智慧製造2019.04.13

工廠內有必要採用無線通訊技術嗎?

飛飛

物聯網 軟體 雲端服務

在無線通訊正式進入物聯網規格商用化階段之後,工業物聯網也正面臨新時代到來前,新舊轉換的陣痛期。工廠環境一直以來都極具封閉特性,即使已經全面自動化的廠房,其數位資訊交換的網路也侷限於單一工廠內的機台總控,並透過 PC 工作站的人機介面形式控管,因此線纜式通訊也從來都是唯一選擇。特別是考慮到資訊安全層面,無論是確保產線動態流暢無干擾,或是作業機密性,再加上過往 4G 無線通訊規格最多僅限於人機介面此單一節點的可能應用,更顯得無線通訊無所必要。

 

特別是不似 AIoT 消費性產品汰舊換新所著重考量以花費換取方便性、舒適性、新奇性等消費需求與生活品質升級, IIoT 的過渡期牽涉成本與獲利之間角力,更容易讓產業界躊躇。那麼,不如讓我們先來瞭解物聯網級無線通訊所可見的生產優勢。

 

 

IIoT  物聯網級無線通訊

在可預見的 IIoT 物聯網環境中,通訊不再是單一選項,而是「大網包小網,小網連大網」的多通訊網併用。例如:當 OT 層感測收集資訊時,低功耗廣域網 LPWAN 可回應其長期資訊蒐集特性、長效電力需求,如:環境值的情報蒐集、歷史性資料庫建構;而當 OT 層感測用於機台間協用時,像是工業機器人,優先考量低延遲性時,高頻 5G 將能提供更高通訊水準。這也就是說,物聯網級無線通訊可應用於不只是人機介面,還包括分類應用各個機台之間同步協作所需的不同通訊需求。而 OT - IT 之間的資訊流連結也將是不同於過往,例如:長期性資料累積的感測值直接透過 IoT 閘道器送往雲計算,不再需透過人機介面;而協作性感測則可直接傳輸通訊,如此資料分流也突顯新時代無線通訊可跨越空間限制,避免纜線的擴張性受限、實體傳輸接口衍生複雜線路與互通性等。無線通訊跨入精緻化通訊規格供應,所帶來的將是長期均攤的成本支出降低,包括輕鬆管理的人力支出減少、節能支出,再加上高效率生產作業、未來擴張可能的方便性。

 

影像應用是另一個智動化的重點,AR / VR、影像辨識等都將深度應用於自動化產線上,像是:即時動態智慧監控、協作機器人應用於即時品管等。特別是動態影像應用涉及邊緣運算以發揮往後 AI 智慧處理,如:可疑入侵即時警示,將由多部佈置於各處的監控攝影機連線 IoT 闡道器,也就更突顯無線通訊的重要性。另外,智慧工廠也將運用智慧型移動機件,效率化產線運作,如:搬運機器人,物聯網級無線通訊規格也才能應付與游移物件之間的感測。

 

擺脫線纜,機台之間的配置也將更機動靈活。展望物聯網時代的雲端智慧工廠,其工廠作業環境將大不同於過往的中央單一總控網路。OT-CT-IT 所構成自動資料流環境,將能驅使自動化作業環境擺脫僵化流程,隨時透過自動資料收集構建的大數據,持續性優化流程,因此無線通訊除了足以重塑效率躍進的產線環境,也將有助於未來機動性重配置作業機台。物聯網資安方面則將透過區塊鏈、數位分身等與時俱進的新技術,獲得更嚴密的安全防護。

延伸討論

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雲運算服務 vs 虛擬化技術

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當雲運算以其租賃概念優勢,漸漸攻佔得花大筆頭期建置費用、再加上後續長期維護費用為考量的傳統在地 IT 建置市場後,雲運算自然也盡可能將各項發展愈漸成熟、使用上愈顯普遍的虛擬化技術納入自身平台。如此,不僅能強化自身平台的更多元服務,回應使用端開發時的種種需求,也能積極協助新客戶從既有設備順暢移轉銜接至雲平台。
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雲端時代的虛擬化技術進行式

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雲是屬於第三方代管的運算平台。這樣做的好處是可以依情況迅速彈性變更 IT 資源,想用多少算多少,也能減低不少設備維護成本;更能從共享實體設備的量化觀念,經第三方服務供應商角色的經濟角度,提供較進階設備規格,獲得較優勢的資源效率,還能省卻種種品項採購的麻煩與冗長流程,減少可能的閒置設備。
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關於感測器的兩三事

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感測收集的資料囊括類比、數位兩種訊號輸出。一般自然界的連續波都屬於類比訊號,包括:風速、太陽幅射、光強度、聲波、電波等;由於數位時代電子儀錶的蓬勃發展,許多感測器均已能轉化類比訊號為數位訊號,方便數位資料處理。隨著科學研發成果進展愈發豐碩,人類對環境中的基本物質愈發瞭解,透過物理特性(如:聲波回傳測距、幅射能反應為熱感指標等)、化學變化(如:特殊物質遇特定氣體產生濃氣味或色變的氣體偵測等)等感測指標也已愈發多元又精密,還能以不同感測數據交叉比對,滿足高精準度要求的感測結果。