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以端到雲完整解決方案與專業諮詢服務為鋼鐵工廠建置設備診斷雲端平台系統

4/16/2018

專案簡介: 對工業4.0而言,智慧工廠的落實必須仰賴大數據分析來促成,而大數據的分析則必須奠基於可蒐集資料的邊緣智能應用(Edge Intelligence)、以及可提供強大儲存、運算與顯示能力以及方便管理的雲端平台。以設備故障診斷為例,原本分散在工廠各處的眾多設備僅靠經驗豐富的設備維護管理人員來發現問題或等到設備出問題再排修都是緩不濟急的傳統做法。如今透過設備診斷雲端平台系統,管理人員既可對每一台機器設備的運作狀態瞭若指掌,於發生故障之前就能儘速進行必要處置以排除問題;還能透過分析歷史資料來對設備進行瑕疵檢測,從而提升設備使用壽命並減少因設備故障造成產線停擺。

而相較於由企業耗費大量的人力與時間來自行建置私有雲,研華的WISE-PaaS雲平台系統是更省時省力的解決方案。透過整合地端、邊緣端與雲端所需的軟硬體,WISE-PaaS不僅是易於擴充且具有良好穩定性的端到雲完整解決方案,其內含的資料可視化工具可方便使用者設計人機介面(HMI),而遠端軟體更新管理模組則是易於遠距管理的好幫手;再加上,研華在工業4.0與智慧工廠的多年經驗,可針對私有雲平台系統的建置提供最專業的諮詢服務,從而協助製造業者規劃出適切的設備診斷雲端平台系統,並有效降低專案開發所需耗費的時間與人力。

系統需求: 台灣某國際知名的鋼鐵企業是一家勇於創新且重視IT應用的公司,其生產的鋼板、條鋼、熱軋、冷軋等鋼品受到國內外客戶的肯定。由於鋼品需經過原料處理、煉鐵、煉鋼及軋鋼等十多道步驟才能完成,設備維護管理人員因而必須為佔地數百公頃廠區內的各式各樣機器與設備進行維護與管理,導致產線上一直存在著維修人力欠缺的問題。該公司希望利用雲端平台與大數據分析等技術來補強人力的不足,因此啟動了設備監診雲端化專案,並決定率先導入有數百台設備的冷軋工場。   該公司意欲建置的設備診斷雲端平台系統,必須能遠端監控設備狀況,同時也得將資料後送給雲端平台機器學習軟體模組進行大數據分析,以便能建立像是瑕疵檢測及預防診斷之預測模型。因此選購一套從最底層的軟硬體建置到最上層的雲端服務均包含在內的私有雲解決方案是能早日完成專案又最具經濟效益的做法。而此套私有雲解決方案除了要具有可擴充性以便日後能將更多設備納入系統管理之外,提供值得信賴的穩定性以確保系統正常運作亦是必要條件之一。此外,解決方案還需提供相關功能來滿足資料一致性、個別機台訓練、邊緣端異常事件處理、資料可視化、資料擷取/邊緣裝置監控等需求。

系統概述: 研華以邊緣智能裝置Smart Box、遠端裝置監控及管理軟體WISE-PaaS/RMM、物聯網雲平台WISE-PaaS/EnSaaS、資料可視化工具WISE-PaaS/Dashboard與遠端軟體更新管理服務WISE-PaaS/OTA整合而成的私有雲平台系統是套軟硬兼具的端到雲完整解決方案。   在地端,Smart Box可連接振動感測器來採集冷軋工場的設備資料並上傳至雲端資料庫;在雲端,WISE-PaaS/EnSaaS建構的物聯網雲平台可向下整合數百台的Smart Box與向上提供資料給使用者自行設計的APP。而安裝於該平台內的WebAccess/SCADA與WISE-PaaS/RMM是負責監控與管理私有雲內的所有設備與裝置。另外,WISE-PaaS/Dashboard與WISE-PaaS/OTA這兩款實用工具則有助於系統維護與管理。

這套設備診斷雲端平台系統因為建構於研華的WISE-PaaS平台上,因此具有高度擴充性與穩定性。WISE-PaaS不僅提供了豐富的功能與服務讓使用者能在未來的系統功能開發上擁有一定的彈性空間;多種套餐選項亦讓使用者能依實際應用需求選擇適合的伺服器、記憶體與資料庫,並可隨需求的變動於日後再另行添購。另外,WISE-PaaS還提供了備援配置與故障機制,像是系統設置的主要資料庫與次要資料庫會隨時處於同步狀態;當節點出現損壞時,則會啟動新的節點並重新進行資料庫同步化動作,藉此確保資料的一致性,同時也提供了系統穩定運作的保障。   WISE-PaaS/EnSaaS是物聯網雲平台,其支援各種時間序列資料庫(如InfluxDB、MongoDB與PostgreSQL)、機器學習分析工具(如R、Python、TensorFlow、Caffe)、以及RESTful API與Node-RED,可讓這家鋼鐵公司的工程師更容易地設計所需的監控管理APP與建立大數據分析的預測模型,從而實現設備即時監控與預防監診。   WebAccess/SCADA與WISE-PaaS/RMM可集中管理地端與邊緣端的設備與裝置。以此專案為例,冷軋工場設備的振動情況、以及資料擷取/邊緣裝置的運作狀況都能如實地呈現在監控電腦上,WebAccess/SCADA與WISE-PaaS/RMM亦會於異常事件發生時主動推播警示訊息,並以Email/SMS通知設備維護管理人員。

在資料可視化方面,使用者可利用WISE-PaaS/Dashboard易於設計的操作介面來創建自己的儀表板,並將WISE-PaaS平台資料庫的資料以可視化方式來呈現,像是這家鋼鐵公司的管理者就能透過易讀性高的各種圖表來清楚掌握邊緣裝置健康狀態、異常警報、預測模型、訊號串流波形等等。另外,WISE-PaaS/OTA的遠端更新機制則讓該公司可以很方便地將預測模型部署至指定的邊緣端,並讓預測模型隨時保持在最新版本,管理者完全不用親自到現場就能完成更新作業。   Smart Box是在工業電腦MIC-7500內加裝資料擷取卡PCIE-1802的邊緣智能裝置,其肩負邊緣端的資料擷取與地端的運算處理之雙重功能。除了以PCI Express資料擷取卡取得設備振動資料外,此專案亦善用了高效能的MIC-7500來執行預測模型,譬如可事先將模型安裝於Smart Box內,即可透過執行邊緣端推理來加速異常事件的反應;亦可利用Smart Box來對個別機台進行模型訓練,藉此找出設備需要改善之處。

專案導入:

  • WISE-PaaS/EnSaaS :物聯網雲平台/端到雲服務的工業PaaS解決方案
  • WebAccess/SCADA :遠端設備及環境監控管理軟體
  • WISE-PaaS/RMM :遠端裝置監控及管理軟體
  • WISE-PaaS/Dashboard: 數據分析和可視化開放平台
  • WISE-PaaS/OTA :遠端軟體更新管理服務
  • Smart Box :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


結論: 雲端運算是成就大數據分析的重要關鍵,但先決條件必須有完善的雲端平台系統才能事半功倍。研華有眾多的產品線可針對客戶需求提供從端到雲的所有解決方案(包括WISE-PaaS平台內各種軟體,以及物聯網裝置、工業電腦、邊緣設備等等),而經驗豐富的顧問團隊則能提供專業的諮詢服務協助企業打造一套可完成設備聯網、數據分析、機器學習等智慧應用的私有雲平台系統。   此專案的鋼鐵公司就在研華的協助之下,一次備齊了所需的軟硬體,並順利建置了可提供瑕疵檢測、預防維護、訊號串流顯示、警報推播等功能的設備診斷雲端平台系統。而該公司更受惠於WISE-PaaS私有雲平台系統所提供的靈活彈性,既節省了初期的建置成本,又保有日後隨需求增加的擴充彈性,從而助其逐步實現工業4.0的智慧工廠。