IT+OT深度融合創(chuàng)新應(yīng)用，落實(shí)企業(yè)數(shù)位轉(zhuǎn)型之路

文：曹永誠(Frank) 2021-04-20

智慧製造 智慧機(jī)械 數(shù)位轉(zhuǎn)型 IT+OT

本文將分享製造業(yè)工廠的數(shù)位優(yōu)化關(guān)鍵核心技術(shù)之一：IT (資訊技術(shù), Information Technology) 與OT (營運(yùn)技術(shù), Operation Technology) 的深度融合、創(chuàng)新應(yīng)用。

上一篇談到透過智慧製造與智慧機(jī)械上下合力，推動製造業(yè)工廠的數(shù)位優(yōu)化。本文將分享這其中的關(guān)鍵核心技術(shù)之一：IT (資訊技術(shù), Information Technology) 與OT (營運(yùn)技術(shù), Operation Technology) 的深度融合、創(chuàng)新應(yīng)用。

全方位的蒐集數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是一切的基礎(chǔ)，透過工業(yè)互聯(lián)後的數(shù)位數(shù)據(jù)，才能開啟企業(yè)數(shù)位化的開端。以O(shè)T數(shù)據(jù)來說，大部分的數(shù)據(jù)來自於機(jī)臺設(shè)備。製造業(yè)工廠大多是委託SI (系統(tǒng)整合，System Integration)，以機(jī)上盒(SMB)機(jī)聯(lián)工廠機(jī)臺設(shè)備來蒐集OT數(shù)據(jù)。但可能是習(xí)慣問題，機(jī)聯(lián)的範(fàn)疇，多半只涵蓋生產(chǎn)機(jī)臺，且只著重於機(jī)況與產(chǎn)量。實(shí)際上，這方式有些偏廢，因?yàn)楣S內(nèi)的機(jī)臺不僅有生產(chǎn)機(jī)臺，也包括廠務(wù)機(jī)臺與檢測機(jī)臺，如圖一所示。

圖一. 全方位的蒐集數(shù)據(jù)

廠務(wù)機(jī)臺包括生產(chǎn)機(jī)臺的周邊設(shè)備，例如塑膠射出成型機(jī)的模溫機(jī)、烘料機(jī)等，與供應(yīng)生產(chǎn)機(jī)臺的水/氣/電/化的設(shè)備，例如空壓機(jī)，也包括環(huán)境參數(shù)，例如廠房溫度等等。廠務(wù)機(jī)臺雖然無法獨(dú)立生產(chǎn)產(chǎn)品，而是支援性質(zhì)，但一旦出問題就會拖累生產(chǎn)機(jī)臺無法順利量產(chǎn)。因此，我常戲稱這叫做：『成事不足，敗事有餘』；也就是說，要成就生產(chǎn)產(chǎn)品的大事，尚不足以獨(dú)當(dāng)一面，但要拖累生產(chǎn)機(jī)臺卻綽綽有餘。舉例來說空壓機(jī)，若壓縮空氣供應(yīng)出現(xiàn)異常壓降，就會嚴(yán)重影響產(chǎn)線生產(chǎn)。

而檢測機(jī)臺也是很重要的設(shè)備，雖然多數(shù)比較小型且半自動化運(yùn)作，甚至是手動量測工具，用以量測產(chǎn)品產(chǎn)出後的品質(zhì)檢測、或材料進(jìn)料檢驗(yàn)等。由於這些在工廠內(nèi)常被歸屬於品質(zhì)體系，因此比較少放進(jìn)機(jī)聯(lián)網(wǎng)的導(dǎo)入範(fàn)疇內(nèi)；然而這些量測數(shù)據(jù)，不管是產(chǎn)品品質(zhì)或是進(jìn)料規(guī)格等，卻是生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)出成果好壞的相對應(yīng)數(shù)據(jù)，對於後續(xù)應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析來進(jìn)行工程改善至關(guān)重要，故得一併納入機(jī)聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)入範(fàn)疇。

全面性地把這三類機(jī)臺都導(dǎo)入機(jī)聯(lián)網(wǎng)蒐集數(shù)據(jù)，對製造業(yè)工廠的數(shù)位優(yōu)化很重要。但若因預(yù)算有限或需要分階段執(zhí)行時(shí)，該如何取捨呢??

直覺的想法是先針對生產(chǎn)機(jī)臺，先拉出一條產(chǎn)線，或某個(gè)製造課先行導(dǎo)入，畢竟這是工廠運(yùn)作的主要價(jià)值來源，依80/20法則可以達(dá)到最佳C/P值。但事實(shí)並非如此，因?yàn)橥瑯邮巧a(chǎn)機(jī)臺，瓶頸機(jī)臺與非瓶頸機(jī)臺對於工廠產(chǎn)出的價(jià)值差異甚大。因?yàn)槠款i機(jī)臺產(chǎn)能的損失，就代表著整個(gè)工廠產(chǎn)能的損失。當(dāng)經(jīng)費(fèi)有限或分階段導(dǎo)入時(shí)，範(fàn)疇規(guī)劃應(yīng)當(dāng)先以這些瓶頸機(jī)臺為中心，然後納入其周邊設(shè)備與檢測機(jī)臺。一方面避免因?yàn)橹苓呍O(shè)備沒管控好被拖累; 另一方面透過檢測數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)，可以更即時(shí)的偵測早期異常，使其在良率出問題的最開始，就可以快速反應(yīng)介入處理，避免損失的持續(xù)擴(kuò)大。這些整合後的數(shù)據(jù)累積一段時(shí)間後，也可以透過大數(shù)據(jù)分析等手法，對這些關(guān)鍵瓶頸進(jìn)行工程改善，提升工廠的整體效益。

掌控機(jī)臺的全生活週期

有了全方位的OT數(shù)據(jù)後，不代表著就可以全方位的掌控機(jī)臺。因?yàn)闄C(jī)臺尚有很多相關(guān)數(shù)據(jù)，並無法來自於機(jī)臺本身，需要進(jìn)一步整合IT數(shù)據(jù)，才能全面掌控機(jī)臺設(shè)備的全生活週期(機(jī)臺的一天)，如圖二所示。

圖二. 機(jī)臺設(shè)備的全生活週期 (機(jī)臺的一天)

從機(jī)臺設(shè)備每天開機(jī)開始，何時(shí)被派工、何時(shí)人員開始調(diào)機(jī)(例如上模)、何時(shí)開始試產(chǎn)、何時(shí)通過首件檢查、量產(chǎn)、下料、報(bào)工，發(fā)生過哪些異常，何時(shí)排除等等。把機(jī)臺設(shè)備一天中的每個(gè)階段的開始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)等時(shí)間數(shù)據(jù)，與這中間所發(fā)生的事，例如工單編號、品號、工序、工藝、模具/治具/夾具、材料等IT數(shù)據(jù)，以及例如生產(chǎn)數(shù)量、工藝參數(shù)的設(shè)定值、感測器的工業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)際值等OT數(shù)據(jù)，都能鉅細(xì)靡遺的蒐集後整合在一起，才能徹底的掌控這部機(jī)臺設(shè)備。

IT+OT深度融合的創(chuàng)新應(yīng)用

有了IT+OT整合的全方位數(shù)據(jù)之後，接下來就是創(chuàng)新應(yīng)用以發(fā)揮數(shù)字價(jià)值。畢竟蒐集數(shù)據(jù)只是手段，創(chuàng)造價(jià)值才是目的。首先，可以先從標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)開始，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)工時(shí)是製造業(yè)很重要的管理數(shù)據(jù)，不管是計(jì)算成本還是管控進(jìn)度，甚至於OEE的計(jì)算都會用到。然而這麼重要的數(shù)據(jù)，實(shí)際上工廠內(nèi)的估算手法卻很粗糙。由於品號成千上萬，而且牽扯的變因很多，因此工廠內(nèi)常見的手法只是簡單的除法或經(jīng)驗(yàn)粗抓，這會導(dǎo)致於機(jī)加工行業(yè)估算代工成本時(shí)，有可能因?yàn)閿?shù)據(jù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致成本高估而接不到單，或是低估成本而賠本接單。不管是前者還是後者，都不是好事。透過IT+OT整合後的全方位數(shù)據(jù)，我們就可以使用工業(yè)機(jī)理演算法更精準(zhǔn)的自動估算實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，如圖三。

圖三. 精準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的自動計(jì)算

這些實(shí)際數(shù)據(jù)的計(jì)算很複雜，除了牽扯到很多客觀變因，例如機(jī)臺的機(jī)差、超少量的偏移等外，也有些人性面的可能漏洞要預(yù)做防範(fàn)，非只是簡單的除法就可以搞定。透過工業(yè)機(jī)理演算法自動計(jì)算後，所產(chǎn)生的精準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，經(jīng)過管理流程審核後，就可以再透過軟體自動更新回MES、甚至ERP，讓後續(xù)成本估算與現(xiàn)場進(jìn)度管控等，可以做到更精準(zhǔn)。

此外，由於大環(huán)境的長期趨勢就是持續(xù)的壓縮製造業(yè)工廠的交期，因此更優(yōu)化的排程已經(jīng)漸漸變成工廠的必備系統(tǒng)。但這些透過各式各樣演算法所規(guī)劃的自動排程(APS, Advanced Planning and Scheduling)，常會有個(gè)很致命的罩門，就是要排的工單的預(yù)估數(shù)據(jù)得夠精準(zhǔn)才行。若這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)差異很大，不管演算法有多高明都沒用，因?yàn)镚IGO (Garbage in, garbage out)。此時(shí)，來自這些機(jī)臺設(shè)備全生活週期的真實(shí)可靠即時(shí)數(shù)據(jù)，才能提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，來強(qiáng)化排程的品質(zhì)，如圖四。

圖四. IT+OT深度融合創(chuàng)新應(yīng)用全場景

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當(dāng)工廠想規(guī)劃與有效導(dǎo)入機(jī)器人自動化時(shí)，機(jī)臺全生活數(shù)據(jù)亦是必備的基礎(chǔ)建設(shè)。因?yàn)闄C(jī)械人自動化的導(dǎo)入成本很高，若沒有把錢花在刀口上，投資報(bào)酬率肯定不會好。但甚麼是刀口之所在呢? 大概不外乎：瓶頸處與3K(骯髒（汚い，Kitanai）、危險(xiǎn)（危険，Kiken）、辛苦（きつい，Kitsui）) / 3D (Dangerous, Dirty, Difficult)；而瓶頸處的精準(zhǔn)估算也得來自於全生活週期數(shù)據(jù)的計(jì)算。除了確認(rèn)瓶頸機(jī)臺之外，甚至於還可以估算出效率瓶頸的細(xì)節(jié)處，例如換模還是上下料等。

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這些透過IT+OT深度融合的創(chuàng)新應(yīng)用很多，威力也都很強(qiáng)大，但要能在製造業(yè)公司真正發(fā)揮出效益，創(chuàng)造最大化的數(shù)字價(jià)值，還得有優(yōu)化的手法流程，如圖五，將在下一篇繼續(xù)分享些經(jīng)驗(yàn)。

圖五. IT+OT深度融合強(qiáng)化企業(yè)數(shù)位優(yōu)化的手法流程

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下一篇，將介紹IT+OT深度融合強(qiáng)化企業(yè)數(shù)位優(yōu)化的手法流程。

曹永誠

目前任職於鼎新電腦，深耕製造業(yè)自動化與大數(shù)據(jù)領(lǐng)域逾25年，專精於先進(jìn)製程控制(APC)、智慧機(jī)臺控制系統(tǒng)、機(jī)器人自動化、智慧能源管理等領(lǐng)域。實(shí)務(wù)輔導(dǎo)百餘家製造企業(yè)之智慧製造藍(lán)圖規(guī)畫與軟硬體整合應(yīng)用。

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