近年來積極推動OT與IT融合的Rockwell Automation(洛克威爾自動化),為解決當前製造業普遍遭遇缺乏資料標準化與分析人才的困境,基於FactoryTalk InnovationSuite建構資料中台,蒐集彙整來自OT與IT的異質格式檔案,內建機器學習、AutoML等技術,讓各部門員工可自行取用輔助工作決策,達成以資料驅動營運發展。
針對人工智慧(AI)在製造業的應用,Rockwell智慧製造應用發展經理王展帆觀察,共通的問題是有效資料蒐集量不足,主要因素是蒐集與儲存方式缺乏標準化,須經過比對格式、參數、時間序等,讓資料先行正確地分類,才得以進一步運用。
「欲實踐AI賦能,首先得具備完整的資料平台,讓蒐集、清理、儲存、取用都能遵循標準規範執行。問題是目前缺乏標準規範,導致AI在製造業的應用多數為單點試驗,無法全面性擴展到所有產線。」王展帆說。
另一個普遍的現象是培養現場工程師成為資料科學家,實際上可發揮的效益並不高,畢竟建立演算模型須撰寫程式碼,若期望由日常工作已分身乏術的製程工程師來跨領域學習撰寫程式,AI應用的計畫推進速度勢必不如預期。因此王展帆認為,正確的做法是建構資料中台,讓異質資料格式得以正規化存放,同時制定標準存取準則,讓製程、品管工程師等現場人員運用資料中台的分析功能輔助工作任務,無須學習撰寫演算模型,依照標準流程操作即可滿足日常工作任務需求。
建構專屬OT領域的資安防護措施
IT與OT逐漸整合後,外部攻擊開始威脅到OT資產,已出現專門滲透可程式化邏輯控制器(PLC)的惡意程式,可說是製造業啟動轉型後須正視的資安風險。王展帆說明,IT既有的安全措施無法直接套用到OT場域,需要特別的回應處理。Rockwell身為OT領域供應商,提供的網路安全解決方案支援不同工業通訊協定,可攔截與解析網路封包後蒐集完整內容,再結合Clatory資安防護平台以辨識連網裝置類型並列出狀態指標,IT/OT管理者便可基於場域拓樸圖進行監看,並且針對工作流程中須嚴加控管資安風險的環節增添防護機制。
「若針對IT資安,我們確實不擅長,但是在OT領域的資安,Rockwell卻是佼佼者。」王展帆說,Rockwell設計的FactoryTalk AssetCentre集中式控管工具可提供保護、管理、版本控制、追蹤、報告,持續監控場域中自動化資產的資訊,並且具備弱點掃描、災難回復等機制,為OT領域建構完整的防護措施。
依據產業特性設計數位化應用模式
多數製造業之所以積極引進AI應用,主要目的在於解決人力難以處理的狀況,尤其是製程工程師、廠長等現場工作人員,可藉由AI輔助辨識與自動化方式,掌握產線運行流程的瓶頸、人為疏失環節。AutoML正是為了擁有領域知識但不懂撰寫演算法的現場工作者所設計,許多垂直產業的生產線,須熟悉製程才懂得運用資料來判讀有用的訊息,直覺易懂的工具有助於提升處理日常工作的效率。
儘管演算法模型分析已有長足進步,目前AI應用於製造業仍尚未普及,王展帆指出,常見的障礙主要是工廠環境設備多樣、可蒐集得到的資料量卻有限,不利於訓練高精準度的演算模型。其次是投入部署AI應用實際上難以準確地估算報酬率,若無法達到數位化營運目標,恐難以說服高階管理層導入應用。因此他強調,AI應用於製造業,須以工作流程為核心,提出合適的實作方法,才可發揮效益。
對於致力於轉型的製造業而言,首要得靠自家領導階層意識到數位化應用的必要性,先改變企業組織結構與文化,在公司內部成立獨立團隊負責推動數位化專案,接下來找Rockwell等外部顧問團隊加入,調整現有工作流程,並且引進工具建立標準化,如此一來,才可推廣到各個生產線。例如五金加工,仰賴的是老師傅工藝,可透過影像方式記錄,把老師傅的操作步驟轉化為數位資料,讓新進員工以擴增實境(AR)技術學習;化工業則仰賴製程配方,可採用資料探勘來挖掘,把老師傅判斷的準則轉化為演算分析與推論問題根源,進而提供故障排除的操作步驟。
以工作流程為核心實作AI應用
以工作流程為核心的AI應用實作方法,在製藥、半導體等具有標準規範的領域可快速落實。王展帆舉例,製藥廠的需求是合規性,必須按照法規規範,嚴謹地讓製造的藥品可被追溯,出廠藥品具備電子批次記錄,要能夠嚴謹地追蹤,必須有能力確實記錄,保障不被篡改,便須仰仗資料中台進行標準化,Rockwell顧問團隊能夠協助規畫機台資料、人工資料存放到中台的方法,並且建立可被稽核單位驗證的記錄報告。
Rockwell為企業建構的資料中台FactoryTalk InnovationSuite,結合PTC支援提供工業物聯網(IIoT)、機器學習、AutoML、擴增實境等技術組成,可支援上百種類的工業用通訊協定,即時蒐集與管理現場設備資料並加以關聯釐清脈絡,提供可採取行動的有效資訊。針對時序型資料提供FactoryTalk Historian Site Edition組成元件,可針對工廠大量製程資料、類比資料,採以最佳化方式儲存。
當前最受關注的ESG(環境保護、社會責任、公司治理)永續發展指標中,須計算工廠碳排放,例如分析高耗能機台每年冬天與夏天用量比較,類比資料轉換須先以最佳化方式儲存,提高取用的有效性,才可支應多達幾千萬筆的大數據運行分析。王展帆進一步說明,FactoryTalk Energy Manager組成元件可透過簡單易懂的儀表板監看耗電量,並找出可以改善與優化的區域。
此外,以往工廠環境專攻管理製程,現代化應用則須進一步整合諸如客訴等資料。例如Rockwell資料中台協助某鮮奶工廠提供生產履歷,整合了製程、客戶關係管理(CRM)等IT/OT系統,消費者只要掃描產品外包裝印製條碼,即可得知食品來源的地區、牧場位置等相關資料,公司收到客訴時亦可快速地追蹤到問題根源,提高客戶滿意度。