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WISE-4000 無線設備到雲解決方案為中小型金屬加工廠創建了輕量級的工廠設備管理系統

2021/5/18
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專案概述

透過工業物聯網(IIoT)技術的導入,例如感測器、網路基礎設施和雲平台,製造業已經能夠實現設備聯網、設施監控以及其他工廠管理應用。然而,要在大多數現有的生產線和工廠環境中鋪設新電纜相對困難,因此要為新增加的監視和聯網設備騰出多的空間也更具挑戰性。 

對於中小型製造工廠,如果要導入工廠設備管裡系統需要購買高額的硬體與軟體,而如此大的投資也成為大多數中小型企業無法跨越的門檻。 此外,如果系統整合和後續的維護管理流程過於複雜,那麼對於資源有限的供應商他們更傾向於以改進其當前系統成為他們進入物聯網的第一步。 

有鑑於此,研華使用WISE-4000系列無線I/O模組和無線感測器節點,為希望導入設備管理和設備監控系統至現有運營中的中小型工廠創建了輕量級的IoT解決方案。 WISE-4000系列除了提供許多其他功能外,還提供了數據收集、數據紀錄、數據預先處理和IIoT雲端連接工具。該系統的優勢包括其迷你的尺寸、易於安裝以及無須設置數據傳輸線和閘道器即可實現雲平台的整合。這不僅降低了系統架構的複雜性,還解決了許多加工廠想導入IoT應用時遇到的許多問題,從而使製造商可以更輕鬆的完成升即和轉換。

系統需求

日本一家專門製造汽車金屬零件的製造商提供的服務包括產品設計/開發、模具製造、沖壓和組裝。儘管該公司可以透過其精密加工技術批量生產優質的產品,但他們還是積極開發新的加工方法來製造各種類型的零件。但是在生產線上,他們的操作模式依然使用傳統的手動記錄方式,並要求作業員在輪班結束前將記錄在紙上的生產訊息複製到電腦系統中,這不僅耗時,而且還可能產生人為錯誤,從管理的角度來看,這也代表他們無法獲取即時的工廠生產狀態訊息,只能等待生產線的定期報告。 這也使管理人員幾乎不可能獲得有關設備的利用率或材料狀態的準確數據,因此,他們只能根據過去的經驗進行工作排程。 即使他們希望提高生產效率,但由於他們無法獲取準確的參考數據,因此很難確定從哪裡開始。 

由於這些原因,金屬加工廠決定透過整合通信和物聯網技術來提高工廠設備管理的透明度。除了能夠獲取有關關鍵生產設備的實時訊息之外,該解決方案還必須能夠實時監控工廠內部的各種設備。在評估了工廠的可用空間,系統建設成本和人力資源之後,該公司決定使用無線傳輸來收集數據的解決方案。此外,為了加快導入的過程並節省開發自己的雲系統的成本,該公司還決定採用Microsoft的Azure公共雲平台。最後,該解決方案必須具有可擴展性,以便將來可以輕鬆調整或擴展系統功能。

系統描述

大多數現場設備是沒有PLC的沖壓機或是沒有開放通信端口的封閉系統。根據設備的不同情況,研華的WISE-4000系列和EKI-6332GN Wi-Fi連接點採用了多個IoT無線I / O模組,以滿足金屬加工廠將生產設備聯網的需求並能夠監控設備和整體設施。關於建立與生產設備的連結性,客戶的要求是能夠收集有關130台沖壓機執行的沖壓數量的統計訊息。因此,每台裝了WISE-4050 Wi-Fi IoT無線I / O模組的沖壓機,都能達成非介入又能全面性的收集設備各項數據。首先透過WISE-4050模組從每台設備收集到的數據上添加時間戳,然後執行一系列過程,包括數據加密,格式轉換和雲身份驗證。 然後,數據通過HTTPS上傳到Azure IoT中心,在Azure IoT中分析設備運行狀態資訊,或使用可視化工具(如Power BI)根據客戶需求將數據作為自定義的報告呈現。利用這種方式,管理人員將能夠通過Azure雲平台管理所有類型的訊息,例如單個沖壓機執行的沖壓次數,處理每個工件所需的時間以及機器啟動/關閉的時間。還可以通過使用透明的生產流程來安排生產工作訂單,以提高設備利用率並穩定生產線平衡率。   

由於預先整合,WISE-4000系列無線I / O模塊可以直接支援Microsoft的Azure IoT中心。在此系統內,不須讓電腦充當閘道器或編寫數據轉換程式,因此與系統架構相關的整體複雜性和硬體成本均大大降低。就帶時間戳的數據記錄器和斷點恢復功能而言,即使網絡連接不穩定,也可以先將數據臨時保存在本地模組中。 一旦網絡連接恢復,就可以將數據上傳到雲端,以確保數據的完整性和準確性。儘管金屬加工廠的要求是每秒發送一次數據,但沖壓機在非生產時間內可能處於閒置狀態。因此,透過修改WISE-4000模組中的數據上傳設置,僅當機器狀態發生變化時才可以傳輸數據,從而節省了網路頻寬。此外,如果因為收集大量數據而導致網路頻寬不足,則可以通過Web界面修改設置,以便可以將帶時間戳的數據臨時存儲在模組內部。 然後,一旦滿足數據累積標準,所有內容將一起上傳。 

產品使用

  • WISE-4050: 4通道數位輸入和4通道數位輸出IoT無線I / O模組
  • WISE-4051: 帶有RS-485的8通道數位輸入IoT無線I / O模組
  • WISE-4060: 4通道數位輸入和4通道繼電器輸出IoT無線I / O模組
  • WISE-4012: 4通道通用輸入和2通道數位輸出IoT無線I / O模組
  • WISE-4220-S231: 內建溫濕度感測器的Wi-Fi IoT無線感測器節點
  • EKI-6332GN: IEEE 802.11b/g/n Wi-Fi AP/Client

系統架構

結論

實現透明的智能工廠管理不僅僅可以給大型製造商帶來更多好處,傳統的中小型工廠的生產線也可以透過使用輕量級的IoT系統架構升級成智能設備。在這樣的系統中,能夠自動收集數據的外部設備可以用來代替傳統的手動讀記錄數據的方法,從而使操作員可以全面了解工廠內各個設備的運行狀態。 通過使用研華的雲端IIoT解決方案,可提供無線網路傳輸並節省硬體建置成本,從而使客戶能夠完全控制其生產狀態並提高運營效率。引進研華解決方案的當月,金屬加工廠的沖壓機利用率比去年增長了26%。除了提高生產能力外,該系統還使管理人員能對工廠的生產狀況進行精確控制。這允許客戶優化生產並制定訂單驗收政策,從而確保按時交付產品以提高客戶滿意度。該案例研究是一個成功的例子,表明即使是中小型工廠也可以跨越門檻,將自己轉變為智能生產設備。