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研華串聯地、邊緣及雲完整方案,為鋼鐵工廠打造AI設備監診雲端平台

2019/8/15
國際知名的台灣鋼鐵企業,有感於設備故障診斷的低預測性,產線停擺僅能被動進行補救,加以資深設備維修管理人員其專業及經驗難以傳承,決定投入設備監診雲端化;期望透過WISE-PaaS雲端數據平台、大數據分析、AI人工智慧 ( 震動分析之機器學習) 等技術,來完善設備維護、瑕疵檢測及預防診斷,以智慧數位化補強人力不足,提升生產及管理效率。
以傳統工廠的設備故障診斷而論,主要借重資深的設備維修管理人員,仰賴他們發現問題、或設備出現問題再排修,基本上算是被動補救的做法;只因一旦設備故障導致產線停擺,讓企業蒙受可觀損失,即便後續修復速度再快,也消弭不了這筆損失。  

著眼於此,不少企業規劃建置設備診斷雲端平台系統,期望讓管理人員對所有設備運作狀態瞭若指掌,在故障前夕儘速進行必要處置、遏阻問題發生,此外藉由分析歷史資料對設備執行狀態檢測,以延長設備使用壽命。台灣某國際知名的鋼鐵企業正是案例之一,有感於產線上的設備位於惡劣環境,異常狀況變化大。於是啟動設備監診雲端化專案,希冀利用雲端平台、大數據分析等技術彈性面對多變的異常狀況,以提升生產及管理效率。

該鋼鐵企業審慎評估,認為研華提供的方案涵蓋地端、邊緣端與雲端,內容相對完整,且擁有一定彈性空間,便於該公司日後執行二次開發,將自身服務能量疊加於系統,加上研華負責技術支援的 WP.SENSE (WISE-PaaS Solution Enabling Services)團隊、對系統的掌握度甚高,因而擇定研華的解決方案,藉此建構設備監診私有雲端平台示範線。
具體來說,該鋼鐵企業設定的建置目標共有五項,一是建立標準化資料上傳機制,提升資料存取多元與相容性;二是規劃機器學習標準作業流程,提高設備診斷正確性;三是導入可視化儀表板,提高資料解讀性;四是導入邊緣智慧運算技術,提高警報即時性;五是導入模組化軟硬體架構,提高系統的可擴充性。

立足 WISE-PaaS,完美整合設備監診管理、AI 模型生命週期管理機制

基於上述目標,該鋼鐵企業在設備監診私有雲中規劃三個子架構,其中「邊緣智能」以研華 Smart Machine Box (SMB)為核心,兼負資料擷取、地端運算處理等任務,而 Smart Machine Box 由工業電腦 MIC-7500 搭載 8 通道高精確度資料擷取卡 PCIE-1802 組合而成。其次「IaaS」則奠基於研華的 WISE-STACK-300 私有雲系統。

至於最關鍵的「PaaS」部份,構築在研華 WISE-PaaS/EnSaaS 物聯網雲平台上,而此鋼鐵企業也一舉搭配啟用多項服務,包括透過WISE-PaaS/Dashboard 來創建儀表板,因應現場操作人員、資料建模人員、系統維運人員等不同族群,提供不同的可視化介面;利用 WebAccess/SCADAWISE-PaaS/EdgeSense 集中管理地端與邊緣端裝置,並在異常事故發生時主動推播告警;藉由 WISE-PaaS/APM 建立設備模板與管理配置,可快速擴增至多條不同的產線或廠區上,針對每台設備、每條產線及每個廠區設定事件告警邏輯與報表邏輯;透過 WISE-PaaS/AFS 做線上 AI 模型開發、訓練,並以 AFS推理引擎 (Inference Engine) 將模型部署到 Edge 端設備;另啟用 WISE-PaaS/OTA,滿足遠端軟體更新管理需求。

經由邊緣智能、IaaS、PaaS 聯袂運作,最終形成狀態檢測、預防維護、訊號串流顯示、警報推播等功能,一人工智慧加值的設備診斷雲端解決方案。據悉,本次專案係以涵蓋數百台設備的冷軋工廠為起點,Phase 0 先導入 1 台設備,驗證WISE-PaaS 可否確實發揮監控效果;到了 Phase 1,則擴及 300 個測點,以驗證系統擴充性,假使驗證成功,後續複製速度就會很快。此鋼鐵企業與研華合作下,現已完成前述專案進程,下一步將從 300 個測點擴充至至其他上下游產線,發揮系統高擴容彈性。

值得一提,這次專案深具「共創」效應,一方面協助該鋼鐵企業打造自主可控的設備監診系統,另一方面研華也藉由此鋼鐵企業的需求反饋,連帶為 WISE-PaaS 加入許多實用功能,例如將 WISE-PaaS/SaaS Composer (3D流程可視化) 的畫面刷新速度從秒級提升為毫秒級,或新增支援 RESTful API 以利將警示訊息傳送到內部郵件系統,此外將原本的排隊式訓練改為並發式訓練,以Multi-task 方式提高大量模型的訓練效率。

透過此AI設備監診雲端平台,數據採集至WISE-STACK私有雲端平台後,進行雲端設備管理配置、AI模型的開發、佈署與推理,以及後續設備運維,設備維護人員可即時監控設備狀況,減少因設備故障造成產線停機,提升設備使用的壽命,推進自動化遠端診斷程序及預防維護的功能。

系統架構圖


專案導入

WISE-PaaS Industrial IoT Cloud Platform: 工業物聯網雲平台
Cloud

WISE-PaaS/EnSaaS: 工業物聯網雲平台PaaS服務

WISE-PaaS/APM: 資產績效管理服務框架

WISE-PaaS/AFS: 人工智慧模型訓練與部署服務框架

WISE-PaaS/Dashboard: 數據分析及可視化服務

 WISE-PaaS/OTA: 集中式遠端軟體升級服務

 Edge

 WebAccess/SCADA: 100% 基於瀏覽器的監控暨資料採擷(SCADA) 軟體

 WISE-PaaS/EdgeSense設備連網與邊緣感測管理軟體

WISE-STACK-300: 軟硬整合邊緣智能物聯網私有雲 

Smart Machine Box (SMB): 包含內建第六代Intel® Core™ i處理器的緊湊型無風扇電腦MIC-7500、8通道高精確度的PCI Express資料擷取卡PCIE-1802