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智能化催生工業4.0 現代工廠大步向前

隨物聯網和智能製造的逐步成形,工業4.0時代正悄然來襲。工業4.0項目主要分為兩大主題,一為「智能工廠」,重點研究智能化生產系統及過程,以及網絡化分布式生產設施的實現;二則為「智能生產」,主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等,兩者相輔相成的效益,為今日智慧工廠跨向全新里程碑的重大變革要素。

智能化工廠是部分國家實現高度自動化生產後提出的新概念,它的理念優勢在於推動工業生產智能化,從而實現科幻般的工業生產模式。工業生產系統及過程、網絡化分布式生產設施的實現、生產物流管理、人機互動、新技術的使用以及使用嵌入式傳感器來監測有關的環境參數和生產等,都需要智能化設備的支持。

智能生產其中的智能化產線,比方說工業自動化就是智能化工廠更精細的分項。智能化工廠也包含廠房管理、有效能源運用、安全防護、網絡、監控和安全分析,並可確保工廠的整體運作可順暢安全。智能化自動生產線可監控設備總和效率(Overall Equipment Effectiveness),促使其達到最高的質量與效率,並可將停機時間降到最低。

現代化的工廠為了生產更多的產品,開始在生產線中部署靈活度更高的機器設備。為此,工廠得為機器提供更大的空間,因其移動的範圍可能都會為整個生產線帶來顯著的變化。而當產品愈多,安全籠就顯得限製過多,無法適應機器的移動範圍。

FPGA整合應用將為智慧工廠升級決勝點

在眾多智能化工廠升級解決方案中,尤以FPGA(現場可程式化的閘陣列)的成長最值得期待;由於感應器輸入資料量增加,以及監控系統日益複雜,簡單的軟件再也無法解決效能上所面臨的挑戰,許多應用因此產生效能瓶頸。此外,許多採用PC的解決方案,現在已移轉用嵌入式方法,以減少尺寸和降低碳排放量。

智能化工廠與產線的運作牽涉極為複雜的邏輯設計,並受限於過高的運轉成本、設計的運算限制與網絡頻寬,而擁有高效能的FPGA最能滿足這類的需求。在工業自動化領域中,一個靈活性高的平台可以快速整合與控管各種生產技術,進而大幅提升整體生產力,通過FPGA,工程師可以建構一個高靈活性的基礎建設,並賦予系統許多功能,包括打造一個更多元高效能的介面、提高資料處理速度,以及降低建置成本。

FPGA已然成為攻取智能化工廠灘頭陣地的堅船利炮,智能化系統的搭建更離不開高度模擬整合的鼎力相助。工廠整合包括:提高機器智能化程度,實現機器之間(M2M)的通信和生產線自主化,而不僅僅是機器自主化。自主生產線通過乙太網進一步將通信整合至工廠高層架構,進而實現物聯網(IoT)以及工廠控制系統與業務系統或IT的整合。

未來的智能自動化將通過使用微型化處理器、存儲裝置、傳感器和發送器來實現,這些裝置將被嵌入至幾乎所有可想像的機器、未加工產品、材料、智能工具類型和用於組織數據流的新型軟件。所有這些創新將使產品和機器能夠相互通信並交換命令。換言之,未來工廠將可以從很大程度自行優化和控制其製造流程。

儘管在這之前還有很長一段路要走,然而這絲毫不會影響到未來智能化的趨勢方向。當然,隨著智能化工廠與產線愈來愈普及,如何提升整體製造產能、良率和穩定性,也成為各大廠商最關注的議題。若能掌握這些關鍵優勢,就能在競爭激烈的市場中把握重要商機。 (本文由楊超群提供,DIGITIMES整理)

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