紙上,交班前再輸入電腦系統。這過程不但耗時,也會因為手誤而使得生產報表不夠精確。

而管理人員只能被動等待現場定期回報,無法即時掌握廠內生產狀態包括機台稼動率、物料狀態等,因此多依過去經驗安排工單,當然沒有辦法應付當前的真實單量。更糟的是,即使管理人員有心想要提升生產效率,由於缺乏確切的數據資料來當參考依據,也不知該從何下手。

當工廠資料不精準、資訊傳遞不及時,導致根據過去表現所制定的計畫,趕不上當前以及未來可見的變化,造成貨出不去、錢進不來,老闆心急如焚,員工壓力爆棚,到底該怎麼辦?

應用物聯網,讓生產黑盒子變透明

這家金屬加工廠的結論是:需要結合資通訊與物聯網(IoT)技術,提升工廠設備管理的透明度,方能徹底解決問題。

所需解決方案內容條列如下:

1. 即時監控、取得設備資料:能即時取得生產線上關鍵設備的狀態資料,並即時監控工廠各種機械設備和廠務設施

2. 資料收集採用無線傳輸:考慮到工廠空間、建置成本與人力資源等因素,採用無線傳輸來收集資料

3. 採用投入成本較低的公有雲服務:使用微軟Azure IoT Hub公有雲端平台,以快速導入並省下自行建置私有雲系統的初期投入成本

4. 需具備可擴充性:解決方案除了要滿足現有需求外,還要提供可擴充性,以便未來能隨時調整或新增系統功能

經過調研比較,該公司決定採用研華WISE-4000物聯網無線端到雲方案。

WISE-4000系列為中小企量身打造:架構簡單、成本最少

由於金屬加工廠現場多為不具備PLC的機械式沖壓機,或是不開放通訊接口的封閉式機台,因此依據設備條件不同,研華以多款WISE-4000系列物聯網無線I/O模組搭配EKI-6332GN Wi-Fi無線AP,來滿足該廠建置生產設備聯網與廠務設施監控的需求。

以導入生產設備聯網功能來說,加工廠需求之一是:統計共130台沖壓機的沖壓次數。透過研華的解決方案,只需在該廠每台沖壓機上安裝一個WISE-4050 Wi-Fi物聯網無線I/O模組串接感測器,即可用非侵入的方式,採集機台狀態資料。

此外,WISE-4050模組會在機台端事先將採集來的訊號附上時間戳記(Timestamp),並在模組內的微控制器(MCU)完成資料加密、格式轉換、雲端認證等複雜程序,再以HTTPS通訊協定上傳給Azure IoT Hub雲端平台。所以在此系統中,不用額外加裝電腦作為閘道器,也不需編寫資料轉換程式,大幅降低架構複雜度與硬體成本。

上傳的資料可在Azure雲端平台上分析設備運行狀態,或進一步以Power BI可視化工具將數據轉換成客製化管理圖表。如此一來,工廠便能達成資訊透明化,管理人員就能在Azure雲端平台上,掌握每台沖壓機的沖切次數、每次加工所需時間、機台啟停時間等資訊,並進一步排定生產工單,提升加工設備的稼動率、穩定產線平衡率。

另外,帶時間戳記的資料紀錄(data logger)與斷點續傳兩項功能,讓工廠就算遇到網路不穩定,仍可先將資料暫存於模組內,待通訊恢復正常時再上傳資料,從而確保資料採集的完整與正確。

雖然,這家金屬加工廠目前訂定的系統要求是每秒即時傳送資料,但其實沖壓機在非生產時也會處於待機狀態。在使用WISE-4000模組提供的上傳條件設定功能後,便可讓模組只在狀態改變時才進行通訊,減少網路頻寬需求。最後,使用者若發現採集資料量日趨龐大、導致網路頻寬不足時,亦可透過網頁設定,將帶時間戳記的資料先暫存於模組內,待累積到設定條件後,再一併上傳。

研華方案導入當月,該廠沖壓機的稼動率便較前年大幅提升26%。產能增加之外,管理者也因此可更精準地掌握工廠生產狀態,既可針對生產、接單做出最佳規劃,又能如期交貨,提升顧客滿意度。


中小總有中小的辦法,升級沒想像中難

透過工業物聯網技術,導入感測器、網路通訊、雲端服務平台,製造業可實現生產設備聯網與廠務設施監控等,達成工廠透明化管理。然而,絕大多數既存產線與工廠環境均屬佈線困難,要挪出空間來加裝額外的監控設備與聯網裝置,並不容易。

對中小型製造規模的工廠而言,若需耗費巨資購買設備與軟體,方能導入工廠設備管理系統,當然構成難以跨越的門檻;此外,若系統整合與後續維運管理太過複雜,也會使人力與物力資源相對有限的業主望之怯步。 

有鑑於此,研華以WISE-4000系列無線I/O模組與無線感測終端,為想要導入生產設備管理與廠務設施監控的中小型工廠,提供了直接上雲的輕量型工業物聯網解決方案。

WISE-4000系列產品不僅集資料擷取、資料預處理、上傳雲端等功能於一身,更有外型精巧、易安裝、免佈傳輸線等特性,而且無需資料閘道器(Gateway)即能與雲端平台整合。此解決方案簡化了複雜的系統架構,既解決加工廠導入物聯網應用時所遭遇的各種難題,也能讓製造業者加倍輕鬆地完成轉型升級。


【專案導入產品】 

  • WISE-4050:4通道數位輸入和4通道數位輸出之Wi-Fi物聯網無線I/O模組
  • WISE-4051:8通道數位輸入和單埠RS-485之Wi-Fi物聯網無線I/O模組
  • WISE-4060:4通道數位輸入和4通道繼電器輸出之Wi-Fi物聯網無線I/O模組
  • WISE-4012:4通道通用輸入和2通道數位輸出之Wi-Fi物聯網無線I/O模組
  • WISE-4220-S231:附溫濕度感測器之Wi-Fi物聯網無線感測節點
  • WISE-4470-S250:6通道DI、2通道DO和1通道RS-485之3G物聯網無線感測節點
  • EKI-6332GN:IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi AP /客戶端 

【系統架構圖】 

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