WISE無線數據采集解決方案打造穩定易建置的設備監控與遠程管理應用
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研華科技
項目介紹：
當工業 4.0的實踐與生產效益的提升劃上等號時，除了制造業得積極從傳統制造轉型為智能制造，設備制造商也必須對自家機器進行功能改造，將原本只是代替人力自動生產的機器升級為可提供監控與管理的智能設備。透過導入傳感器與聯網技術，機器設備的相關信息即能匯集至管理平臺，讓工廠管理者能依據監測數據做出最佳決策以優化生產流程；同時設備制造商也可以遠程監控已售出機器的狀況，進而為客戶提供更完善的預防保養服務。 雖然為機器設備新增監控與管理功能的方法很多，但以需要實體接線的數據捕獲設備與有線網絡來實現設備聯網功能，其所付出的代價卻遠遠高于眾人的預期。因為，有線應用的最大缺點就是要花費較高的布建成本與較多的安裝時間；再加上每家工廠的使用環境也不盡相同，有些既有的場域根本無法額外增設網絡線；而且業主也不太可能僅為了提升功能就讓工廠長時間的停工或調整生產線來配合重新布線。種種的問題都增加了讓設備升級為智能設備的復雜度。 研華的WISE無線資料采集解決方案，不僅能以方便建置與靈活擴充的特性解決上述困擾，方案還提供了斷線續傳與抗噪聲干擾的功能來強化無線數據傳輸的穩定性，從而讓設備制造商可以在確保傳輸數據不丟包的情況下更容易也更快速地為客戶建置設備監控和遠程管理之應用。
系統需求：
位于蘇州的某設備制造商是專門為計算機、消費性電子與通訊等3C產品制造商提供非標自動化設備的廠商，包括華碩計算機、廣達計算機、鴻海富士康等知名的電子制造商都是其主要客戶。由于機器設備能否受到制造廠商的青睞，除了本身提供的功能之外，售后的設備保養與故障處理亦是贏得客戶高度滿意的重要關鍵。因此為了提供更好的維修服務、也為了順應工業4.0的趨勢，該公司早在幾年前就已為自家機器設備新增了設備狀態監控和預防保養服務。 此一設備監控管理功能原本是利用PLC、有線的數據捕獲設備和工廠內的局域網絡來完成。然而，隨著機器設備被銷往全球各地，工程人員每每遇到環境復雜與布線困難的案子就得花更多的時間進行評估規劃，較長的布線施工工期也影響了項目完成的進度，因而促使該公司決定改采無線解決方案，并率先導入鎖螺絲機與ATE測試機臺這兩款機器。
而為了解決有線應用的問題，新的無線解決方案必須提供的功能包括：外觀精巧的硬件產品避免占用過多空間；采用目前最廣泛使用的Wi-Fi通訊技術以便能快速組建設備聯網系統；針對無線網絡易受干擾導致數據丟包的現象提供必要功能來確保傳輸數據的正確性；支持標準協議讓設備聯網系統能與企業現有的MES/ERP系統對接。
系統概述：
研華以物聯網無線數據采集模塊WISE-4050與無線基地臺（AP）WISE-5121搭配嵌入式工業計算機UNO-2184G所組成的無線數據采集解決方案能大幅縮減導入設備監控管理系統時所需的建置成本與安裝時間。其中，貼附在機器設備旁的WISE-4050是負責收集設備啟停、故障、運行時間、產量計數等信息；而所有數據則會經由WISE-5121無線AP匯集至客戶工廠內的UNO-2184G進行初步運算處理，之后再傳送至設備制造商的控制中心供其遠程監控，并且為客戶量身打造設備維護與預防保養計劃。而工廠方面則能運用收集來的設備信息，以電子廣告牌實時顯示機臺的生產狀態，也能將資料匯入企業的MES/ERP以協助生產排程與物料需求之規劃。
僅手掌般大小的WISE-4050是集數據采集、處理和發布功能于一身的無線物聯網（IoT）模塊，其多種安裝選項（滑軌、背掛或堆棧）能讓用戶依現場狀況選擇最適合又不占空間的方式來安裝。透過支持IEEE 802.11 b/g/n 2.4GHz Wi-Fi標準，此款模塊可以輕松地與其他有線或無線以太網絡裝置整合。而為了保障無線傳輸的數據穩定性，WISE-4050還內建了閃存并提供附有RTC時間戳的記錄功能，從而能以斷線主動續傳機制確保數據正確性，有效避免數據丟包。另外，用戶可透過濾波功能來自行設定訊號過濾范圍，藉由自動濾除環境噪聲來解決數據傳輸受干擾的問題，讓無線資料收集在各種場域中都能正常運行。而支持RESTful協議則讓WISE-4050所收集來的數據不需經過轉換即能提供給其他軟件或系統使用。
WISE-5121則是一款采強固設計的工業等級微型基站，其能比一般商用的無線網絡設備提供更穩定與可靠的網絡通訊，因此非常適合像工廠這類環境較為嚴苛的場域使用。而且透過加裝支持PoE供電技術的WISE-5121，使用者不僅可以輕松地延伸既有的有線網絡，還能省去配置電源線的麻煩，藉此加快無線網絡之部署。至于UNO-2184G，無風扇、緊湊外觀、內建英特爾高性能處理器等特色都讓這款嵌入式工業計算機可以最佳性能來滿足工廠應用之需求。
項目實施：
系統架構圖：
結論：
在工業4.0的時代，整個制造業 - 不論是上游或下游廠商 - 都想掌握智能制造的商機，而應變速度的快慢則決定了企業的成敗。但在導入智能應用時，開發者常躊躇于到底要選擇耗時費工的有線配置、還是仍對穩定性有疑慮的無線配置。研華WISE無線數據采集解決方案透過斷線主動續傳、自動過濾噪聲和工規等級的產品讓設備制造商不再糾結于硬件配置而能同時擁有易于安裝與穩定傳輸的好處。由于能夠快速地為客戶建置設備監控與遠程管理之應用，新的智能設備在短短不到半年時間就已銷售了數十臺，也讓此項目的設備供貨商計劃為其他機器設備也導入研華的無線解決方案。
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