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作者:謝佩均(2004-03-07);推薦:徐業良(2004-02-28)
附註:本文為經濟部工業局「製造業自動化技術能力提升計畫」計畫書內容。

「行動式遠端監控系統之開發」計畫書

1.     公司簡介

鎧迪威塑膠實業股份有限公司於民國77年生產飲料杯開始,不斷努力創新技術,增加設備以滿足市場大量的需求,產品也從飲料杯擴展到各式食品容器,包括湯碗、麵杯、果凍杯、航空杯、布丁燒烤盒、冷凍或醃漬食品容器等。 為維持與客戶長久良好關係,鎧迪威公司也不斷求新求變,以符合市場需求的多變化,除了量產的容器外,也提供參與客戶產品開發及設計,以製作出客戶專屬的容器。目前己有數十台高級進口射出機從事生產,產品種類繁多,樣式齊全,交貨迅速,以達到產量與高品質的全方位包裝服務。

鎧迪威公司已自行研究並開發出國內第一套「模內套標」技術,「模內套標」技術是指在容器尚未射出成型前,將其標籤先套於模具內,再一同射出,使其標籤與容器完全溶合在一起,無法分開,不會受潮濕或其他外在因素的影響而剝離。容器與標籤均採用PP環保材質,不但省去印刷或收縮標籤的再次加工,減少產品再次受到污染的顧慮,其精美生動的程度,更是一等一。

鎧迪威公司未來更有進軍DVD光碟片生產的規劃,且計畫將機台設置於無塵室中,以符合自動化以及高科技產業的門檻,因此也積極研發遠端監控系統,讓人力資源有更好的分配,甚至將來整合在自動化倉儲系統中,提高產量及產能,甚至提昇公司形象。

2.     現況作業模式

鎧迪威塑膠實業股份有限公司是塑膠開模生產公司,工廠佔地約5000,但公司辦公室與生產工廠距離約5公里,基於管理及安全的考量,於四年多前裝設一套攝影監看系統,其監控系統傳輸模式如圖1的傳輸模式架構圖。由公司辦公室同時監看工廠16個不同位置。但監看攝影機為固定式裝置,拍攝視野有限,不能隨意操控至想監看位置;也因為架設位置分散使電源線與訊號線雜亂無章,導致維修時也不容易進行;且此攝影監看系統皆只有單向影像監看而無雙向語音溝通功能,臨時狀況仍須以電話溝通或其他方式與現場溝通;另外影像訊號需以微波傳送辦公室端,僅能固定在辦公室端監看,且訊號容易被干擾,當管理者洽公或至其他處所商談業務時,即無法使用此系統。且為因應未來公司的發展,希望研發一套整合監控與自動化倉儲的設備,提昇公司競爭力以及讓人力資源有更好的分配。

1. 辦公室端監控工廠廠房架構圖

3.     問題點及分析

鎧迪威塑膠實業股份有限公司希望委託元智大學機械系所協助開發一套行動式遠端監控系統。系統架構如圖2所示,使用者可以透過網際網路控制行動式遠端監控系統,且系統功能初步草擬如下:

(1)   行動式遠端監控系統外型如小型移動式機器人,高約120公分,最大移動速度約每秒20公分,解決原本攝影機固定無法移動的問題。

(2)   行動式遠端監控系統採用無線網際網路為傳輸平台,讓使用者能在任何地方透過網際網路操控本系統,且在遠端監控場地內依循鋪設軌道行進、停止等動作,甚至可讓使用者切換為手動模式,直接由鍵盤與滑鼠控制本系統。以網際網路為傳輸平台,解決微波傳輸有距離的限制。

(3)   為讓行動式遠端監控系統能在無線(無電源線、無訊號線)的架構下運作,因此設計用內部電池為其主要電力來源,且以單晶片控制使其能自動判斷且回到充電區進行充電,並且可以減少維修次數與不必要的麻煩。

(4)   使用者可藉由行動式遠端監控系統上的網路攝影機觀看遠端監控場地的影像,並可藉由行動式遠端監控系統上的麥克風、擴音喇叭與遠端監控場地內的人員進行雙向語音溝通,解決了原先的監看攝影機只是單向的監看無法直接相互溝通的問題。

考慮未來研發與應用,也會以系統穩健與強健性,為研發方向。以及增加攝影機機台的自由度,讓業務外出洽公或是商談業務時,也可順便展示公司中貨品生產、製作情況,增加客戶對公司的信心,提昇公司形象。

將來配合鎧迪威公司要投入生產DVD光碟的製作工廠,為求高產量,初步構想將運作的機器廠房做成一間無塵室工廠,此時更是需要行動式遠端監控系統,減少人為監控時進出無塵室的麻煩,甚至配合自動化倉儲系統,使整個生產廠房達到機械化、自動化的高科技產業。

2. 透過網際網路的行動式遠端監控系統架構圖

4.     實施構想與方法

依此上述功能規劃,圖3本系統應包括網路影音溝通與攝影機轉動平台、網路控制系統、路徑追蹤移動平台、環境感測裝置、與遠端監控場地無線區域網路等五項子系統,其中以網路單晶片控制系統為主要核心,連接控制其他子系統,管理者可以藉由網路登入到行動式遠端監控系統掌控廠房工作情況,遠端客戶也可以藉由網路觀看自己所定產品的製作及裝配流程,設備維修者也可藉由網路監控廠房機器運作情況,隨時可以對機台做維修與保養的處理,而各個子系統設計概念分別描述如下。

3. 行動式遠端網路監控系統設計概念圖

(1)   網路影音溝通與攝影機轉動平台

本系統應用網路攝影機(Network IP Camera)與語音模組(Audio Module)如圖4,達成單向影像傳輸與雙向語音溝通功能,辦公室人員使用個人電腦,連上網頁瀏覽器,登入系統指定IP位址,即可直接在網頁上看到生產工廠的影像,辦公室人員以個人電腦上的麥克風、擴音喇叭直接透過語音模組與生產工廠上的人員進行雙向語音溝通。

4. 網路攝影機與語音模組

為能增加行動式遠端監控系統上攝影機的拍攝範圍角度,搭配一可控制的二維方向轉動機構,辦公室人員可以網路遙控攝影機的動作,如圖5甚至將其裝設在多自由度的機械機構上,使其可以上下、左右轉動、升高降低等運作,使觀看視野更加擴大。

5. 多自由度的攝影機平台

(2)   網路控制系統

行動式遠端監控系統的控制核心是一塊八位元單晶片微控制器,如圖6。元智大學機械系投入網路伺服單晶片研究已有相當成果,所研發的「韌體乙太網路驅動程式(Firmware Ethernet BIOS)」,使單晶片擁有各種網路通訊與伺服器的功能,應用在本系統中,直接連結網際網路環境,上傳命令指令、下載系統動態資訊、收集監控資料等。此網路伺服單晶片應用在92年資訊月主題館遠距照護車,經過10天、每天8小時、約3000人實際操作,系統並無損壞,證實此系統的彈性、可靠度與普及性足可應用在本系統。

6. 網路伺服單晶片

(3)   路徑追蹤移動平台

行動式遠端監控系統需有一移動平台,用以承載相關設備在遠端監控場地依循指定路徑前進、後退、左右轉彎與停止等動作。目前自走車的控制方法可分為接觸式與非接觸式,接觸式是在地面鋪設實體軌道以供自走車行走,非接觸式有雷射導引、GPS定位系統等,其中無人搬運系統AGV(Automatic Guided Vehicle)常用於地面路徑追蹤技術,AGV應用光或磁的感測器會依地面使用反射光程度的不同或磁帶帶有磁性不同的訊號差,告知行動電腦自動判斷左、右轉。如圖7,使用光電感測器較適合本系統使用,只要在遠端監控場地內舖上不同於地面顏色的軌道貼紙,或是以噴漆形式,便可讓AGV可直接循著軌跡前進、後退、轉彎等動作,軌道直接貼附地面,不需地面施工,不影響貨物、人員移動,可由網路伺服單晶片設定作動模式,系統便會自動執行設定指令。

7. 自走車感測器佈置

(4)   環境感測裝置

行動式遠端監控系統本身也安裝環境感測系統,當軌道前方有障礙物時,會自動停止,發出警示聲響,待障礙物移除時,再自動前進。當有人員從周圍接近時,系統也會自動停止,避免意外狀況發生。同時也可以視需求加裝其他環境感測裝置,如溫度、濕度、噪音、照度等,將遠端監測場地環境狀況傳回使用者。

(5)   測試場地無線區域網路

辦公室與生產工廠之間裝設一條專用網路,以提供行動式遠端監控系統的訊號傳輸管道。工廠內部架設無線區域網路,而無線網路是使用IEEE 802.11G技術,其資料傳輸的頻帶為超高頻2.4GHZ,避開一般的無線電與手機接收的頻帶,減少了無線訊號間的干擾。並在地內,以多點基地台漫遊形式,避免通訊死角。

由各子系統的分析說明後,本計畫預計將進行的步驟與工作如圖8

8. 擬定進行與工作流程圖