PCB 智慧製造聯盟(A-Team)

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為因應在下一世代的電子產品競爭,PCB製造業已逐在工業4.0與智慧製造應用佈局。2017年承政府支持成立PCB智慧製造聯盟(A-Team)以一個標準(PCBECI)及兩個平台(智慧製造技術平台+解決方案服務平台)為精神發展產業智慧製造的應用與案例。

 

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一、台灣PCB行業優勢與PCB A-team專案介紹

台灣PCB產業鏈2017年產值9077億,是在IC與LCD之後的第三大產業,其中PCB製造產值6314億,全球佔有率超過30%,台灣是最大PCB製造國。

但面臨國際競爭,產業有些待突破,台灣的PCB製造產業,過去在單機自動化相當成熟,但是在邁向工業4.0智慧製造,尚缺乏二個關鍵構成:一、 PCB產業並沒有像IC產業一樣,擁有共同的通訊協定,所以無法像IC產業可以往工業4.0快速發展。二、台灣PCB產業也缺乏整合的共通平台與數據分析的能力。

因此,在經濟部工業局的支持下,成立PCB A-Team導入標準通訊協定與共通平台,加速台灣PCB產業全體步入工業4.0。A-Team計畫是由研華科技、迅得機械、欣興電子、 敬鵬工業共同提案,組成PCB產業智慧製造團隊(A-Team)。

 

A-Team 計畫主軸如下:

透過「一個標準,兩個平台」,提供台灣PCB 產業智慧製造完整解決方案:

  • 一個標準:

遵循「台灣PCB 設備通訊協定(PCBEI)」規範,開發PCB 設備所需要之SECS/GEM Gateway 及Driver,讓國內PCB 設備連線機制能符合國際SEMI 標準,符合國際SEMI標準生產設備連線,並且發展智慧製造機聯網的應用。

  • 兩個平台:

智慧製造技術平台:涵蓋IaaS、PaaS以及SaaS的完整資訊平台,針對印刷電路板產業的共同問題,提供簡易快速的主體架構,透過此智慧製造架構的實施,能夠讓資訊化及電子化程度不同的電路板廠商,均可以快速銜接。透過這個智慧製造技術平台提供從端到雲的整體解決方案,以雲端(Cloud-enabled)技術架構為基礎的PaaS平台。

解決方案服務平台:研華運用高效能運算平台和製造業應用的能量,透過台灣電路板協會,結合具PCB解決方案能量之軟硬體廠商、學校研究團隊、研究法人單位,依照目標解決問題,垂直整合智慧製造廠商的解決方案,發展完整軟硬體模組。已經開發完成的解決方案將能夠透過本服務平台持續累積,使得本服務平台發展成為更豐富的解決方案平台,後續能夠協助有相同需求的PCB板廠業者,快速進行智慧製造優化升級。同時組成專業顧問團隊,快速提供電路板廠智慧製造優化規畫建議,加速整體產業智慧製造擴散與提升系統服務品質。

 

圖1 : PCB智慧製造共通平台架構

 

A-Team計畫試圖解決三項行業問題:

1. 面對少量多樣的訂單需求,耗費相當多的人工進行排程與換線調整,預期透過機台聯網與良率分析進行動態排程,導入最佳產線組合並縮短換線時程。

2. 面對機台臨時故障的生產損失,以及因客訴停止出貨的營業損失,預期透過機台聯網資料分析以進行預測保養,以及快速肇因分析,縮小客訴範圍與縮短恢復出貨時程。

3. 面對壓合漲縮偏差造成的高不良率損失,預期透過自動放板定位量測與數據分析進行自動分群,即時鑽孔回饋與新底片補償修正,提高效率與良率。

計畫執行期間,由研華先進行顧問服務與技術交流分享,中後期邀請相關業者,共創跨領域的大型系統整合公司,對未來之產業擴散複製提供長期服務。

PCB A-Team計畫的基礎,就是雲運算平台: 研華依此計畫開發WISE-PaaS。

 

二、A-Team研華WISE-PaaS私有雲的架構、功能特性與運維管理工具

A-Team研華WISE-PaaS雲平台架構具備眾多特性,以下簡述雲架構方案的特色:

圖2 : 研華WISE-PaaS技術架構

 
   

 

  1. A-Team研華WISE-PaaS私有雲架構

A-Team研華WISE-PaaS私有雲架構,基於Cloud Foundy (軟體運行管理)和OpenStack (硬體資源管理)兩大開源軟體基礎上快速構建,可滿足大規模運算與高可用性需求。

 

 

圖3 : 研華WISE-PaaS私有雲技術架構

 

  1. A-Team研華WISE-PaaS私有雲功能
  1. 基於Cloud Foundry,高可用零當機

​WISE-PaaS基於Cloud Foundry,提供給用戶快速創建、部署和管理雲端應用程式的能力。同時提供多層次的故障安全和服務體系結構,確保即使是在軟體和硬體系統升級過程中也能不中斷服務。

 

  1. 使用Container架構,支援彈性伸縮

WISE-PaaS 使用container 架構,只需分配運算資源給使用者就好,使用者用超過或是不須那麼多空間的時候都可以在運行的情況下通過管理介面做調整。支援增加設備向外擴展, 還能在用戶需求的範圍內進行運算資源的縮放。同時,縮放均可在不干擾正常系統運行進程的情況下進行。系統內建計量服務(Metering),可追蹤到每個使用者的資源使用量,優化平台資源利用。

 

  1. 單一簽入,多租戶接入,可計量性

WISE-PaaS提供單一簽入(Single Sign On,簡稱SSO)服務。利用SSO,可透過身份管理和策略管理控制帳號下有哪些資源的操作許可權,並讓使用者登錄一次便能使用所有平台上資源,包含應用及服務。

 

  1. 開發-操作執行

平台上的DevOps持續交付服務,最終實現產品的快速高品質交付,並提供7*24小時不間斷的服務。雲方案的使用者即使在系統升級和安全修補過程中也不會遇到任何中斷。這可以被認為是軟體發展和部署的 “lean-sigma”,在整個產品的生命週期中考慮和執行持續改進。

傳統模式下,如果要更新應用,基本上無可避免會存在宕機時間。而藉助DevOps持續交付服務,則可以實現不間斷服務的更新,這得力於平台上設置的藍綠部署。

藍綠部署是軟體部署模式的一個術語,藍色是現在正在運行的當前版本,綠色則是更新的版本。

企業可先部署綠色版本,然後對綠色版本執行冒煙測試(smoke testing)。通過測試後,才將應用流量逐步切換到綠色版本,然後監控綠色版本,一旦異常,立刻回滾到藍色版本。整個過程高效迅速,可以保證0當機升級,服務不間斷。

圖4 : 藍綠部署

 

  1. 端到端的安全設計

A-Team研華WISE-PaaS私有雲提供端到端的安全設計:身份驗證、使用權限設置、攻擊預防、用戶隱私設置等功能。

 

三、AI開發環境實現機器學習應用

A-Team研華WISE-PaaS 為專為工業物聯網及AI應用所設計,提供數據可視化、人工智慧學習與端點部屬工具讓使用者大幅減少撰寫程式的時間,快速嘗試機器學習模型,從快速嘗試中發掘有效益及可在線上運行的人工智慧方案。

 

機器學習與WISE-PaaS/AFS數據分析服務框架

過去,構建和部署ML模型所涉及的步驟需通過編碼,從收集及處理資料、模型訓練、模型部署到最終推理準確率的監控;需要資料科學團隊來構建解決特定問題的有效模型,還需要工程師團隊大幅投入才能將模型轉變為運營應用程式。

 

A-Team研華WISE-PaaS提供豐富的資料擷取設備和模組,確保能將所有有價值的物聯網資料傳輸到通用資料庫,透過簡單四步驟即可搭建可運行的AI環境及管理推論引擎的生命週期:

1. 將資料彙整置平台支援多種資料庫格式的WISE-PaaS:從關係型資料庫(PostgreSQL)、非關係型資料庫(MangoDB)、時間序列資料庫(InfluxDB)到物件儲存體(BLOB)。

 

2. 通過可視化工具 WISE-PaaS/Dashboard,用戶可透過拖拉介面顯示原始資料。並在顯示的圖表上進行注釋,做為監督式學習的依據標籤。

 

3. 使用大數據分析框架AFS (WISE-PaaS/Analytics Framework Services) 訓練ML模型。使用者可以瀏覽並選擇完整的AI解決方案或演算法,構建ML模型。使用者可選擇運算backend:如TensorFlow、Caffe、Torch等來推動模型計算。透過拖拉式介面,可選擇資料來源、資料預處理方式、演算法和最終推理引擎部屬運行的位置設計完整的AI解決方案。需精細調整演算法或是參數時,可通過Code IDE直接進行 Python 程式編輯。

 

4. 將學習出來的推論引擎佈建於邊緣運算 gateway 或是放置於雲,透過即時串流資料的分析,系統既可產出輔助管理或加速決策的預測。

圖5 : WISE-PaaS/AFS特性說明

WISE-PaaS平台採開放式系統, 供產業合作加值。加上統一的通訊標準, 提供工業自動化SCADA API與PCB專屬智慧製造服務, 並由產業+法人+公協會共同推展, 相較於其他平台, 本系統更符合產業複製擴散所需。

 

 

發佈單位:PCB Shop

更新時間:2018/10/01

 

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