Key Technologies for Smart Factory_megatech

Key Technologies for Smart Factory (Industry 4.0)​

Source: MEGA Tech Magazine, Jul-Aug'18

ด้วยความก้าวหน้าทางด้านการพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิคส์และไฟฟ้า รวมไปถึงเทคโนโลยีสารสนเทศและเทคโนโลยีการผลิตที่ทันสมัย วิธีการผลิตในอุตสาหกรรมจึงมีถ่ายโอนให้อยู่ในรูปแบบของระบบดิจิตอลอัจฉริยะมากยิ่งขึ้น ในอุตสาหกรรมยุคใหม่จะรวมเอาเทคโนโลยีเสมือนจริงในรูปแบบของ Cyber-Physical System (CPS) ที่กำลังเกิดขึ้นในปัจจุบัน ความท้าทายและความต้องการใหม่ๆที่เกิดขึ้นส่งผลดีต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมที่ทำให้อุตสาหกรรมแบบเดิมๆเริ่มมีบทบาทน้อยลง ดังนั้นเทคโนโลยีการผลิตอัจฉริยะเป็นหนึ่งเทคโนโลยีชั้นสูง ที่ประเทศชั้นนำทางด้านอุตสาหกรรมได้ให้ความสนใจเป็นอย่างมากตามที่ได้มีการกล่าวไว้ใน Europe 2020 strategy, Industry 4.0 strategy และ China manufacturing 2025 หรือแม้แต่ในสหรัฐอเมริกาเองก็ได้มีการเร่งให้เกิดการปรับเปลี่ยนรูปแบบการผลิตในอุตสาหกรรม และรูปแบบสายการผลิตเพื่อนำไปสู่การผลิตอัจฉริยะที่ได้รับความสนใจและจะส่งผลกระทบในเชิงบวกได้อย่างยั่งยืนต่ออุตสาหกรรมทั่วโลกในอนาคต

 

ในการทำงานของโรงงานอัจฉริยะจะมีการใช้ IIoT (Industrial Internet of Things) เป็นศูนย์กลางในการรวบรวมข้อมูลและอุปกรณ์พื้นฐาน ซึ่งมีผลทำให้ระบบการผลิตมีความสามารถในการรับรู้คำสั่ง เชื่อมต่อสื่อสารกับผ่านโครงข่าย และจัดเก็บข้อมูลต่างๆทั้งหมดที่ได้จากการผลิต การวิเคราะห์ข้อมูลและตัดสินใจจะถูกนำมาใช้ในการควบคุมและกำหนดเวลาในการผลิตในแต่ละอุปกรณ์ได้อย่างเหมาะสม และสามารถควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ภายในโรงงานผลิตอัจฉริยะได้อย่างเหมาะสมอีกด้วย นอกจากนี้การให้บริการผ่านทางอินเตอร์เน็ตเพื่อใช้ในการจำลองแหล่งผลิตจาก ข้อมูลเดิมไปจนถึงข้อมูลจากแหล่ง คลาวด์เซิฟเวอร์ (Cloud Server) ซึ่งจะทำการควบคุมการทำงานทั้งหมดผ่านผู้ปฏิบัติงานถือเป็นความร่วมมือในระดับโลกของการผลิตอัจฉริยะที่มุ่งเน้นในตามความต้องการที่ขับเคลื่อนตลาดการผลิตในปัจจุบัน ดังนั้นโรงงานอัจฉริยะต้องอาศัยกุญแจสำคัญทางด้านวิศวกรรม 3 ประการอันได้แก่  Interconnection, Collaboration และ Execution ดังแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งแสดงให้เห็นสายการผลิตโดยรวมในโรงงานอัจฉริยะที่แบ่งออกเป็น 4 ส่วนคือ Physical resource layer, Network layer, Data application layer และ Terminal layer โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเปลี่ยนแปลงโรงงานให้เป็น โรงงานอัจฉริยะ (Smart Factory) โดยต้องอาศัยเทคโนโลยีเป็นหัวใจสำคัญในการพัฒนาในแต่ละส่วนของกระบวนการผลิต

 

ดังนั้นสิ่งที่สำคัญอย่างมากในกระบวนการเหล่านี้นั้นคือการนำหุ่นยนต์เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งใน ระบบอัจฉริยะทั้งหมด พร้อมด้วยข้อแนะนำที่น่าสนใจหลายประการ ตัวอย่างเช่น

 

 

  • จากหน่วยการผลิตแยกส่วนแบบโมดูลาร์ปรับเปลี่ยนเป็นการผลิตชิ้นงานร่วมกันโดยมุ่งให้เกิดการทำงานตามแผนงานและกลไกการทำงานพร้อมกันทั้งระบบ ก่อให้เกิดเป็นระบบโมดูลอัจฉริยะ นอกจากนี้ควรคำนึงถึงความไม่เข้ากันของการปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อระบบอีกด้วย
  • ฟังก์ชันของหน่วยการผลิตแบบโมดูลาร์ที่แดกต่างกันอาจเกิดความซ้ำซ้อนในการผลิตผลิตภัณฑ์บางประเภทดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องสร้างโครงการ combinatorial เพื่อหาจุดที่เหมาะสมหรือไม่เหมาะสมร่วมกัน
  • แต่ละหน่วยการผลิตไม่เพียงแค่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการผลิตของผลิตภัณฑ์ได้เพียงอย่างเดียวเท่านั้น แต่ยังต้องสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของโรงงานอัจฉริยะ (Smart Factory) ด้วยตัวเองได้อย่างอัตโนมัติอีกด้วย
Hierarchical architecture of smart factory_megatech

FIGURE 1: Hierarchical architecture of smart factory​

ใช้เซ็นเซอร์พิเศษชนิดต่างๆเพื่อรวบรวมข้อมูลในพื้นที่การผลิตซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้โดยปกติจะมีความเป็นอิสระซึ่งกันและกัน ซึ่งมีผลทำให้ข้อมูลที่เก็บรวบรวมมาไม่เหมือนกันจึงให้คุณภาพของข้อมูลไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นการนำอุปกรณ์อัจฉริยะอินเตอร์เฟซเพื่อการสื่อสารเชื่อมต่อเข้ากันกับชุดของโปรโตคอลการสื่อสารจะสร้างความสม่ำเสมอให้คุณภาพของข้อมูลที่ดีกว่า ทั้งนี้ควรใช้งานร่วมกับ OPC, Open Database Connectivity (ODBC), RS232, Dynamic Data Exchange (DDE) เป็นต้น ซึ่งระบบเหล่านี้จะใช้ในการเชื่อมต่อระบบควบคุมต่างๆ อาทิเช่น ระบบควบคุมดูแล และ Data Acquisition (SCADA), Distributed Control System (DCS) และระบบควบคุมกระบวนการผลิต (PCS) นอกจากนี้อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลควรตั้งค่าได้ง่ายต่อการนำไปใช้งานและอินเทอร์เฟซควรยืดหยุ่นและปรับขนาดได้อย่างหลากหลาย แหล่งผลิตควรสนับสนุนการเก็บรวบรวมข้อมูลที่ละเอียดเพียงพอที่ทำให้ระบบสามารถเข้าใจและมีข้อมูลการผลิตได้ทั้งกระบวนการ ดังแสดงในรูปที่ 2 สถานะการทำงานของอุปกรณ์คล้ายคลึงกับการเต้นของหัวใจของมนุษย์ ระบบการจัดการด้านสุขภาพอุปกรณ์ซึ่งขึ้นอยู่กับสถานะของอุปกรณ์ที่ได้รับการตรวจสอบที่ในรูปแบบของ "เครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (EGC)" จะทำให้สามารถคาดการณ์ความล้มเหลวที่จะเกิดขึ้นของระบบและจัดการบำรุงรักษาเครื่องจักรและอุปกรณ์ที่จำเป็นล่วงหน้า อย่างไรก็ตามรูปแบบการเก็บข้อมูลในปัจจุบันยังคงเป็นคอขวดของการผลิตอัจฉริยะที่จำเป็นจะต้องมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องต่อไป

 

โดยทั่วไปรูปแบบข้อมูลที่ถูกสร้างขึ้นจะทำให้ระบบควบคุมสามารถรับรู้สภาพการทำงานของเครื่องจักร และสามารถประมวลข้อมูลแต่ละโมดูลเบื้องต้นเพื่อการออกคำสั่งต่อไป นอกจากนี้ระบบควบคุมจะสามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบตามแผนและดำเนินตามกระบวนการต่างๆได้อย่างอัตโนมัติตามต้องการก็ต่อเมื่อมีการนำเทคโนโลยีที่เรียกว่า Interoperable Technology มาใช้งาน ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี Interactive Interface ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการใช้งานได้ดีกว่า นอกจากนี้ความสามารถในการผลิตชิ้นงานที่ปรับเปลี่ยนและสร้างชิ้นงานใหม่ได้อย่างหลากหลายตามคำสั่งการการผลิตในเวลาที่กำหนดไว้ จะกลายเป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติพื้นฐานของการผลิตแบบยืดหยุ่นได้ในโรงงานอัจฉริยะ ซึ่งสิ่งเหล่านี้ยังคงเป็นปัญหาในสายการผลิตปัจจุบันที่ไม่สามารถทำได้ดังนั้นผู้เชี่ยวชาญจำเป็นจะต้องหาวิธีการควบคุมและวางแผนขั้นสูงและนำไปสู่การจำลองสายการผลิตเพื่อนำเสนอเป็นโครงการการเปลี่ยนแปลงและพัฒนาโรงงานต่อไป นอกจากนี้ยังทำเป็นต้องตรวจสอบความเป็นไปได้ของโรงงานในการปรับเปลี่ยนโรงงานให้เป็นโรงงานอัจฉริยะในแง่ของความสอดคล้องระหว่างโครงการกลับสถานการณ์ในการผลิต เพื่อตอบสนองความต้องการในการทำงานและในตลาดปัจจุบันได้อย่างทันท่วงที

Dynamic electrocardiogram system_megatech

FIGURE 2: Dynamic electrocardiogram system.

Key Technologies for Smart Factory (Industry 4.0)​

 

With the rapid development of electric and electronic technology, information technology and advanced manufacturing technology, the production mode of manufacturing enterprises is being transferred from digital to intelligent. The new era that combines Virtual Reality Technology based on the Cyber-Physical System (CPS) is coming. Due to the new challenges, the advantages of traditional manufacturing industries have been gradually diminished. Consequently, the intelligent manufacturing technology is one of high technology areas where industrialized countries highly pay more attention to. Europe 2020 strategy, Industry 4.0 strategy and China manufacturing 2025 have been proposed. United States has gradually accelerated the speed of reindustrialization and manufacturing reflow. The transformation of intelligent manufacturing intrigued the profound and lasting effect on the future manufacturing worldwide.

 

In the implementation of smart factory, the IIoT (Industrial Internet of Things) is employed to integrate the underlying equipment resources. Accordingly, the manufacturing system has abilities of perception, interconnection and data integration. The data analysis and scientific decision are used to achieve production scheduling, equipment service and quality control of products in smart factory. Further, the Internet of services is introduced to virtualize the manufacturing resources from a local database to the cloud server. Through the human-machine interaction, the global collaborative process of intelligent manufacturing oriented to the order-driven market is built. Therefore, the smart factory represents an engineering system that mainly consists of three aspects: interconnection, collaboration and execution. As shown in Fig. 1, the architecture of smart factory includes four layers, namely physical resource layer, network layer, data application layer, and terminal layer. With the aim to convert modern factory into smart factory, key technologies involved in all layers have to be studied in detail.

 

Therefore, it is very important to enhance the intelligence of robots units. Several suggestions for construction of modular manufacturing units are proposed as follows:

  • Modular manufacturing units should cooperate with each other to accomplish the common tasks, where the emphasis is on the mutual perception and the collaboration mechanism between intelligent modules. In addition, heterogeneity of interaction should be took account.
  • The functions of different modular manufacturing units may be redundant for a certain product, therefore it is crucial to make an optimal or suboptimal combinatorial scheme.
  • Each manufacturing unit can not only meet the manufacturing requirements of products, but also improve the smart factory efficiency in a self-organized way.

 

Various kinds of special sensors are used to collect data in manufacturing area, wherein devices are independent of each other. The collected data are heterogeneous with uneven quality. Therefore, the communication interface of intelligent equipment should be compatible with a series of communication protocols. For instance, it should be compatible with OPC, Open Database Connectivity (ODBC), RS232, Dynamic data exchange (DDE), etc., which are used to connect control systems such as Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA), Distributed Control System (DCS), and Process Control System (PCS). In addition, data acquisition devices should be easily set up and their interfaces should be flexible and scalable. The manufacturing resources should support a fine-grained data acquisition in process visibility system. As show in Fig. 2, the equipment operating state is similar to the human heart beating. The equipment health management system, which is based on the monitoring equipment status obtained by the “electrocardiograph (EGC)”, can predict system failure and arrange necessary maintenance activity in advance. However, current pattern of data acquisition is still a bottleneck of intelligent manufacturing that will continue to evolve.

 

General, an information model is built in the control system to perceive operation condition, while reasoning decision is made according to the information of evaluation module. Moreover, the controller system completes reconfiguration planning and implements processes automatically for specific needs of support for interoperable technology, such as interactive interface, results in high flexibility. The reconfigurable production line can generate a large range of different products due to its variability, scalability and schedulability, which is the basis of flexible manufacturing in smart factory. Presently, the problem of production line is strong specialty, which can be enhanced by advance planning and control methods to build a reconfigurable system to simulate the production line and propose a scheme for reconfiguration. The feasibility of proposed scheme is verified by the manufacturing scenario. With the aim to respond timely to the market requirements, it is necessary to implement a reconfigurable production line in the smart factory.

© 2018 Advance Industry Media Plus Co., Ltd. All Rights Reserved.​​

Advance Industry Media Plus Co., Ltd.
1104/339 Pattanakarn Road Suanluang, Suanluang, Bangkok, 10250 Thailand

Tel. +66 2136 1406-7

Fax. +66 2187 2899

www.aimplus.co.th   

info@aimplus.co.th​

Ms. Khemruji Pruankaewmanee

Tel: +66 2 136 1406-7
Email: khemruji@aimplus.co.th​

aimplus.co.th

Reader voices

Advertisers

Subscribe

ADVERTISE WITH US 

LINKS

FOLLOW US ON SOCIAL MEDIA

megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
www.oniintertrade.com