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智慧製造背後關鍵:自動化產線的「細胞核」

講到智慧製造,免不了地就要提到自動化控制,以及目前眾人討論的工業4.0發展,其中包含5G連網技術在內的全新網路連接模式與各類物聯網應用模式,而背後更重要的是推動機械自動化操作的控制元件。

一如人體需要透過大腦、各個神經元、細胞核等連接,才能讓四肢產生運動,並且舉起重物或操作器材,控制元件在工廠自動化流程裡也同樣扮演重要角色,藉由成為資訊傳達中樞,如此才能將控制端的指令透過電力傳輸,進而轉換成生產動能,並且能改善傳統十足仰賴人力生產的工業模式,讓人力資源能獲得更有效運用。

從過往蒸汽機帶來工業革命,以及電氣化所產生新一波工業革命,目前眾人提倡的工業4.0便是因應5G聯網、自動化產線設計逐步成形,而恩智浦在此類技術應用中的微型控制元件 (MPU)有不少著墨,例如旗下i.MX系列便能以Cortex-M7等ARM架構處理器設計更低能耗,以及更好的數據串接能力,藉此在自動化對數據深度感知、製作流程自動優化判斷,或是精準判斷執行能力等,藉此免除人工逐一設定控制,以及排除問題等花費時間與人力成本,因應大量製造生產需求。

智慧製造仰賴更聰明的微型控制元件

從目前現代化的生產流程來看,傳統透過人力手工製作,乃至於借助機器生產,但仍須人工設定、確認,並且在生產過程排除問題、檢視生產品質的模式已經逐漸改變,對於大量製造需求越來越多情況下,透過人工逐一檢視生產品質、確認產線問題的情況可能越來越無法符合實際效益,如何透過產線自動化確保生產品質將成為現代化工業發展重要課題。

例如大量生產手機關鍵元件的產線,要逐一檢視生產結果品質的話,必須花費大量人力檢視,即便透過一定比例抽檢也會因為生產數量增加而必須增加檢驗成本,若能直接在生產過程自動確保品質,在第一時間發現生產品質發生異常時,即可立即確認、檢視,並且自動完成修正,不但可讓產線效能提高,同時也能確保生產品質。

而在這樣的需求之下,新一代產線自然必須導入更多新技術,例如透過各類感測元件、影像識別設備等協助確認產線生產流程是否發生異常、製作物品結果是否正常,而這些感測元件、識別設備背後的控制元件也顯得更加重要,必須扮演前端擷取數據傳遞、演算分析,並且將結果傳遞回產線前端,一旦系統發現產線異常即可自動排除,藉此確保產線自動化流暢。

就整個產線自動化來看,微型控制元件幾乎可說是扮演著「細胞核」的角色,雖然看似不起眼,卻在整體產線的每個細節擔任關鍵驅動任務,但持續導入影像識別、人工智慧判斷等新技術之下,微型控制元件仍成為產線自動化發展重要關鍵。

不過,對於目前眾多廠商投入產線自動化布局情況來看,面對不同需求自然也形成眾多微型控制元件客製化日趨複雜,例如不同產線電路、控制系統均有差異,同時包含網路連接、安全控制等設計也均不同,加上產線自動化投入發展伴隨元物料精準控管也成為重要議題之下,如何協助大量自動化生產降低成本支出也是微型控制元件客製設計需求之一。

工業生產走向自動化發展,並非僅只是讓機器自行接電運作,而是藉由各類微型控制元件確保產線運作正常、確保生產品質,同時可在問題出現時自動修正,並且依照不同產線需求透過客製化達成最佳運作,進而能在產能、品質兼具之下,同時精準控制製作與後續檢視品質所需花費成本。

以恩智浦過去在半導體發展經驗來看,工業自動化發展的關鍵在於微型控制元件如何在端點運作發揮作用,而此部份也與市場越來越重視端點運算的發展趨勢吻合,甚至發揮相輔相成作用。

數位網路化、智慧化管理 智慧製造缺一不可

而智慧製造是否可以突破過去工業標準進入大量生產規模,恩智浦認為藉由射頻RF、數位網路化 (Digital Networking)、時間感測網路建置 (Time-Sensitive Networking),透過非接觸形式自動識別、傳輸存儲及檢驗數據,並且順利獲取相關資料,讓識別工作無須人工介入,成為未來工業客製化及自動化發展重要基礎之一,同時提昇整體效率與調度靈活性。

數位網路化、智慧化管理等也同樣成為智慧製造重要關鍵,透過資料統合管理、統一標準化,並且在不同生產設備確保資料傳輸正確,同時提供低時延、高效能同步,並且確保資料傳輸穩定、流暢,因此也讓自動化產線規劃變得更加重要,因此就恩智浦觀察認為,諸如時間感測網路建置工程將格外重要。

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