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IoT網通感測科技 引爆新一波工業應用進化

IIoT網通環境部署要求相對較高,不僅需要有更長的使用年限、高速網路支援能力,相關網通設備也需能因應惡劣生產環境的設置條件。Intel

在工業自動化發展歷程中,各種網通技術、感測器、連接介面、通訊協定都扮演著舉足輕重的角色,而在新一代物聯網概念應用在工業生產中,IoT網通應用對相關重點技術的要求變更高,也進一步帶動工業智慧化應用基礎技術進化升級。

物聯網IoT用於生活、交通甚至工業應用,雖有其不同的發展要求,但不變的是對於感測器、連接介面、網路通訊協定與管理應用協定等,除需要建立統一標準外,也必須透過如解決方案的單晶片整合、關鍵技術的成本架構優化等,建構更完善的IoT發展條件,而在工業用物聯網(IIoT)方面,對於網通技術的穩定性要求更高,相關協同管理、異質網絡/介面乃至通訊協定整合,因為整合稍有不慎,就會影響工業生產管理安全。

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自動化生產線給料或加工速度快,透過IIoT網絡也可同時處理設備間通訊協調,避免生產流程出現故障而導致額外料件損失。siemens

IIoT整合需求漸增,越來越多IC業者推出為IoT應用需求的網通模組或感測解決方案。Intel

IIoT將生產資訊化進階智慧化  搭配BigData應用提升企業競爭力

而在產業積極導入工業物聯網後,不只可實現產業製造的資訊化?智慧化,也可連帶將原有企業資訊化向下延伸至生產端,從而推動更通透的生產現況掌控與分析,進一步導入如大數據(Big Data)分析優化企業整體的生產、管理、銷售機制,建立全新的協同管理機制與智慧化生產流程。

對IIoT來說,是IoT相關應用的重要技術實踐領域,也具備銜接社會發展的重要需求,例如以IIoT技術方案實踐的生產汙水?廢氣感測監控、食品生產流程?原料生產履歷追蹤、智慧交通?倉儲等,不僅是IIoT的延伸,甚至可以創造產業具關鍵的智慧網通整合價值,有別於生活應用類型的IoT,或是關注M2M的IoT方案,IIoT對於相關應用要求更嚴苛,也對工業應用的M2M通訊架構與對等控制等機制要求更高。

科技產業導入IoT動作快  持續優化生產彈性與效能

而在科技產業中,如硬體製造、晶圓?IC製造等,以往生產線較常使用的二維條碼、條碼自動掃描機制,已在生產流程導入IoT相關網通與應用方案,進而改善整體生產流程,例如導入如感測器、RFID、嵌入式自動化控制終端等,將原有較無法即時掌握生產狀態的自動生產機制,逐步改良導向智慧生產整合,再透過高度整合工業網通閘道銜接與處理,達到管理端可以即時獲取更即時、準確的生產資訊。

尤其在IIoT應用中,感測器技術與RFID應用為高度重視的IoT核心導入方案,因為在IoT應用中,系統必須獲得真實世界的相關資料,才能進一步透過即時分析、彙整,利用人工智能推導最佳化的生產決策,而產線終端要讓每個生產環節都能準確被追蹤、紀錄,就必須導入兼具低成本、體積小、易追蹤多重優勢的RFID無線射頻標籤技術方案,同時再搭配如機器視覺、各式動作感測元件輔助,取得每個加工工序的執行狀態。

透過IoT追蹤料件成品 確保加工?儲放?運送安全

同時感測器也持續進行優化與更新,用來越多整合進階嵌入式運算技術的感測器相繼推出,藉以追蹤高速產線的加工物件即時監控與紀錄用途,透過嵌入式系統整合設計,也能讓感測器在體積不變條件下(或更小)提供產線更進階的感測、預先分析、與高速處理能力,同時更輕、更小、功能更強大的嵌入式系統結合多重環境感測器方案,也可將智慧物件整合IoT網通技術的難度與成本大幅降低。

而在RFID應用中,無線射頻辨識標籤可以貼附在原料、加工物件或是重要零組件上,透過對電子標籤進行掃描辨識,同時進行追蹤與料件定位,在生產過程即可針對單一成品進行加工狀態資訊追蹤與紀錄,包含加工處理時間、料件來源、材料真偽、材料加工品質將相關資訊回傳到生產系統中,在銷售環節隨時發現終端產品異狀也可有效評估回收數量與可能導致的損失,而不會完全無參照資訊影響不良品的回收成本。

此外,在生產環節重要的理料、給料、加工、包裝與倉儲、運送等流程,有RFID無線射頻辨識標籤,也可確保產品在交付每個工站過程不會被掉包,同時運送過程更確保產品完整性,而在倉儲轉手或交付時,掌握有價加工成品或半成品的去向與儲存場所,進而降低生產原料或成品料件管理不彰或被盜風險。

IIoT進行大量監控分析  快速部署產線不同製造需求

而對IIoT應用來說,將自動化生產系統各個生產環節產生的大量監控、分析與感測數據,亦不宜直接匯整在生產現場終端設備,必須有效利用雲端技術將生產資訊傳至雲端或是後端服務進行資料處理分析,透過先進資料分析與整理,可用於生產加工設備的系統化自動檢測程序,縮短生產設備整備耗費的時間與成本,讓產線隨時都能快速因應生產項目變化,快速反應生產流程與需求條件變更。

而要銜接整個從感測終端、生產現場資料彙整與串聯傳送到雲端獲後端資料系統重責,就必須仰賴傳統工控網路的現場總線與各種IIoT的有線?無線網通技術支援,包含高速乙太網路串聯整個應用網通系統。

隨著各種製程加工設備越來越智慧化,網路連接要求也回對應提升,前述提到這類網通技術,最終都會透過相對穩定、高速的乙太網路進行彙整實踐其連結性,例如導入高速GbE乙太網路,或針對相關網路導入兼具效能與功耗優化網通方案,甚至在架構整體IIoT也需要一併考量整體網通架構的安全要求,避免重要生產資訊透過IIoT網通機制外流。

除了因應IIoT智慧化、可追蹤物件等需求外,其實工業生產系統更重視的是系統時脈的同步精密度,以高速包裝產線為例,整個包裝工序可能會以極高速進行產品包裝程序,包裝內容物可能是食品也可能是高價IT產品或零組件,此時包裝工序為採極高速處理加工,若自動化產線中間有幾個環節出現同步問題,就可能損及包裝料件的完整性,甚至造成嚴重的工安問題。

透過IIoT同時處理不同製備設備的同步要求,製備設備間也可透過IIoT的M2M機制了解整個產線的設備運行狀態,確保當發生不同部或某製備設備故障時,及時暫停生產流程降低故障損失。

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