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提高工廠生產及商業運作效率 乙太網路融合優勢盡顯

2012-01-09
產業分析人士指出,許多的商業需求正推動著公司內部的工業與商業網路之融合。正常工作時間和生產最優化、產品品質、工作流程速度和效率,以及客戶服務需求,是人們經常提及的事項。全球競爭和利潤降低促使許多製造商進行網路整合,努力簡化運營,增加產能和降低整體的成本。

經過幾年的時間,在工業網路上採用機械控制的情況已愈來愈普及,正如同這種情形,這些公司也在尋求利用乙太網路的力量,並藉著將生產面和商業面之間的連結,來獲得競爭優勢。

乙太網路融合效益顯著

網路融合必須整合布線、連接器、控制器、開關、其他零件以及軟體介面,以便在商業和生產功能之間傳送和挖掘資料。藉由融合所獲得的效益,很大程度上須仰賴網路配置和公司整合網路來決定背後的特定策略。在裝置級網路上,工廠基層控制器使用數種開放或專有協定中的一種協定,來與機器上的裝置進行通訊。

今日的發展趨勢是,實施乙太網路來作為一些舊有協定應用其中之一的連結層協定,甚至是乙太網路可直接進入機器上的裝置層面。

採用合適的架構和工業級零件,乙太網路融合便可以提供如下的顯著優勢:公司範圍的存取和經過提升的商業智慧、提高資料傳輸速度以實現更快的資訊流、經過改進的能源效率和資源管理、經過改善的設備性能,以及經過協調的監控和控制以最佳化生產。

乙太網路融合提供一種可滿足即時資料通訊要求的能力,並有經過驗證的可靠性、安全性和易於整合性。這正是在公司範圍技術平台上營運的趨勢呈現穩定增長的原因所在,尤其在規模較大的製造公司中更是如此。

通用通訊協定居間聯繫

以前單獨考慮的工廠基層功能、設備性能和生產指標,現在已經獲得廣泛認可而成為重要的策略商業工具,這些工具有助於減少支出,並優化正常執行時間。科技的進步已經可以提供網路工具,以便有效率地將機器流程、控制系統和工廠的資訊連結到公司,並具有極佳的可擴展性、功能性和選項。

然而,技術和工業很少同步發展。儘管分析人士的社群經常會出現看好的預測,認為整個產業會轉向商業與工業的網路融合,但現實情況是,這些應用一直以較緩慢、較慎重的步伐進行,而這也是明智的。在發展速度減緩的經濟領域,發展趨勢既不迅速也不明顯。

不過,事實上,工廠環境正逐漸地從專有協定轉向當前最普遍的標準:使用傳輸控制協定/網際網路協定(TCP/IP)和標準乙太網路結構的通訊協定。

工業乙太網路使用雙絞線電纜、光纖、無線網路以及在未來使用的電力線載波通訊(乙太網路供電訊號(Ethernet over The Power Signal)。透過使用工業乙太網路協定,包括乙太網路/網際網路協定(EtherNet/IP)、工業乙太網路(Profinet)和其他相符的開放系統已經過實地測試,以管理要求在同一網路具有即時性能和多個通訊通道的無數自動化生產情境。

TCP/IP是一套可以讓電腦藉由網路分享資源而開發的協定,它已成為一種聯網標準而廣泛地應用在商業辦公室中,以便讓網路和電腦之間進行通訊。多台電腦可在單一的區域網路中使用TCP/IP和其他協定,並以IP提供的路徑存取網際網路。TCP/IP促進了商業網路中快速、準確的檔案傳輸及用戶通訊。藉由乙太網路和TCP/IP進行的工廠資訊傳輸,能夠整合進普通商業網路和辦公應用。

工廠/公司資訊需求不同

在大多數情況下,工業網路需求與辦公環境的需求有所不同。在工廠層面,程式控制和自動化經常需要更嚴格的即時資料傳輸率。除速度外,相較於先前的網路技術,乙太網路能夠跨越距離和接受更多的設備,並且不會降低性能。

乙太網路可望成為適合未來應用的主流通訊技術,它可確保技術的不斷提升和精煉。今天所部署的乙太網路系統受惠於過去的重要經驗教訓。網路架構、安全性和資料管理必須要仔細地規畫,以便現在可以有效地工作,並且在未來要擴充時,只要最少的整合工作。

另一項須要消除的謬論是,開放性永遠等同於無縫互用性。儘管100Mbit/s乙太網路晶片具有通用性,但是,所選協定實施方案的不相容性也是事實。乙太網路輸入/輸出(I/O)標籤並不意味著所有產品在同一協定堆疊內是相容的。互用性是一個須要仔細評估的重要因素。

關鍵在於獲得正確資訊

工廠基層控制器如可編程邏輯控制器(PLC)、可編程自動控制器(PAC)和程式控制系統(PC)控制著機器和裝置的運行,以及它們的資料收集。正確的網路架構能夠有效地將公司管理連結至工廠基層PLC,及下連至裝置層面。

然而,普遍存在的資料透明度既可以授予權力(Empowering)也能壓制(Overwhelming)。篩選和選擇資料是網路融合成功的關鍵。各種類型的管理控制板(Executive Dashboard)和其他商業智慧及分析軟體應用,可將焦點集中在高階決策所需的關鍵指標、關鍵績效指標和其他資料。

切勿陷入速度迷思

與一般經驗中的延遲不同,當上網瀏覽或傳送檔案給附近的印表機時,機器對機器通訊的即時性需要較大的頻寬,但速度值是相對的。隨著技術的快速發展,最終,工業所期望的網路速度可以達到每秒Gigabit的範圍,相當於以更快的速度傳輸更多的資料。

單是資料速度並不一定會提高處理的速度,儘管近似的即時資料流有助於擴大協作與更有效率的工作流程。只有在相稱的過程和網路元件保持同步時,才能完全實現高速資訊的全部價值。

一般而言,只有極快速且涉及運動控制和精密自動化的製造過程需要適合高視覺、複雜運動和演算法的頻寬。對於大多數製造和製程應用,最簡單形式如10M~100Mbit/s的乙太網路通常就夠快了。

雖然在今天的世界裡,每家工廠都需要高效率,但重點應當是在生產能力,而不是速度。對於任何特定的製造商而言,合適的網路架構需要在所需的速度上正常運作,以達到理想的生產能力。

周全評估所有問題

來自工廠的即時原始資料通常沒有達到管理水準的要求,在大多數情況下也是不需要的。過去的公司文化經常把製造和行政管理定位為個別的實體,各有各的獨特環境和目標。藉由提供即時資料快照(Snapshot)或控制板來提供智慧診斷、品質控制、客戶服務和有效的生產計畫、排程(Scheduling)和生產跟催(Expediting),讓公司級整合能夠為製造商帶來明顯的效益。

一個封包中可傳輸的資料量也使得乙太網路成為診斷監控和故障檢修的理想工具。對先進監控和工廠診斷的需求愈來愈強勁,將加快每一週期的資料傳播,從而提高速度。

標準乙太網路廣受青睞,是因為它為非專有的,而且也比較便宜。理論上,這是事實。雖然,用於工廠流程領域的工業乙太網路零件是為在嚴酷環境中運行而設計的,要承受極端的溫度、濕度和振動,遠超出受控環境設施的條件。因為它們以更紮實的方式製造,所以工業級零件最初可能需要更大的成本。然而,它們是為了要在顯著延長的服務壽命期間有可靠的運作而設計製造的,因而整體擁有成本實際上是降低了。

從辦公室層面至工廠層面,擴展乙太網路應用須要使用帶有增強保護等級和至少5e(100Mbit/s高速乙太網路)類別性能的RJ-45連接器。針對乙太網路、工業乙太網路和開放式即時乙太網路(EtherCAT),更新的M12圓型連接器正逐漸成為市場上更通用的以D Code配置的產品。可以用無線來覆蓋距離,並且也能部署在不容易布線的工業區域內。在石化工廠內,無線通訊成為基準的情況越來越多。某些較新的設計是由小型太陽能面板供電。而且,乙太網路將受惠於新出現的無線技術。

許多公司為嚴苛的工業應用選擇配置光纖技術。相較於銅纜,光纜可提供更快的速度、更大的頻寬、更長的距離和更好的抗噪性能。雖然在大多數情況下,光纖系統成本較高,而且與舊有系統的相容性問題還有一些疑問,但隨著更多公司轉向全公司融合的方向發展,工業光纖線纜解決方案未來可能可以在工廠基層為資料完整性提供關鍵性的性能。

(本文作者任職於莫仕)

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