IT+OT深度融合，強化企業(yè)數(shù)位優(yōu)化的手法流程

文：曹永誠 2021-4-26

智慧製造 智慧機械 數(shù)位轉(zhuǎn)型 IT+OT

本文分享，IT+OT深度融合如何幫助製造業(yè)工廠，從數(shù)位化後的數(shù)位優(yōu)化，走向數(shù)位轉(zhuǎn)型的路徑與手法流程；並依圖示由左到右，逐一揭示九個里程碑的應(yīng)用。

前兩篇文章，除了分享製造業(yè)工廠的數(shù)位化、數(shù)位優(yōu)化與數(shù)位轉(zhuǎn)型的架構(gòu)與價值外；也說明如何從智慧製造與智慧機械雙引擎上下合力，來提升製造業(yè)新競爭力。這其中的核心關(guān)鍵技術(shù)，必須從全方位掌控機臺全生活週期的數(shù)據(jù)，即以IT+OT深度融合的創(chuàng)新應(yīng)用，來強化數(shù)位優(yōu)化。

《延伸閱讀：智慧製造與智慧機械雙引擎合力，加速企業(yè)數(shù)位轉(zhuǎn)型》

《延伸閱讀：IT+OT深度融合創(chuàng)新應(yīng)用，落實企業(yè)數(shù)位轉(zhuǎn)型之路》

本文將進一步分享，IT+OT深度融合如何幫助製造業(yè)工廠，從數(shù)位化後的數(shù)位優(yōu)化走向數(shù)位轉(zhuǎn)型的路徑與手法流程。下圖一顯示，由左而右是推進路徑，①②③④⑤⑥⑦⑧⑨則是標示各里程碑的應(yīng)用。

然而，製造業(yè)工廠極度複雜，千人千面，不可能一概而論，所以這路徑是經(jīng)過簡化。實務(wù)上，工廠推進時，不太可能全產(chǎn)線/全機臺與全職能都一併同步推進，況且這樣的投資報酬率反而不高，還是得依照優(yōu)先次序、個別推進後再互相帶動。下文將針對圖一展開說明逐步推進的可行走法。

數(shù)位化走向數(shù)位優(yōu)化

如同上一篇所述，製造業(yè)企業(yè)進行數(shù)位轉(zhuǎn)型的第一步就是要先數(shù)位化°請參考圖一中的①所示 (以下簡稱為①，下文的其它標示都是雷同)，IT端大多會導(dǎo)入ERP/MES等系統(tǒng)，以表單+流程來管理公司，畢竟『管理靠制度、制度靠表單、表單靠電腦』°透過IT系統(tǒng)的導(dǎo)入，讓企業(yè)從數(shù)位化走向數(shù)位優(yōu)化，如②所示°

但在OT端就比較吃力了，傳統(tǒng)的機臺設(shè)備常缺乏感測器、有些感測器則是類比錶頭，因此如③，OT透過安裝感測器，並將類比錶頭改成數(shù)位等等，才能讓OT端做到數(shù)位化階段的電腦化°

但這還不夠，若數(shù)據(jù)只存放於機臺控制器，或僅能顯示在各類錶頭的小螢?zāi)唬瑏K不算完成OT數(shù)位化°這些數(shù)據(jù)須透過工業(yè)互聯(lián)，例如：以機聯(lián)網(wǎng)連接機臺控制器、或物聯(lián)網(wǎng)連接感測器或錶頭，將所有的數(shù)據(jù)串接、處理、儲存與應(yīng)用，這才算是完成OT端的數(shù)位化°

數(shù)位優(yōu)化的可視化─知道發(fā)生甚麼事

數(shù)位化後的第一步就是透過數(shù)據(jù)的可視，協(xié)作製造業(yè)現(xiàn)場，以『感知現(xiàn)在』引導(dǎo)做對的事情、對的決策°

以O(shè)T端來說，最簡單的方式就是將感測器的數(shù)據(jù)直接顯示，如④所示°但問題是製造業(yè)現(xiàn)場人員多數(shù)對這種感測器的原始數(shù)據(jù)『無感』，大概就僅能拿來確認是否超過上下限等等，對於現(xiàn)場的協(xié)助效益度不高°

例如：安裝振動感測器可以對馬達與軸承的健康做診斷°但若直接把這種昂貴感測器的高頻數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場的人機介面中直接顯示，說真的，除了少數(shù)特別受過相關(guān)訓(xùn)練者之外，絕大多數(shù)現(xiàn)場人員都會無感°

此時得透過工業(yè)機理-白盒子拆解的模式，將感測器所想偵測的部件或工藝，以相對應(yīng)的物理/化學(xué)定律做轉(zhuǎn)換，例如：將感測器的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成健康指標數(shù)據(jù)，如⑤°又例如：振動感測器數(shù)據(jù)可以採用FFT(快速傅立葉轉(zhuǎn)換)在頻率軸向來確認N次諧波的特徵，估算出馬達的健康指標°

很多部件都有其特性曲線，透過相對應(yīng)的工業(yè)機理可以分析出在時間軸向的特性曲線的偏移量，從而估算出健康指標數(shù)據(jù)°而這些經(jīng)過工業(yè)機理處理過的OT數(shù)據(jù)的可視化，對製造業(yè)現(xiàn)場的協(xié)作才會真正有效°

數(shù)位優(yōu)化的透通化─知道為何發(fā)生

對製造業(yè)現(xiàn)場來說，快速找到問題的根本原因後治本解決，才能降低浪費°然而經(jīng)常發(fā)生問題，就會案件發(fā)生一樣，嫌犯肯定跑掉，若想盡快抓到嫌犯(根本原因)，就須透過歷史數(shù)據(jù)『穿透過去』來重建現(xiàn)場，才能找到問題的根本原因，盡快解決，避免損失擴大°

透過OT+IT融合的歷史數(shù)據(jù)，以黑盒子模式，採用諸如統(tǒng)計的迴歸分析、大數(shù)據(jù)分析、甚至AI模型，來建立OT數(shù)據(jù)與設(shè)備異?；蚱焚|(zhì)不良的關(guān)係模型，如⑥，提供製造業(yè)現(xiàn)場有效找到問題根本原因的方法，快速且治本的解決問題°

數(shù)位優(yōu)化的預(yù)測化─從容應(yīng)對，最低損失處理

透過快速解決問題可以阻止損失的持續(xù)擴大，然而製造現(xiàn)場若常常處於救火狀態(tài)，容易造成生產(chǎn)效率低，且產(chǎn)生額外的浪費°換句話說，如⑤的健康指標固然有幫助，卻有其侷限性°例如：機臺的健康程度為34% (0%代表故障、100%是完全健康)，看似很先進與智慧，但目前絕大多數(shù)公司都無法善用°

34%的設(shè)備健康指標預(yù)估，代表設(shè)備並沒有壞掉，但看起來又像是快要壞掉°這設(shè)備確實還可以生產(chǎn)，甚至於還在正常生產(chǎn)中；但若要繼續(xù)派工生產(chǎn)，卻又讓人憂心忡忡，深怕隨時會發(fā)生故障。

所以，當製造現(xiàn)場拿到34%這樣的預(yù)測數(shù)據(jù)，到底是要安排設(shè)備維修，還是繼續(xù)生產(chǎn)，就頗令人頭痛°這些花費巨資所得到的智慧結(jié)晶，卻帶給製造現(xiàn)場主管苦惱，沒辦法發(fā)揮數(shù)字價值°

因此，得再次進行IT+OT融合，透過OT數(shù)據(jù)，例如：健康指標的變動(降低率)；與相對應(yīng)的IT數(shù)據(jù)，例如：當時所生產(chǎn)的品號與工藝等；以黑盒子模式的大數(shù)據(jù)分析或AI模型，建置健康指標與品號/工藝之間的關(guān)係模型；以『預(yù)測未來』預(yù)知該機臺相對於各品號與各工藝的剩餘可用產(chǎn)量或時數(shù)，如⑧°

例如：健康指標34%的設(shè)備，可以生產(chǎn)A品號1萬片，但若生產(chǎn)B品號，只能生產(chǎn)8千片等°而IT端，則透過APS(先進排程系統(tǒng))等系統(tǒng)，協(xié)助進行排產(chǎn)與排程優(yōu)化，如⑦°

這二者的預(yù)測化，包括IT端─從工單面向的排程優(yōu)化，與OT端─從機臺面相的可用產(chǎn)量預(yù)測，二者經(jīng)過互相參照，就可以讓製造業(yè)現(xiàn)場從容應(yīng)對未來的變化°雖然不可能零風險，但至少可以掌控因為設(shè)備衰退/老化的損失風險°

數(shù)位優(yōu)化的自適應(yīng)- 自動最適切安排，永保最優(yōu)化

當IT端與OT端的各項要素都逐漸走到預(yù)測化後，IT+OT就可以再次進行深度融合，例如：將自動排程演算法、與機臺設(shè)備之各品號/各工序的剩餘壽命模型結(jié)合，再加上維修所需備品數(shù)量、維修人力狀況，甚至各設(shè)備停機維修對在線工單的衝擊、違約成本等，將這些數(shù)據(jù)與模型深度融合，再經(jīng)由管理機制，自動規(guī)劃出最適切的排產(chǎn)/排程/派工安排，如⑨°

讓製造企業(yè)隨時因應(yīng)內(nèi)外部變動，保持最優(yōu)化運作，謀求最大競爭力，以此達到企業(yè)數(shù)位優(yōu)化，進而加速企業(yè)數(shù)位化轉(zhuǎn)型°

上述所分享的手法路徑，不是唯一的標準流程°

針對實際輔導(dǎo)的客戶案例，透過切產(chǎn)線、切職能與切階段的逐步實施，效果十分顯著；雖然無法一步到位，但手法確實可以被複製，讓IT+OT深度融合，有效強化企業(yè)數(shù)位優(yōu)化，並走向數(shù)位轉(zhuǎn)型，以此與產(chǎn)業(yè)先進們分享與交流°

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，專精於先進製程控制(APC)、智慧機臺控制系統(tǒng)、機器人自動化、智慧能源管理等領(lǐng)域。實務(wù)輔導(dǎo)百餘家製造企業(yè)之智慧製造藍圖規(guī)畫與軟硬體整合應(yīng)用。

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