工廠全自動化生產的途徑始於軟體

March 23, 2020 Georganne Benesch

智慧工廠, 工業物聯網, 邊緣運算

製造商對工廠全自動化生產抱有遠見,其能力由軟體而非硬體來定義。為達此目標,廠區必須看起來更像是資料中心的延伸,這表示工業電腦和連接它們的網路將發生重大變化。

最大轉變之一,是由專用的單功能機器控制器轉變為通用的多功能硬體。IntervalZero 執行長 Jeff Hibbard 表示:「過去,您擁有這些自動化孤島,只能做一項工作的專用設備;而您現在所看到的,已轉變為可以不同方式重複使用的開放式系統。但您無須調整自己的世界,只需要調整執行任務的方式即可。」

隨著智慧工廠從固定功能轉變為通用系統,軟體提供了對深入剖析動態採取行動的彈性。Hibbard 表示:「IT 部門將控制電腦直到雲端,而 OT 部門則從主機板和即時部件執行。這就是現在正在發生的聚合。」

開展智慧工廠

但是,我們要如何過渡到對製造營運干擾最少的現代工業運算平台?許多選項可供選擇,包括虛擬化、容器,甚至即時延伸到 Windows (圖 1)。

IntervalZero 整合式環境可在即時平台上支援基於 Windows 的應用程式。(資料來源: IntervalZero)
圖 1。升級至全新的 IPC 平台將開展智慧工廠。(資料來源:Intel®

移轉的一種方法是以完全翻新軟硬體設施的方式從零開始。雖然這樣會使軟體佔用比較少空間,但也得花費時間和精力來支援陳舊的裝置、驅動程式和應用程式。

另一種方式,則是在新的硬體上繼續使用您既有的應用程式、作業系統等。這可以透過 Hypervisor 來實現,Hypervisor 是擷取硬體的軟體層,它可讓現有代碼就像仍在舊硬體上那樣執行。

然後,還有一種可能是阻力最小的途徑,一個預先整合的開放平台,可讓開發人員僅專注於提供其加值應用程式。IntervalZero 透過 API 和位於多重處理器平台頂端的即時核心擴增設備提供這種路由(圖 2)。

升級至全新的 IPC 平台將開展智慧工廠。( 來源:Intel® )
圖 2。IntervalZero 整合式環境可在即時平台上支援基於 Windows 的應用程式。(資料來源:IntervalZero)

Hibbard 表示:「把這個概念放到當前業界背景來看,Android 和 iPhone 平台就是很好的例子。」「它們提供了所有必要的基礎架構和運算資源、整合各種元件,並確保了互通性和穩定性。應用程式開發人員可以專心致力於發展應用程式以獲得智慧財產。」

Linux 與 Windows 的比較

雖然許多即時系統均基於 Linux,但 IntervalZero 提供了不同的方法,提供了即時延伸到 Windows 。使系統基於 Windows 具有多項優勢。首先,它為開發人員、OEM 和機器所有者提供對各種視覺系統、統計數據套件、數位孿生,以及其他在 Windows 上執行的工業應用程式的存取權限。

更廣泛的 Windows 生態系統也是一項有利因素。要尋找能投入組成智慧工廠的開發人員、工具和套件等十分容易。而且從 IT 角度來看,基於 Windows 之 IPC 符合他們把工廠視為伺服器機房延伸的觀點。

Hibbard 解釋:「如果要打造一部新機器,我只需拿起套件,放到機器上,然後讓機器運轉幾個小時。因為我們已經都設定好了。」「您可以得到存取 Microsoft Windows 強大應用程式生態系統的優勢。」

軟體自動化平台提供了對陳舊設備之溝通途徑進行客製化的功能。Hibbard 表示:「如果您想要進展,有方法可以建立元件,然後將元件拖放到包含較舊技術的貨板上。」

智慧整合與網路

無論採用哪種方法,都必須考慮如何減少硬體平台的總數。Windows 在 Intel® 平台上的靈活性和威力強大,正是其具有優勢之處。Hibbard 表示:「當您只需強化運作一部機器時,可以在 Intel® 凌動 晶片上執行。「但是,當您在一部電腦上開始加入更多控制器來處理一整排機器工作負載時,您就需要 Intel® 酷睿。隨著這些機器承擔更多責任,您可以擴大負載量。」

Hibbard 表示:「另一個重要因素是互連性。」「網路就是一切。對於外部世界,我們需要一個安全的標準通訊協定,例如 OPC UA,以便在雲端中進行通訊。但是,還有第二個網路:在廠區進行即時通訊,允許所有控制器相互通聯。

創新策略的實用範例

在日本,IntervalZero 與一些世界頂級表面黏著技術 (SMT) 公司合作,使他們能夠不斷創新並符合新的市場需求,同時還能保護現有投資。

在品質與成本控制為主要考量下,SMT 製造商都是採用基於 Windows 的 64 位元工業電腦,以建置動作控制平台。這使他們能得到硬體成本較低的功效,並利用標準的商用現成 (COTS) 通訊技術。

IntervalZero 平台提供了與 Windows IPC 一樣在同一台電腦上執行即時作業系統的功能。而且,由於 IntervalZero RTOS 支援對稱多重處理 (SMP),因此製造商可以透過為 IntervalZero RTOS 配置更多核心處理決定性執行,以加入例如動作控制、機器視覺系統、軟體 PLC 和更多功能之元件。

這種靈活性和可擴充性使 SMT 製造商能夠滿足新的小型化和整合要求,例如,只需增加電腦上的核心數量並為 IntervalZero RTOS 配置更多核心即可。

Hibbard 總結表示:「我們的客戶(如 SMT 製造商)能夠不斷發展壯大,因為他們的模型始終都是軟體。IntervalZero 所做的就是將人員轉換為這種軟體驅動的模型。這就是我們的願景,這就是我們正在努力的方向。」

作者簡介

Georganne Benesch

Georganne Benesch is the Senior Content Editor and Writer for insight.tech. Before this she was an independent writer, authoring blogs, web content, solution guides, white papers and more. Prior to her freelance career Georganne held product management and marketing positions at companies such as Cisco, Proxim and Netopia. She earned a B.A. at University of California at Santa Cruz.

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