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  • 工厂自动化系列三:利用「自动化系统整合架构」实现智能化生产

    • 作者: 超级管理员
    • 时间:2023-02-06 13:16:00

    下面这张图是国际自动化协会 ISA-95 与 IEC/ISO 62264 定义的企业与控制系统整合架构,而新一代来自欧盟的 RAMI 4.0,或来自美国 OPAF 规范也是从 ISA-95 衍生,此架构存在历史悠久但尚未被打破,这篇就由企业系统架构来说明自动化系统整合。


    企业与控制系统整合架构


    自动化架构大致上区分 LV0~3 为 OT(Operation Technology;营运科技)层,LV4~5 为 IT(Information Technology;信息科技)层。而随着技术的进步与系统的扩张,各个系统或控制硬件可能不只存在于一层,例如早年 PLC(Programmable Logic Controller;可程序逻辑控制器)多存于 LV1,现在高阶 PLC 已可衍生至 LV2。

    LV5 企业决策层:善用科技提升企业决策与营运

    透过整合企业内各个层级的资料提供企业主或管理者进行决策的支援系统,具代表性的有 BI(Business Intelligence;商业智慧)与 DSS(Decision Support System;决策支援系统),DSS 包含了决策分析、AI、大数据等技术提供管理者最佳方案或是建议方案,例如新款车种上市要放在哪一个营业地点展示,未来一年所带来的预估销售金额等。不过目前能完成企业决策层与控制层连动的公司很罕见,因为表示其工厂实现了工业 4.0 的愿景。

    LV4 企业营运层:掌握营运状况,取得关键信息

    最广为使用的就是 ERP(Enterprise Resource Planning;企业资源规划),以及近几年逐渐热门的 APS(Advanced Planning and Scheduling;先进规划排程系统)。

    ERP 由订单或销售状况等来预测需求,并透过 MRP(Material Requirements Planning;物料需求计划)展开工单与采购单,MRP 提供无资源限制的生产排程,而 APS 则是有资源限制的排程。接着将工单、排程等信息与下层的 MES 或 MOM(Manufacturing Operations Management;制造营运管理)系统整合。

    LV3 制造营运层:串联机台设备,迈向工厂自动化

    制造营运层以下的系统或硬件则多与工厂自动化息息相关。MES 或 MOM 负责承接 ERP 开立的工单,依据工单的成品料号展开加工流程,从各个工作站所需的生产设备、设备生产配方、质量信息、物料等信息,进行生产过程的控管与相关生产信息的搜集,一般可以简单地说,ERP 管头尾,MES 管过程

    LV2 生产程序监控与控制层

    除了常见的 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition;资料搜集与监控)监控整厂环境,如管线流量或设备参数等数据。在自动化整合当中有一个重要环节为 EAP(Equipment Automation Program;设备自动化程序)或 BC(Block Control;整线控制),由于 MES 与 RMS 并不直接与设备进行通讯,因此 EAP 或 BC 需要担当桥梁(中介层)的任务并且须具备设备通讯功能以及一部分的控制流程,分担 MES 的负荷,常见的标准通讯有半导体业的 SECS/GEM(SEMI Equipment Communication Standard/Generic Equipment Model;半导体设备通讯标准/共享设备模型)、OPCUA(Open Platform Communications Unified Architecture;开放平台通讯统一架构)、TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol;传输控制协定/网际网络协定)、MSMQ(Microsoft Message Queue;微软讯息队列)、RabbitMQ(讯息队列服务软件)以及 PLC(Programmable Logic Controller;可编程逻辑控制器)等等。

    LV0 与 LV1 实体设备层与感测控制层

    这部分多为硬件本身,如马达、CNC(Computer Numerical Control;计算机数值控制)控制器、CNC 机台、SMT(Surface Mount Technology;表面黏着技术)、量测设备、传感器、讯号撷取卡、HMI(Human Machine Interface;人机界面)等等,多以满足硬设备独立功能与封闭式控制系统为主,因此要确认设备本身的通讯能力是否可满足自动化整合的需求,例如设备是否具备相关通讯能力以及通讯方式,而且现今仍有些设备是无标准对外通讯功能,只能以改机等方式进行整合,且此种方式往往无法进行弹性生产,无法沟通的设备也只能维持人工输入资料的模式。