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研华串联边缘及云端完整方案,为钢铁工厂打造AI设备监诊云端平台

2019/8/15
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国际知名的台湾钢铁企业,有感于设备故障诊断的低预测性,产线停摆仅能被动进行补救,加以资深设备维修管理人员其专业及经验难以传承,决定投入设备监诊云端化;期望透过WISE-PaaS云端数据平台、大数据分析、AI人工智慧 ( 震动分析之机器学习) 等技术,来完善设备维护、瑕疵检测及预防诊断,以智慧数位化补强人力不足,提升生产及管理效率。

以传统工厂的设备故障诊断而论,主要借重资深的设备维修管理人员,仰赖他们发现问题、或设备出现问题再排修,基本上算是被动补救的做法;只因一旦设备故障导致产线停摆,让企业蒙受可观损失,即便后续修复速度再快,也消弭不了这笔损失。  

著眼于此,不少企业规划建置设备诊断云端平台系统,期望让管理人员对所有设备运作状态瞭若指掌,在故障前夕儘速进行必要处置、遏阻问题发生,此外藉由分析历史资料对设备执行状态检测,以延长设备使用寿命。台湾某国际知名的钢铁企业正是案例之一,有感于产线上的设备位于恶劣环境,异常状况变化大。于是启动设备监诊云端化专案,希冀利用云端平台、大数据分析等技术弹性面对多变的异常状况,以提升生产及管理效率。


该钢铁企业审慎评估,认为研华提供的方案涵盖地端、边缘端与云端,内容相对完整,且拥有一定弹性空间,便于该公司日后执行二次开发,将自身服务能量叠加于系统,加上研华负责技术支援的 IoT.SENSE (IoT Solution Enabling Services)团队、对系统的掌握度甚高,因而择定研华的解决方案,藉此建构设备监诊私有云端平台示范线。

具体来说,该钢铁企业设定的建置目标共有五项,一是建立标准化资料上传机制,提升资料存取多元与相容性;二是规划机器学习标准作业流程,提高设备诊断正确性;三是导入可视化仪表板,提高资料解读性;四是导入边缘智慧运算技术,提高警报即时性;五是导入模组化软硬体架构,提高系统的可扩充性。

立足 WISE-PaaS,完美整合设备监诊管理、AI 模型生命週期管理机制

基于上述目标,该钢铁企业在设备监诊私有云中规划三个子架构,其中“边缘智能”以研华 Smart Machine Box (SMB)为核心,兼负资料撷取、地端运算处理等任务,而 Smart Machine Box 由工业电脑 MIC-7500 搭载 8 通道高精确度资料撷取卡 PCIE-1802 组合而成。其次“IaaS”则奠基于研华的 WISE-STACK-300 私有云系统。

至于最关键的“PaaS”部分,构筑在研华 WISE-PaaS/EnSaaS 物联网云平台上,而此钢铁企业也一举搭配启用多项服务,包括透过WISE-PaaS/Dashboard 来创建仪表板,因应现场操作人员、资料建模人员、系统维运人员等不同族群,提供不同的可视化介面;利用 WebAccess/SCADA 与 WISE-PaaS/DeviceOn 集中管理地端与边缘端装置,并在异常事故发生时主动推播告警;藉由 WISE-PaaS/APM 建立设备模板与管理配置,可快速扩增至多条不同的产线或厂区上,针对每台设备、每条产线及每个厂区设定事件告警逻辑与报表逻辑;透过 WISE-PaaS/AFS 做线上 AI 模型开发、训练,并以 AFS推理引擎 (Inference Engine) 将模型部署到 Edge 端设备;另启用 WISE-PaaS/OTA,满足远端软体更新管理需求。

经由边缘智能、IaaS、PaaS 联袂运作,最终形成状态检测、预防维护、讯号串流显示、警报推播等功能,一人工智慧加值的设备诊断云端解决方案。据悉,本次专案係以涵盖数百台设备的冷轧工厂为起点,Phase 0 先导入 1 台设备,验证WISE-PaaS 可否确实发挥监控效果;到了 Phase 1,则扩及 300 个测点,以验证系统扩充性,假使验证成功,后续複制速度就会很快。此钢铁企业与研华合作下,现已完成前述专案进程,下一步将从 300 个测点扩充至至其他上下游产线,发挥系统高扩容弹性。

值得一提,这次专案深具“共创”效应,一方面协助该钢铁企业打造自主可控的设备监诊系统,另一方面研华也藉由此钢铁企业的需求反馈,连带为 WISE-PaaS 加入许多实用功能,例如将 WISE-PaaS/SaaS Composer (3D流程可视化) 的画面刷新速度从秒级提升为毫秒级,或新增支援 RESTful API 以利将警示讯息传送到内部邮件系统,此外将原本的排队式训练改为并发式训练,以Multi-task 方式提高大量模型的训练效率。

透过此AI设备监诊云端平台,数据采集至WISE-STACK私有云平台后,进行云端设备管理配置、AI模型的开发、佈署与推理,以及后续设备运维,设备维护人员可即时监控设备状况,减少因设备故障造成产线停机,提升设备使用的寿命,推进自动化远端诊断程序及预防维护的功能。

系统架构图


专案导入

WISE-PaaS Industrial IoT Data Application Platform: 工业物联网数据应用平台
Cloud

WISE-PaaS/EnSaaS: 工业物联网云平台PaaS服务

WISE-PaaS/APM: 资产绩效管理服务框架

WISE-PaaS/AIFS: 人工智慧模型训练与部署服务框架

WISE-PaaS/Dashboard: 数据分析及可视化服务

 WISE-PaaS/OTA: 集中式远端软体升级服务

 Edge

 WebAccess/SCADA: 100% 基于浏览器的监控及资料采集(SCADA)软件

 WISE-PaaS/DeviceOn设备联网与边缘感测管理软件

WISE-STACK-300: 软硬整合边缘智能物联网私有云 

Smart Machine Box (SMB): 包含内建第六代Intel® Core™ i处理器的紧凑型无风扇电脑MIC-7500、8通道高精确度的PCI Express资料撷取卡PCIE-1802

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