工業物聯網中的自動化應用

這個時代市場變化多端，個人化產品的生產量低至一件，快速生產量轉換成為一個關鍵因素。現場層模組化智慧製造提供必要的靈活性，例如閥島或帶內置控制器的運輸系統。

在工業物聯網 智慧工廠 研究專案中，Festo 在達成靈活、模組化且多製造商互聯的機器單元中發揮重要作用。Festo 已在 Scharnhausen 技術工廠達成此目標，企業證明其網路化組裝線的安裝時間，有可能從幾個小時縮短至 13 秒。您只需要一個下午就可輕鬆實施新技術或生產工藝。整個系統的重新部署不再需要三週時間，而只需三天即可完成。

值得注意的是，在工業物聯網中，使用適合的元件進行改裝時，現有系統依舊具有成本效益。製造商或使用者尚需親自為其工藝流程，確定機器介面的規格；相關標準或 VDMA 建議尚未發佈。

能源成本不會自行降低。高效生產的關鍵在於原有的資源和能源效率，其互聯系統可達成。Festo Scharnhausen 技術工廠的生產工作坊是一個很好的範例：藉由出色的隔熱性、熱量回收、滿足需求的壓縮空氣形成方式和其他特性，該工廠達到最高能源標準。

但最重要的是，互聯感測器會監測每台機器的耗能。M2M (機器對機器) 運用透過 OPC UA 自動與製造執行系統 (MES) 通訊，該系統的設定可達到最佳同步效果和防止出現耗能峰值。現有系統使用必備感測器和小型控制系統進行改裝，包括 CPX 電氣接線端子和我們的 MSE6-E2M 節能模組。因此，每台機器需要投資近 3,000 至 5,000 歐元。另一方面，這樣做能為工廠節省約 3 kWh 的電能，也就是說不到三年內即可回收投資成本。在其他客戶專案中，Festo 節能服務所提供的支援，甚至可節省高達 60% 的能源。對於新系統而言，最大的潛力在於其具有成本效益的設計。

工業物聯網的主要優勢是預測性維護，它能夠將計畫外的停機時間縮至最短。iPad 是 Festo 試點專案的基本要素：維修人員不僅可以在其平板電腦上觀看系統發送的錯誤消息，還可提供維修說明、計畫以及元件和備用零件清單。必要時，他們可透過聊天的方式諮詢專家，調取歷史的維修單，以及線上觀看備用零件庫。因此，哪些錯誤消息尚未解決，應優先指派哪位員工，這些問題皆一目了然。

未來，維護活動甚至可進一步擴展，增加累積訂單即時連接和 AR 支援 (增強現實) 等功能。試點專案非常成功，因此我們正在 Festo 的所有工廠中全面推廣該系統。該生產系統的 OEE (設備綜合效率) 明顯提升，員工的工作積極度相對提高，且在不到六個月內即可回收投資成本。

您也可以在工廠內將 AX Smartenance (智慧維護) 移動維護運用，作為數位化維護管理程式使用。

工業物聯網所涉及的部分，全是實際運用。在 Scharnhausen 技術工廠，我們透過靈活、節能和高產量流程，在互聯組裝線上生產閥、閥島、印刷電路板和模組。

E. M. Goldratt 的約束理論 (TOC) 認為，每個價值在創造過程中都會受到約束。展望未來、困難重重、回顧過去，生產設備常常機器空轉。我們的目標是確定並消除現有瓶頸，隨後遇見並解決下一個瓶頸。

我們在 Scharnhausen 技術工廠擴展此種反覆運算的約束理論方法，並創立一個以消除瓶頸為導向的組織。具體而言，該組織的核心是生產週期和交付能力。相關 KPI 包括產量、庫存和營運成本。實際上，所有系統均與工業物聯網互相連接，因此所有相關人員都會在顯示器上收到 MES 線上發送的重要資料，無論他們使用的是獨立的個人電腦、平板電腦或是智慧型手機。

我們和專案合作夥伴均獲得良好成效，例如在金屬加工業，透過面對瓶頸的組織進行需求導向型訂購，整個工廠的產出時間可縮短 56%，單個生產單元的產出時間可縮短多達 90%。

相較於批量生產，流程型生產更加靈活。產出時間短、品質優良且空間需求低。特別是透過整合大量生產，可大幅減少緩衝庫存，且生產管理更加靈活。

具體而言，我們透過完整的流程鏈 (從鋸切到去毛邊、鑽孔和銑削，再到精密加工和表面處理) 在以消除瓶頸為導向的組織框架中達成平準化系統。在技術方面，我們使用 Festo 的智慧移載解決方案並透過 OPC UA 進行 M2M 通訊 (機器對機器)，始終保持機器的運行資料和/或 KPI 同步。如果出現故障，整個生產線可相應下調，因此避免推動任何材料流程在週末或高成本夜班期間進行處理。

在工業物聯網的數位映射下，機器可讀的獨特識別碼至關重要。Festo 已擁有這類識別碼：產品金鑰是一種 QR 碼、資料矩陣編碼或 11 位字母數位編碼，可清楚辨識每種產品。因此，您始終擁有訂單編號、序號、版本號等可靠資料。以上功能都非常熟悉。但產品金鑰還擁有其他功能，例如，它能自動打開正確的使用者文件和 CAD 資料，大幅簡化元件和備用零件訂購流程。藉由這種整合識別碼，維護人員或機械工程師可在工作期間高效且準確無誤地直接開啟正確訂單，即便在複雜閥島和擁有數百個獨立元件的子系統中亦是如此。

Festo 產品金鑰也採用雲端技術，可作為一種存取碼，以供您透過工業物聯網平台使用一種運用設定 (或重新設定) 和管理系統。因此，您可以輕鬆從 Festo App World 獲得最新韌體、更新和服務，並確保安全性。

工單系統的確非常有幫助，但用於流程型生產和以消除瓶頸為導向組織流程的智慧解決方案，可達到更好的效果。

首先，維護人員落實移動辦公室，在場外時也可透過其平板電腦即時線上獲得所有必要的任務和機器資料。在達到瓶頸之前，他們透過應用程式獲得前往下一位置的指示。這可以省去在維護中心和機器之間來回穿梭的時間，對規模較大的企業而言，每週可節省幾個小時。其次，訂單可根據設備使用率、作業狀態和機器輸出等效率標準排序。最後，移動維護、授權維護員工採取行動：在理想情況下，您可以立即透過產品金鑰自行線上訂購備用零件。

在人機介面中，人員起主導作用：ProGlove 看起來像是一隻普通的工作手套，只是手背配有一個條碼掃描器。物流人員透過內置拇指感測器啟動它，用於裝載和卸載時自動建立關於移載物品的數位記錄。此外，它們也能夠取代工作人員的雙手。該裝置用於組裝和手動工作站，速度更快且操作精準無誤。

在 Scharnhausen 技術工廠，我們已大範圍實施這種智慧工廠方法，為組裝設備做標記和編碼，以便工作人員自動移載正確的零件 - 簡單、快速且無誤。同時，我們也以同樣的方式為我們的生產流程建立真正的「數位映射」。因此，我們能以靈活、需求導向且高效的方式控制產量和材料流程。

針對適用於關聯產業的機器和生產資料，我們需要進行整合和整理，使它們易於管理。這是 CPX IoT 閘道的職能所在。工作坊內 10 至 31 種元件和模組，可透過一個安全的 OPC UA 介面即時通訊，具體數量取決於複雜程度。閘道將資料流程轉換成 AMQP (也可能是 MQTT 和其他形式)，以確保其安全性，為雲端連接做好準備。工業物聯網和現代資料分析，提供各種選項供您選擇，從智慧維護到完整的數位映射。

IoT 閘道的預設儀表板可線上自訂，包含附紅綠燈指示的小工具以及預防性維護和工作量控制圖表。例如，它可以立即部署在 MSE6-E2M 節能模組、YXMx 工業機器人或我們的 VTEM 數位控制終端等物理資訊系統內。

實際上，IoT 閘道提供一站式條件監測 (自動報警和可靠的即時故障診斷) 和 Festo Cloud 內大量業務資料分析選項 (趨勢分析、預先警報系統和控制選項)，而能以可靠的 KPI 提高整體系統有效性為基礎。

可靠的 KPI 是每個專家支援系統、每個充分的企業決策和每個有效流程優化的基礎。因此，Festo Cloud 收集並處理所有來自 IoT 閘道的資料，以進行智慧資料分析，無論是以直覺儀表板或是複雜的長期分析形式，皆能明確呈現。

未來，工業企業處理其原有資料的方式，將成為關鍵成功因素之一。現今，雲端提供廣泛的工業物聯網控制和優化功能。Festo Cloud 已直接幫助縮短停機時間，提高設備使用率和整體生產力。此外，生產商和機械工程公司現已致力於篩選和處理雲端機器資料，以建立新業務和收入模型。

工業物聯網不僅是感測器技術 (僅將機器資料傳輸到雲端)。另一方面，真正的物理資訊系統也發揮作用，不僅達成現場控制智慧，亦達成氣動裝置的數位化：我們的 VTEM 數位控制終端輕鬆將工業物聯網的功能加入現有系統。每個閥通過應用程式進行控制，使用者可透過 WebConfig 對其進行程式設計，例如壓力水準、節流、方向控制閥功能、洩漏診斷等。VTEM 數位控制終端明顯為機器和系統製造商提供更多自由，同時簡化氣動線路設計。現今，它所擁有的這些功能，原先需要 50 多種不同的產品或位置才能達成。但最重要的是，氣動也能達成數位化：藉由 VTEM 數位控制終端，您只需透過軟體更改閥的功能，而無需修改硬體。

自動化標記語言 (AML) 是一種資料交換格式，專用於各式各樣的開發環境和廠商中立的工程設計。儘管 XML 的語言最早源自汽車行業，但該開發聯合體將它描述為一種通用的「數位化開創者」。Festo 是 AutomationML 協會執行委員會的活躍成員，與其他知名專家和研究機構攜手致力於標準的自訂、規範化和進一步推廣，特別是在 AutomationML 專案中採用智慧工具 (用於有效和反覆運算開發智慧工廠的工程設計工具鏈)。

AutomationML 並非一種專用格式，而是中立且可擴展的。實際上，隨著 AML 的出現，機械工程設計師的境況相較於家居自動化領域的開發人員有所改善，後者需要處理大量介面問題和各種不相容系統。AML 不僅達成系統規劃資料和可靠文件的交換，也實現即時系統中的系統類比。

在聯邦經濟事務和能源部的支援下，德國電氣電子行業協會的一位下屬開放聯合體，並推出一種適用於 Industrial Internet of Things platform, 框架內工業物聯網的參考框架模型 (RAMI 4.0)，並訂定工業物聯網組件的基本特性。具體而言，輔助開源專案 openAAS (開源資產管理殼) 專注於該等組件的「開源管理外層」。在這種環境下，該協議依據 OPC UA (統一架構)，該架構已應用於所有與工業物聯網相容的 Festo 產品。

實際上，我們的目標是將工業物聯網元件描述為一種多介面封閉系統，從而建立一個數位化副本 - 所有數位映射理念和 M2M (機器對機器) 輔助的基礎。Festo 在此開發過程中發揮重要作用，且首項試點專案大獲成功。

大量資料是由德國聯邦教育和研究部所資助一項合作研究專案的重點，該專案持續至 2019 年之年中。其目標是尋找一些方法，使企業能夠依據工業物聯網生成的資料建立新的業務模型。

在 BigDieMo， 範圍內，Festo 專門負責開發一個擁有多種方法和工具的模組化系統，該系統能以結構化的方式建立以資料為基礎的服務。在這一過程中，我們可以藉由 Scharnhausen 技術工廠的經驗和客戶工廠的測試系統中所獲得的結果。維護一直是 Festo 每個工業元件的核心工程設計要素，因此在預測性維護提供機會之前，維護已成為首要任務。