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10月26日,凸版印刷宣布,它已经建立了一个系统,可以自动收集环境数据,如工厂的水位和废水的氢离子浓度等。

该系统采用ZETA技术(LPWAN低功耗广域网标准之一),该公司将其引入到日本的10家工厂内,首先从熊本工厂开始,该工厂生产引线框架等半导体零部件。

凸版印刷的熊本工厂建立了一个系统可以根据ZETA标准自动收集环境数据

我们通过采访参与该项目的人员,了解该系统的开发背景、公司引入系统后所做的改进实例以及在制造业工厂中使用物联网所面临的挑战。

| 公用事业设备亟需数字化

除了生产设备外,工厂还有用于供应、回收和排放工厂运营所需的电力、水、压缩空气、燃料、热量等的实用设备。

公用设备也被称为“人类的血液”,因为工厂停工就无法运转,对制造业来说至关重要。由于故障对环境的影响很大,显示设备运行状态的环境数据按照严格的标准进行管理。然而,许多工厂以模拟的方式进行维护,例如人们移动到带有检查设备的设施并目视检查环境数据。

比如在工厂废水的管理中,负责人走到废水处理厂,检查那里的PH值,看有没有不该混用的化学品或成分。

熊本工厂污水处理设施检查

很多情况下,使用的设备也是模拟的。在工厂内设一个无尘室,其温度、湿度和空气洁净度都得到了保持,因此也没有灰尘或杂质从外面带进来。

此外,所使用的设备是模拟的。工厂里有一个洁净室,保持温度、湿度和空气的清洁度,使灰尘和杂质不会从外面带进来,但一般来说,有一种温度和湿度的倾向,称为“温湿度记录仪”。测量设备是通过卷纸上画的线来判断的。

熊本工厂无尘室内温湿度记录仪

实际上,环境数据的收集是一个费时费力的过程。必须在各种设施中巡视设备,并绘制和管理检查值的情况并不少见,返回到其他建筑物如行政大楼,然后在个人计算机上输入Excel的情况并不少见。需要注意的是,这些过程是通过人力进行的,因而难免会发生数据输入的错误。

当然,人力检查发生事故的风险远比自动采集数据要高。如果每天检查一次,即使发现异常,也有可能是前一天发生的异常了。

另一方面,公用设备相当于一个成本中心,不产生利润,只汇总运营成本,成本效益严重,难以增加巡检人员。另外,由于故障的发生、恢复和改进,目前的项目数量已经达到,因此检查项目的数量也不能那么容易减少。

凸版印刷负责熊本工厂公用设备维护保养的电子事业本部制造本部环境安全推进部经理田口富志先生说:“当然,我想减少检查员。我想引入一种环境监测系统,通过投入人力进行分析和规划工作,并为预测性维护获取数据,以便在异常发生之前检测和处理”。

电子部制造本部环境安全推进部经理田口富志先生接受在线采访

| 建网难 转向系统内部开发

最初,凸版印刷试图在IT供应商的帮助下,推出一种从公用事业设备中自动收集环境数据的系统。但是,因为很难为整个工厂建立一个一体化的网络,他一度放弃了这个想法。

与集成在一座建筑物中的生产线不同,公用设备分散在工厂中,一些设备安装在建筑物的外部或地下室中。因此,无线电波无法到达某些地方。即使不同通信标准的无线电波到达,也存在网络集成的技术问题和解决这些问题的成本。

另外,很多室内外的模拟仪表没有数据输出功能,现有设备很难利用,如果换成支持数据输出的设备,成本和工作量都会很大,我理解。

电子部业务战略司市场部总经理Yoshihisa Aida先生表示:“各家厂商提出了将工厂内的设备与网络连接起来进行数据收集、链接的提案。有很多方案表示,“我做不到”。在考虑商业化预期的内部开发过程中,我了解到有许多与我们类似的公司同样没有在物联网方面取得进展,因此我们决定开发我们自己的数据收集系统”。

凸版印刷电子部业务战略司市场部总经理会田义久先生

| 多跳ZETA 连接室外和地下的中继器

ZETA,LPWA(低功耗广域网)标准之一,用于构建环境监测系统中使用的网络。虽然可以传输的数据量很小,但LPWA具有能够以低功耗在大范围内发送无线电波的特点。LPWA有多种标准,例如主要电信运营商建立基站提供LTE通信网络的许可系统,以及使用无需许可即可使用的无线电频段的非许可系统。

其中,ZETA是一种多跳通信标准,而且可以通过多个中继器建立起一个网状的无线网络。由于ZETA所消耗的电力相对较少,中继器可以采用电池供电,因此可以放在地下或户外没有电源的地方,并在厂内或厂外建立网络。此外,由于它使用不需要许可证的920MHz频段的无线电波,因此可以自由地安装基站天线和中继器。

熊本工厂安装的ZETA标准天线

虽然5G也能够实现大容量通信,但如果每天连续使用成千上万个传感器收集数据,运行成本会非常高。此外,使用5G系统,不仅需要获得授权许可证,还需要花费大量的施工时间。

Aida先生说:“ZETA的中继器是一种临时性的,安装的时候,设备本身就会自行组网。由于我们自己安装中继器来建网和收集数据,所以我们可以降低获取数据的成本。”我说的正是ZETA的优势。

ZETA的特点和来源:摘自凸版印刷材料

在凸版印刷的熊本工厂,已安装完成ZETA网络,大约1000个检测点正在数字化并连接到网络。与系统一起开发的数据传输设备“ZETA BOX”用于将现有测量仪器的输出信息数字化,并以ZETA通信格式传输。

连接到网络的测量仪器的数据,可以通过行政大楼负责人的个人电脑或平板电脑终端进行确认,并可以逐渐减轻检查工作的负担。我们还引入了一项设置,可在测量值超过特定值时提醒您。测量数据存储在基于云的系统平台“ZETA DRIVE”中。未来,该平台将与工厂监控系统连接,旨在实现可与生产设备运行数据和订单数据一起分析的操作。

田口先生说:“很难确定检查点的详细信息。大约有1000个检查点,我们重新检查测量仪器的数量和附加的传感器类型。在通信检查中,它在地下,一开始,在后台是不行的,但是我和IT系统负责人一起搭建了网络,同时调整了天线的位置。”他回忆道。

安装ZETA标准中继器

| 旨在通过系统升级提高工作效率和解决用工短缺问题

未来,公司将升级系统,提升整个工厂的效率。例如,AI(人工智能)分析工厂废水检测数据的图形转换,考虑如何使用PH调整化学品的改进计划,系统监控整个工厂电力消耗,避免不必要的浪费发生。

电子部制造本部环境安全推进部总经理立石富士夫先生说:“我们希望建立一个系统,让那些忙于检查的人可以专注于运行设备质量的工作,还需要考虑不需要人工检查的操作。我想把它带到“只要管理就不会发生事故”的水平,并通过AI等挖掘出专家或更高级别的判断,这样我们就可以做更多的事情。”

电子部制造总部环境与安全推进部总经理立石富士夫先生

此外,该系统的引入也将有助于改革现有维修保养工作作风,解决劳动力短缺问题。

维护保养工作是一项必不可少的工作,但却是一项艰巨的工作。检查必须在炎炎夏日或大雪天进行,如有异常必须日夜处理。此外,由于工厂地处偏郊区,人员招募困难,经常与其他公司争夺人力资源。

“我知道这一点,因为我自己也做过同样的工作,即使我很难检查它,但它似乎工作正常并且很自然,所以很难感觉到这份工作是否值得。通过引入该系统,我想表明我可以在设备维护和数据保存方面接受新的挑战,并使其成为一份有吸引力的工作”(立石先生)。

如今,商业活动需要考虑SDG(可持续发展目标)和ESG(环境、社会、治理)。例如由电气/电子制造商和汽车制造商以及IT公司等企业组成的RBA(负责任商业联盟)对公司进行独立审核,并对通过审核的公司进行认证。

现在,这些认证决定了业务的连续性。凸版印刷的一些工厂也支持RBA审核,但美国客户说“如果不通过RBA审核,就不会下订单”的情况并不少见。“不积极参与环境保护的公司正处于无法再做生意的阶段,”艾达指出。

目前,凸版印刷已经在对外销售其开发的系统,并将在2022年春季完成对模拟仪表的支持,到2022年底,它计划将其与专门为环保设计的监测系统一起提供给那些没有环境数据监测系统的公司。

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本文来源Techplus 作者: 田边隼

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