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工業物聯網應用 關鍵在於無線通訊和AI導入

  • 謝明珊

工業物聯網(IIoT)就是把物聯網(IoT)應用於製造業,藉由無線技術、網路雲端連線和人工智慧(AI)分析,來監控工廠設備,又稱為工業4.0,亦即以自動化提升製造業水準。資訊交流越多,生產力就越高,但唯有大量資訊經過分析和詮釋,才有助於做出完善的決策。

據Electric Design報導,工業物聯網把所有裝置和感測器整合到同一個網路,網路會傳送資料給電腦來儲存分析,經過電腦軟體分析之後,有助於工廠做出聰明的決策,進而達到預先設定的生產力目標。

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無線通訊和AI技術是未來工廠自動化的主力。法新社

無論是員工、工具、機器人或裝置,皆可能提供有益的資訊,協助工廠找出無效率之處、潛在問題,同時優化品管、預測趨勢、避免停工、優化既有資產。這一切都有賴軟硬體的更新,首先是通訊技術。

有線通訊向來是工廠自動化的常態,但無線通訊顯然更具彈性。IEEE 802.15.4專門支援點對點(P2P)連線和無線感測網路,該標準確立了基本實體層(PHY),包括頻率範圍、調變、資料率、框架格式和媒體存取控制(MAC)。

IEEE 802.15.4主要有3種頻率,最常用的是2.4-GHz ISM頻段(16個頻道),基本資料率是250 kb/s,再來是美國902- to 928-MHz ISM頻段(10個頻道),資料率40 kb/s或250 kb/s,再來是歐洲868-MHz頻段(1個頻道),資料率20kb/s。

以上三者皆採用直序展頻(DSSS),有二元相移鍵控(BPSK)和偏移四元相移鍵控(QPSK)2種調變。6LoWPAN採用IEEE 802.15.4規範的PHY層和MAC層,屬於低功率的點對點無線傳輸。

至於蜂巢式無線電,支援機器對機器(M2M)資料傳輸,適用於遠端監督和控制,目前正以4G LTE取代2G和3G模組,傳輸範圍為1~10公里。

Dust Networks旗下無線網路SmartMesh,以802.15.4和6LoWPAN兩種規範為基礎,形成具有修復功能的網狀感測網路,提升了傳輸範圍和可靠性,模組電池續航力高達1萬小時,加上採用時間同步跳頻(TSCH)連結層,可在幾毫秒內同步所有節點。

國際自動化協會(ISA)開發ISA100a,專門用來控制工業流程和工廠自動化,採用802.15.4規範的PHY層和MAC層,另外增添資料安全、可靠性、反饋控制等功能。

無線射頻識別系統(RFID)主要用來辨識、定位、追蹤等,讀取器會傳輸高功率RF訊號給被動式標籤,接著讀取儲存在記憶體的資料。RFID標籤又小又平坦又便宜,可以附著在任何要追蹤的物品。

Wi-Fi僅次於藍牙,堪稱最廣泛使用的無線技術,遍布於智慧型手機、NB、平板、家庭無線路由器,此外還有不少工業用途,適合高速較長範圍的傳輸。

ZigBee屬於低速短距傳輸的無線網路協定,源自ZigBee Alliance,最大特色是針對感測監控建立大型網狀網路,還可以應付多達6.5萬個節點,廣泛應用於工廠自動化以及其他M2M和物聯網用途。

雖然資料收集程式也懂得分類資料,但AI技術更有效率,更不需要人員介入。AI可迅速分析資料,即時調整流程進而提高生產力,預防式維護(PM)便是一例,可預知哪些零件可能故障,預先排定汰換,以免故障中斷生產,造成天大損失。

AI的終極目標是納入一定的人類智慧,來評估情況並採取行動。