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議題資料
Future Trends and Research Priorities for CPS in Manufacturing
製造業用網路實體合系統的未來發展趨勢與研究重點
出版年 2017/01
出版機構 Cyber-Physical European Roadmap and Strategy (CyPhERS) Project
連結網址 https://www.eurocps.org/wp-content/uploads/2017/01/sCorPiuS_Final-roadmap_whitepaper_v1.0.pdf
摘要 過去的幾十年中,製造業生態系統面臨前所未有的突破性發展與新契機,並為製造企業應對日益增長的市場壓力。在這種情況下,資訊與通訊技術是保持競爭力和促進工業創新的關鍵推動力。特別是,網路實體整合系統(Cyber-Physical System, CPS)是突破性的研究領域,可提供製造業方面的資訊與通訊技術,也是實現歐盟2020年智能無處不在的願景與新的創新。
因此,成功創新策略是一個重要因素,在製造環境中廣泛地使用CPS工程,確保企業成功和創造就業機會的競爭優勢。網路實體整合系統一詞是在2006年由美國國家科學基金會所提出,它描述許多複雜、多學科、具物理意識的下一代工程,將整合嵌入式計算技術(網絡部分)到物理世界中的系統。這種整合主要包括從多學科角度來看物理系統的觀察、溝通、和控制。CPS整合雲端與服務面向的結構,並支持終端到終端的部署。產品和工廠生命週期過程都將受到很大的影響,舉例來說,甚至考慮產品生命週期的最後階段。相反的,在工廠生命週期的角度來看,CPS能夠與自動化系統,如:ERP、MES、SCADA、PLC的所有層級互動,能夠交換信息,從而產生更好的產品開發服務。
這些術語中,CPS有潛力衝擊歐洲的經濟和社會。事實上,歐洲生產的汽車、航空和醫療物品,佔全世界的30%。因此,歐洲正透過多項財政支持來關注這一個市場。然而,技術的提供者,必須創造新的商業模式,讓CPS能被小型和大型公司採用。如此做時,需要解決幾個挑戰,如:隱私、安全性、可靠性、人際互動、標準化和強大的連接性。
在製造環境中,CPS利用計算系統在建模方面得到進步,並結合來自低功率感測器和驅動器的大量數據。這些技術引導智能工廠和虛擬工廠的建立,由於CPS在不同環境中實現,公司需要新架構,才能整合工廠不同領域的自動化軟體(如:控制、診斷、建模、製程、人機界面等)。標準IEC 61499目前被採用,能夠處理軟體與硬體系統的建模方法。因此,本文已設定在行業中引入CPS的基本要求如下:(1)可適應於異質環境:整合尖端資訊系統、智能設備和現有環境(從以往的PLC到嵌入計算能力的智能物件)。(2)能夠在分散式網絡中工作:擁有高度可靠收集、傳輸和儲存來自智能感測器和驅動器的所有資訊,並可提供物聯網使用。(3)模組式的開放式架構:在價值鏈上必須確保多家供應商不同平台間的互通性。(4)整併人機介面:整合用戶友善和可靠的服務,讓決策者了解工廠的即時情況。(5)容錯:啟動預測控制迴路和自動化系統的正確性。
本文討論製造業中CPS技術的應用領域,提供廣闊的視野,並描述需要進一步研究計的重點。sCorPiuS計畫透過多次訪談和驗證活動,與工業專家和利益相關者緊密聯繫。sCorPius計畫團隊也與類似的單位保持聯繫,分享其願景並驗證主要成果。將願景轉化為路徑圖:路徑圖產生過程須與主要行業利益相關者緊密聯繫,為了要收集高度影響的第一手資訊。sCorPiuS專注於網路實體整合系統技術的作用,並沒有提出一個整體製造業的新願景。因此,sCorPiuS再做出的努力,收集工業、機構和學術團體資料,定義2020年製造業的願景。導航地圖:考慮工廠和相關流程,作為自主實體不受其營運的外部環境影響,不給製造環境有所限制。工廠擁有多種實體網絡不斷互動和交流資訊,這個複雜的生態系統包括參與者和利益相關者,我們定義社會、政治、經濟、金融、技術等影響。因此,在著重研究重點之前,須了解製造業建構路徑圖和sCorPiuS項目的核心與範圍,需要做一些建議來確定未明確處理的關鍵方面。感謝專家和利益相關者,在路徑圖定義進行的調查活動中,強調這些方面,幫助我們正確地將其置於整體構圖中。
sCorPiuS路徑圖提供給製造業的CPS工程,每一個研究優先項目被提出,並給予明確的目標,包含內容、影響和優先層級。關於sCorPiuS研究優先項目,討論以下:(1)面臨的挑戰:如:經營、經濟、環境、社會與未來產品,以及與本研究優先項目中的技術聯繫。(2)具體的技術推動力和背景因素:研究或創新活動需要解決具體技術(或非技術)的挑戰。(3)預期影響:將採用技術的主要影響和突破性描述,帶給製造業部門。(4)研究優先項目的對應:每一個優先項目根據其影響工業層次級別和CPS層級,與技術推動者的級別相對應。
摘要撰稿 蔡進聰
語文 English