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打造智能工厂不可或缺的关键元素

A key element in creating a smart factory

作者:Anthea Chuang, EE Times Taiwan, Mar. 12, 2019 – 

工业4.0 (Industry 4.0)是为提升工厂生产效率与工作环境安全而生,这个议题已受到相当大的重视,包括半导体、电子、网通、信息技术(IT)…各产业都纷纷摩拳擦掌迎接新的市场商机。然而,市场专家与分析机构也提出智能工厂的建置可能没有想象中简单,这当中将须面临诸多挑战,为解决建置智能工厂的难题,组件与网通业者各利用其专长的技术,来协助业者打造真正的智能工厂。

传感器+通讯+控制=智能工厂标准架构

无论是传统工厂或是新建厂房,要实现智能工厂时,通常会问:智能工厂标准或是基本架构是什么?德州仪器(TI)系统暨应用经理Matthieu Chevrier表示,根据市场逐渐建立起的「共识」,工业4.0已有一套标准架构正在发展,亦即透过传感器+通讯+控制这三大块建构智能工厂。其中,在通讯部分,时间敏感网络(Time Sensitive Network,TSN;又称时效性网络),已成为基于IEEE之下的工业4.0相关网络新标准,即使标准仍未完全底定,但在缺乏统一通讯标准的工业4.0应用市场中,TSN未来将可望成为主流。

以太网络是现有的工业通讯标准之一,也是长久以来工业环境所采用的有线通讯技术,TSN标准定义了以太网络上时间敏感的机制。因此随着工业环境要传输的数据量逐渐增大且对于实时性的要求越来越高,以太网络本身的传输能力也将与时并进,不但需要逐渐将铜缆汰换为光纤,还得具备很强的抗噪声干扰特性,才能满足工业市场的需求。

而在传感器与控制器方面,使否具备统一标准可能意义不大,因此利用适合、依据所需选择所需感测组件,以及控制器是否支持TSN或其他统一标准,将是业者主要的考虑之一。Chevrier举例说明,工业3.0演进到工业4.0最重要的目的就是提升人机协作的安全性。在工业3.0进化过程中,机器人因无法及时感测和反应,在工业安全性的问题考虑下让人机合作的发展受限,以至于机器手臂只能在围栏工作,自动导引车(AGV)也只能在定区域工作,仍多少影响产能的提升。而透过新的传感器技术,可让机器人具备更实时的反应与提早预测人类行动,甚至能在人群中更直觉辨识人类动作进行实时调整,将可建造更安全及可靠的人机工作环境,并使人机工作更加和谐、进一步提升生产效能。

针对智能工厂传感器、处理器与通讯技术的衍生的需求,德州仪器针对这三大领域分别推出了可侦测到环境中人员呼吸、打字等微小动作的毫米波(mmWave)传感器;支持TSN的Sitara AM6x处理器,以及两款新的以太网络物理层(PHY)收发器。Chevrier指出,新的以太网络PHY收发器中,一款为低功耗、小尺寸且传输距离可达150公尺的 10/100Mbps以太网络 PHY;另一款则是支持铜缆和光纤媒介,且传输速率可达GB等级的以太网络 PHY。

打造衔接工厂内部与外部的整体网络架构

事实上,智能工厂的建置相当复杂,考虑了传感器、处理器与通讯技术之后,业者需要进一步思考如何将这些部分串联解起来。众所周知,智能工厂的传感器数量势必相当众多,各个生产设备彼此间,或是机器与中控中心之间,以及中控中心到云端管理、分析中心,都需要相互连结。然而如何有效建立一个完整、高效且安全的网络架构,对业者而言,是一项大挑战。

诺基亚(Nokia)大中华区总裁马博策(Markus Borchert)表示,新兴工业4.0应用需要无缝链接的网络系统,且由于边缘运算概念的兴起,使得最前端的生产设备也都开始智能化,因此网络系统必须能在跨产业的机械、工具和设备等多种类型的资产中,具备感知、分析、优化及控制关键属性与行为的能力。因此诺基亚先前推出的Future X for industries策略架构提供各大产业开放、网络互连,可加速协助企业实体资产的自动化。


Future X for industries架构。

(来源:诺基亚)

马博策认为,Future X for industries包括业务应用层、数字价值平台层、多云层,与高效能网络层,涵盖网络、应用、管理、云端…等工业网络关键需求,还加上强大的安全功能,将可让企业数字化的脚步走的更稳当,进而落实工业4.0、提升整体生产力。

此外,看好即将到来的5G通讯技术将为工业市场带来新应用商机,因此Future X for industries也已支持5G通讯技术。

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