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「成本不到四千元」傳統機械業者用樹莓派自造機聯網裝置

俗稱樹莓派的Raspberry Pi麻雀雖小卻五臟俱全,因此也成為製造業者自行動手開發機聯網裝置的好工具。Raspberry Pi

自己打造智慧工廠,聽起來是多麼遙不可及的事情,但在近年來開放式硬體模組快速發展,不管是在硬體或軟體上都以開源方式,降低自行開發產品的門檻,因此也意外讓製造業者以創客(Maker)角色跨入自主研發智慧製造方案的行列。沖壓設備大廠金豐機器成立至今走過70年歲月,可說是一間名副其實的「老工廠」,其在舊設備升級的計畫上,就透過樹莓派成功開發機聯網裝置,自主開發智慧工廠。

俗稱樹莓派的Raspberry Pi,是一種低成本的微型電腦,原先使用於教育用途,並非運用在物聯網開發,但因為價格大約僅有新台幣1,000元,加上體積輕便,電腦該有的基礎功能都有,反而意外成為全球自造者們發揮創意,實踐想法的好材料。老牌沖床大廠金豐機器在轉型智慧工廠的過程中,第一步也是先從蒐集數據開始,而由於節省成本、開發門檻低,因此他們也透過樹莓派搭配感測器的做法,自行開發能夠蒐集機台數據的裝置,成功讓廠內的舊設備聯網。

許多製造業者不敢冒然投資智慧製造的原因,絕大多數是因無法預期效益,因此有的業者就會先利用既有資訊與設備,對容易取得的成果先收割。金豐機器資訊部經理凃佑達率領團隊,自2015年開始進行這項舊設備改造的計畫,也是基於此想法,決定先從小投資開始著手,而為了節省成本,在不考慮市場現有的解決方案下,團隊便嘗試透過第二代樹莓派(Raspberry Pi 2)這樣的開源硬體裝置自行開發。

負責舊設備改造計畫的是金豐機器的資訊部門,由於過去主力在於維護企業內部如ERP的資訊系統,並不擅長做硬體開發,因此對於團隊來說,這項任務其實並不簡單。2012年正式發布的樹莓派,因為價格便宜、體積輕便、低耗電,加上該有的基礎功能都有,例如具備I/O接口便於與各種感測器連結、具備Wi-Fi和藍牙也讓通訊傳輸非常方便,樹莓派因此逐漸受到創客與工程師們青睞,並透過專案分享累積成龐大社群能量,生態系相當完整,凃佑達表示,即便在2015年台灣尚未有過多介紹時,國外就已經有非常多人使用,因此找到教學資料並不難,樹莓派反而成為團隊容易上手的開發工具。

樹莓派僅有一張信用卡大小,但比起市場常用的工業電腦,不僅同樣具有一般電腦該有的功能,也可支援Windows與Linux跨平台作業系統,可謂「麻雀雖小,五臟俱全」。凃佑達表示,團隊一開始便透過Java自行撰寫程式,透過I/O介面與機台溝通,進一步蒐集來自機台感測器取得的數據,最後透過Wi-Fi將這些數據回傳到後端的資料蒐集平台進行後續分析。

軟體工程界常會說「不要重新造輪子(Don't reinvent the wheel)」。因為軟體具有容易複製、穩定、發布便利的特性。因此在期望以低成本和不重複打造輪子的情況下,開源軟體便成為可善加利用的選擇,凃佑達表示,在開發過程中,有賴於樹莓派的開放性,團隊使用開源系統和豐富的自由軟體來開發,也因此大幅降低額外投資成本,而在透過樹莓派取得初步成功後,金豐機器在發展智慧製造的過程中,便開始大量使用各式開源套件,時至今日也是如此,現在工廠內大部分的資料蒐集,也是由此發展而來。

而除了開發裝置,如何順利與設備溝通也是整個計畫中的重點。凃佑達回憶,由於過去資訊人員懂得寫程式,但對硬體開發一竊不通,甚至以為只要插上網路線,機台就能聯網,然而OT與IT的環境雖然走向融合,但本質與底層架構並不相同,團隊為此也從頭開始學習,利用工研院開辦許多現場總線(Fieldbus)課程,來熟悉工控網路的各種通訊協定。且由於金豐本身就是設備廠,因此研發部門、售服維修部門,甚至工廠內的電氣配線單位都成了團隊學習討教的對象。

歸功於樹莓派的低成本開發,團隊得以降低許多投資成本,凃佑達透露,包括不到1,000元的樹莓派開發板,以及團隊自行從電商平台購置的感測器與其他週邊配備,除去自行開發的軟體程式,所有硬體成本加總不到新台幣4,000元。而隨著第一台聯網裝置的成功,當年金豐機器便順利在廠內部署20台由樹莓派開發的聯網裝置。

凃佑達笑說,雖然初期外界質疑不到千元的開發裝置究竟能夠發揮何作用,但令人出乎意料的是,使用至今廠內僅有2台故障,也證實了樹莓派的可行性。凃佑達表示,一旦智慧工廠需要增加硬體設備,仍會以樹莓派為優先考量,如運算能力不足再考慮工業電腦,因此目前工廠內超過九成的資料收集器都採用樹莓派,現在在金豐的工廠中,就配置了約30個Raspberry Pi 2,持續蒐集機台上的生產數據。


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