科技未來,如果成真?|一分鐘講堂:感測器助力工廠邁向工業 4.0,ADI 掌握狀態監控 CbM 技術提升海水淡化廠營運效益

2020.12.02 04:00PM
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照片中提到了feat.糖流渡、一分鐘講堂:、One Min. Lecture,跟模擬設備有關,包含了模擬設備、人類行為、生物、產品、字形

產業轉型是國家維持競爭力的關鍵,許多國家的 GDP 很大比例由製造業所貢獻,因此工業 4.0 引領的流程創新,近年在製造產業受到相當大的關注。事實上,工業4.0 又被稱為「第四次工業革命」,以「智慧製造」為架構,整合了物聯網、數位化、雲端、AI 等多項前瞻技術。

過去探討工業 4.0 主要聚焦於工廠的營運效率,藉由數位化技術,讓產線的現場管理績效大幅提升,甚至透過導入機器人/機械手臂取代人力以減少成本。從有些案例更發現到,工業 4.0 帶來的效益,不僅優化製程,更能善用先進的狀態偵測技術(CbM),守護地球資源。

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「數據」是工業 4.0 的核心資產,感測器成為工廠蒐集資料的管道來源

「數據」是工廠升級到工業 4.0 過程,最重要的元素之一。因為透過數據,工廠的管理者可以掌握工廠營運資料(OT)並搭配數位化資訊(IT)平台,加以洞察工廠的實際運作情況。根據 ADI 物聯網系統研究中心副主任 Kaibo Liu 指出:「從製造過程當中,蒐集更多第一線的營運數據,利用這些即時數據,在更多方面擬定維護計畫、調整機台設定的實時決策。」

然而,要掌握工廠的關鍵數據,內部就需要各種不同的「感測設備」,至於感測器在工廠內,能提供以下多元功能:
1、監測目的---聲波、力學感測器,可偵測機台異常聲音、震動,來預先判斷設備是否故障可能性,避免產線突然停止衍生的損耗。
2、效率目的---力學感測器結合光學感測器,偵測設備運作的軌跡、扭力,並且讓機器手臂或自動化設備更順暢偕同運作。
3、安全目的---工廠內還可導入熱影像、溫濕度、壓力、氣體感測器,偵測管線及設備是否有數據異常,以降低工安意外。

由此可見,感測設備能在許多方面,進行物件辨識以及因應機台異常狀況,提供系統之間的溝通訊息,可以說是在工廠內實現「虛實整合系統」(Cyber Physical System)的核心角色。

ADI 深耕感測器技術,搭建感測網路後更強化物聯網通訊

感測設備品質的好壞,將影響資料的精準度及功率表現。身為半導體晶片領導廠商ADI(Analog Devices, Inc.),在感測技術上,當然有其發揮的舞台。ADI 致力推出功耗更低的感測解決方案,協助工廠部署最新的「狀態監測」(CbM)技術,監控特定設備或零件的健康狀況。

狀態監測的感測器可以識別、診斷和解決機台異常,即時監控的特性,能幫助設備延長使用壽命。根據統計,如果工廠突然因機台故障而停機,耗損的成本將占總體營運成本的 1/4。換言之,導入狀態監感測器後,工廠能預先掌握設備的健康度,大幅節省製造過程所損耗的成本。

當感測設備產生數據後,後續要把這些資料透過網路傳輸到工廠的資訊平台,這時就需穩定又順暢的無線通訊網路。ADI 對此也有相關方案協助,例如即時確定型乙太網路交換機,以及乙太網路標準之一的時效性網路(Time Sensitive Network) 通訊應用,克服現有網路缺陷。這項技術等於在工廠構建一套中樞神經系統,讓每個感測設備不受通訊協定限制,彼此能相互串聯溝通,真正實現萬物聯網的情境。

另外,ADI 的感測晶片還肩負其他重要任務,也就是確保邊緣感測設備所產生的資料,即時傳輸給工廠中的其他機台,同時建立安全網路,抵抗設備聯網可能衍生的資訊安全威脅。ADI 全球銷售與數位行銷資深副總裁 Martin Cotter 強調:「邁向智慧工廠的下一步,就是在工廠各系統之間建立即時、高頻寬連接,提升產線的效率讓工業流程大幅優化。」

工廠成功案例:打造 ADI OtoSense 平台,有效監測海水淡化廠高壓泵設備

上述探討聚焦理論,在現實中的實務應用情況呢?ADI 就與丹麥創新企業 Danfoss 合作,將狀態監測應用到海水淡化廠,期望提早預測機台故障的可能性,協助提升海水淡化的運作流程。事實上,根據聯合國報告, 2025 年約 18 億人口生活在水資源缺乏的區域,因此 Danfoss 看準 ADI 在半導體晶片掌握開發、設計專業的優異技術,相信透過 ADI 的優勢,將能對海水淡化廠帶來更多效益。

ADI 在理解海水淡化流程之後,開發 ADI OtoSense 平台並將此解決方案導入到海水淡化廠,協助 Danfoss 踏上工業 4.0 之旅。ADI OtoSense 平台就是採用狀態監測技術,100% 檢測、監控工廠內的高壓泵設備(高壓泵是海水反滲透處理系統的核心)的聲音、振動、壓力、電流、溫度等指標,以及產線其他裝配機台,更迅速累積機器數據,確保整套系統健康度。

ADI OtoSense 平台除了監控,還包含 AI 運算的功能。例如自動檢測海水淡化設備之後,藉由大量、即時數據拋給平台上的 AI 元件進行機器學習。接著 AI 模型將針對機台的健康狀況進行評分,若分數低於目標值,後續針對可能故障的元件發出訊號通知。如此一來,海水淡化廠就能維持營運品質,持續創造更高生產力。

ADI 為工廠創造多項營運效益,為下一代打造適合生存的地球

ADI 的監測技術方案除了為工廠帶來營運效益,長期而言,ADI 更期望發揮技術優勢,為下一代創造友善的生存環境。

以能源消耗為例,ADI Otosense 在能源測試的運行速度提升 23%,也就是用更少能源,就能達到過去預期的監測目標。而 ADI Otosense 未來更希望把運行速度再提升到 50%,減少更多能源。另一方面與能源有關的就是碳排放,ADI 的 CbM 技術可望幫助製造、運輸等產業減少 15%碳排放量,相當於 2030 年溫室氣體排放量減少目標的三分之一。

隨著工業 4.0 所帶來的效益更加明顯,對於台灣製造業者,現階段最需要的策略,就是勇於投資,在工廠內全面佈建像是 ADI 所打造的狀態監測感測設備,推動工廠邁向自動化階段,為之後的智慧製造場景超前部署。一方面享受工業 4.0 的優勢;另一方面改善地球環境,製造廠商攜手 ADI,一次實現雙重願景創造雙贏。
 

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