「達因國際」工業自動化的預警雲端服務平台商業模式規劃

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鹿鴻恩(Hung-En Lu) 查詢紙本館藏

畢業系所

高階主管企管碩士班

論文名稱

「達因國際」工業自動化的預警雲端服務平台商業模式規劃
(A Study on the Cloud-based Industrial automation Alert Service and Business Model Planning for the UNION Market Enterprise)

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摘要(中)

製造業需要大量的人力及設備，一場突如其來的工安災害，都將造成嚴重的財貨損失。一般的預警模式為現場警示，無法滿足即時性，若能建置「雲端預警」的功能，透過「平台服務」，「軟硬整合」產生新的商業模式是此次研究的目標。長期於產業中銷售感測器與記錄器，以應用經驗的優勢，規劃「預警模式」的類型，「預警效益」的差異化（有紙，無紙，數位，簡訊預警，雲端預警）；推廣平台應用的便利性，協助產業「預警系統」升級，進而經由雲端記錄，資料的交叉比對，發現「大數據」，對產業的競爭力，能有效的提升。
本研究以工業自動化監測系統的建置架構，導入「感測網路」技術，取代舊有的人工手動記錄巡檢作業，本監測系統以可預警，記錄，及可上雲的人機介面(Human–Machine Interface, HMI)做為資訊整合設備，將監測數據資料傳遞至遠端資料中心(伺服器)，以網頁圖形化的操作介面，顯示設備的數據及趨勢圖，並能動態設定多種預警警報，當「異常發生」能自行設定簡訊及郵件發送對象，改善自動化現場的即時管理機制，歷史數據儲存於資料庫，便於日後分析，以發現各個數據與數據間的關聯性，而當設備發生故障或異常時，現場端仍可保留發出警報(Alarm)聲響以提醒操作人員，同步處理。一般而言，現有的傳統產業工廠，自動化系統缺乏遠端監測與控制之能力，僅允許使用者執行現場操作，在設備中設定各種控制參數，多以「人力」來觀察產線狀況。本論文設計一個化繁為簡的服務架構，包含以下三部份：(1)數位或類比感測器安裝-以功能、規格、精度的需求，提供工廠運作所需的各類監測感測器(2)智慧型記錄器(通訊閘道器)-管理工廠內各項設備並利用雲端記錄服務，提供工廠運作所需的日/月/年記錄報表(3)網頁式操作介面-可讓使用者利用瀏覽器透過網際網路操作預警設定。
平台服務模式(1)感測器+平台租賃 (2)感測器+平台轉移，既替客戶自建私有雲。可服務不同的客戶需求，網路技術不斷演進，資料保密、儲存備份的樣態多元，成本降低，也是相關雲端服務普及的原因。
本論文之研究成果可以滿足製造業，工廠自動化遠端監控之技術提升。

摘要(英)

Manufacturing requires a lot of manpower and equipment. Sudden disasters will inevitably cause severe loss to the manufacturer. Most widely available alert systems are unable to function in a real-time setting. A well designed network-based system, integrating hardware, software and networks, may fulfill the needs. This can be offered through a cloud-based service.

This study propose an architecture for building a new generation alert system, based on the industrial automation monitoring system, incorporating sensor network technology to replace traditional human inspections to achieve effective early warnings. The proposed service will also assist companies to upgrade their management. Through well designed human-machine interface, massive data automatically collected through the senor network can be stored at a remote site. Effective use of the new data can result in new insights through mining of the “big data” that is unavailable before. The proposal simplified the operations, with three components, namely, installations of sensors, smart recorders for data collection and transmissions, and Web-based user interface for ease of use.

In addition, this study also analyzed the possible business model, whereby the proposed system can generate enough value for the company. Two alternative service plans can be offered to customers. First, cloud-based service with service charge, in addition to sensor installations. Second, selling of the cloud-base system as a product so that customers can provide their in house service through a private cloud. The services can be customized to meet different customer needs. A feasibility study reveals the viability of the proposal.

關鍵字(中)

★ 預警系統
★ 雲端服務
★ 工業自動化
★ 雲端記錄
★ 大數據
★ 物聯網

關鍵字(英)

★ Early Warning System
★ Cloud Service
★ IOT

論文目次

摘要 ------------------------------------------------------------------------------------------- i
Abstract ------------------------------------------------------------------------------------------- ii
致謝 ------------------------------------------------------------------------------------------- iii
目錄 ------------------------------------------------------------------------------------------- iv
圖目錄 ------------------------------------------------------------------------------------------- vi
表目錄 -------------------------------------------------------------------------------------------- x

第一章緒論 ------------------------------------------------------------------------------------1
1.1 研究動機 --------------------------------------------------------------------------------1
1.2 研究目的 --------------------------------------------------------------------------------1
1.3 研究流程 --------------------------------------------------------------------------------2
第二章文獻探討 ------------------------------------------------------------------------------3
2.1數位神經系統 ---------------------------------------------------------------------------3
2.2預警系統的類型 ----------------------------------------------------------------------- 4
2.3企業的雲端服務應用　------------------------------------------------------------------- 5
2.4雲端海量資料的興起 ------------------------------------------------------------------12
2.5 OODA循環 ------------------------------------------------------------------------------19
2.6長尾理論與平台服務 -----------------------------------------------------------------22
第三章感測器與工業控制器 --------------------------------------------------------------27
3.1自動控制的組成與感測類型 --------------------------------------------------------27
3.2遠端自動監控面臨的難題 -----------------------------------------------------------33
3.3自動化記錄器的行銷策略組合 -----------------------------------------------------33
3.4自動化控制與物聯網的產業趨勢 --------------------------------------------------37
3.5自動化設備的現場預警需求 --------------------------------------------------------43
第四章達因國際的服務平台策略 --------------------------------------------------------51
4.1 個案公司簡介 -------------------------------------------------------------------------51
4.2 個案公司之應用與解決方案 -------------------------------------------------------52
4.3 可應用於多領域的預警功能 -------------------------------------------------------59
4.4 智慧型機台的新商機 ----------------------------------------------------------------63
第五章工業自動化預警服務平台應用 --------------------------------------------------65
5.1 預警雲端平台 -------------------------------------------------------------------------65
5.2 雲端平台服務帶動硬體銷售成長 -------------------------------------------------70
5.3 預警服務平台之大數據應用 -------------------------------------------------------77
5.4 預警服務平台的獲利模式 ----------------------------------------------------------83
5.4.1預警雲端服務情境 -------------------------------------------------------------83
5.4.2預警雲端操作步驟 -------------------------------------------------------------89
5.4.3預警雲端收費模式 -------------------------------------------------------------94
5.4.4達因國際的「三方平台」架構 ----------------------------------------------98
5.5 可行性分析 ----------------------------------------------------------------------------100
5.5.1 技術可行性分析 --------------------------------------------------------------100
5.5.2 經濟可行性分析 --------------------------------------------------------------101
5.5.3 時程可行性分析 --------------------------------------------------------------102
5.5.4 法律可行性分析 --------------------------------------------------------------102
5.5.5 操作可行性分析 --------------------------------------------------------------102
第六章結論與建議 ------------------------------------------------------------------------105
6.1研究結論 ------------------------------------------------------------------------------105
　　代理商到平台服務商，是企業核心能力的進化策略
6.2 研究貢獻 ------------------------------------------------------------------------------106
　　預警記錄中，發現大數據　　　　
6.3 研究建議 ------------------------------------------------------------------------------106
工安預警，可將工廠防災制度化，建立標準

參考文獻 --------------------------------------------------------------------------------------108
中文部分 --------------------------------------------------------------------------------------108
網頁部分 --------------------------------------------------------------------------------------108

圖目錄
圖1-3 研究流程 -----------------------------------------------------------------------------2
圖2-1 　數位神經系統的運作流程 --------------------------------------------------------4
圖2-2 　預警通知 -----------------------------------------------------------------------------5
圖2-3-1 企業採用雲端開發平台(PaaS)比例 ------------------------------------------------6
圖2-3-2 企業所重視的雲端效益----------------------------------------------------------------7
圖2-3-3 企業未採用雲端服務的影響因素 -------------------------------------------------8
圖2-3-4 公有雲、私有雲與混合雲的採用比例 -------------------------------------------10
圖2-3-5 企業偏好的雲端計費方式 ----------------------------------------------------------11
圖2-4-1 持續增生的海量資料 -------------------------------------------------------------15
圖2-4-2 海量資料特性 ----------------------------------------------------------------------16
圖2-4-3 海量分析的轉換過程 -------------------------------------------------------------16
圖2-4-4 海量資料的資料類型 -------------------------------------------------------------17
圖2-4-5 企業於海量資料的投資意願 ----------------------------------------------------18
圖2-4-6 大數據的四個特性 ----------------------------------------------------------------19
圖2-5-1 OODA循環理論於商業應用 ------------------------------------------------------20
圖2-5-2 OODA循環理論 --------------------------------------------------------------------21
圖2-5-3 製程改進的戴明輪理論 ----------------------------------------------------------22
圖2-6-1 樂高的平台商業模式 -------------------------------------------------------------26
圖3-1-1 自動控制系統組成 ----------------------------------------------------------------27
圖3-1-2 自動控制的回饋系統 -------------------------------------------------------------29
圖3-1-3 感測器與控制器的遠端監控架構 ----------------------------------------------29
圖3-1-4 RS485通訊感測器的遠端手機預警 --------------------------------------------31
圖3-1-5 感測器是物聯網的關鍵產品 ----------------------------------------------------32
圖3-1-6 物聯網的成長趨勢 ----------------------------------------------------------------32
圖3-3-1 記錄器的類型 ----------------------------------------------------------------------34
圖3-3-2 記錄器的行銷組合 ----------------------------------------------------------------35
圖3-3-3 記錄方式的演進 -------------------------------------------------------------------36
圖3-5-1位移傾斜 ---------------------------------------------------------------------------- 43
圖3-5-2產線計數 ---------------------------------------------------------------------------- 44
圖3-5-3自動裁切 ---------------------------------------------------------------------------- 44
圖3-5-4液位控制 ---------------------------------------------------------------------------- 45
圖3-5-5河川流量 ---------------------------------------------------------------------------- 45
圖3-5-6轉速控制 ---------------------------------------------------------------------------- 46
圖3-5-7溫室管理 ---------------------------------------------------------------------------- 46
圖3-5-8網路通訊應用 ---------------------------------------------------------------------- 47
圖3-5-9現場警示燈 ------------------------------------------------------------------------- 48
圖3-5-10簡訊發報機(需外加SIM卡) ---------------------------------------------------48
圖3-5-11異常簡訊通報模式 ---------------------------------------------------------------49
圖4-2-1 環境監測現場 ----------------------------------------------------------------------54
圖4-2-2 環境監測實績 ----------------------------------------------------------------------55
圖4-3-1工業與資訊化的與時俱進 ---------------------------------------------------------60
圖4-3-2庫房溫度異常預警 ------------------------------------------------------------------61
圖4-3-3二氧化碳異常預警 ------------------------------------------------------------------62
圖4-3-4日照度異常預警 -------------------------------------------------------------------62
圖4-4 預警智慧型機台的商機 --------------------------------------------------------------63
圖5-1-1三層式架構 (三步驟說明，化繁為簡) -----------------------------------------65
圖5-1-2雲端即時監測示意 ------------------------------------------------------------------66
圖5-1-3可擴充的雲端服務架構 -------------------------------------------------------------67
圖5-1-4選項規格表 -------------------------------------------------------------------------68
圖5-1-5智慧型記錄器 ----------------------------------------------------------------------69
圖5-2-1農業環境感測雲端監測 (達因公有雲) ----------------------------------------71
圖5-2-2企業儀表板 (產線管理) ----------------------------------------------------------73
圖5-2-3企業儀表板管理 (管線壓力監測) ----------------------------------------------74
圖5-2-4壓力感測雲端監測 (A公司私有雲) -------------------------------------------75
圖5-2-5蓄電池溫度雲端監測 (B公司之私有雲) -------------------------------------76
圖5-2-6遠端自動上傳功能(FTP) --------------------------------------------------------- 77
圖5-3-1穀物溫濕露點管理,本文研究整理 ----------------------------------------------78
圖5-3-2機器對機器（M2M）控制技術 -------------------------------------------------79
圖5-3-3預警平台使用前 (再生胎生產設備) -------------------------------------------80
圖5-3-4馬達電流值/溫度/輪胎硬度 ------------------------------------------------------80
圖5-3-5電流值/溫度/輪胎硬度/黏度的關聯 --------------------------------------------81
圖5-3-6記錄電流值，人員管理的關聯 ------------------------------------------------- 82
圖5-3-7大數據應用 (數據間的關聯) ----------------------------------------------------83
圖5-4-1異常發報，動態顯示 ------------------------------------------------------------- 84
圖5-4-2物流業溫度移動式管理 ---------------------------------------------------------- 84
圖5-4-3地圖顯示畫面 ---------------------------------------------------------------------- 85
圖5-4-4虛擬實境畫面 ---------------------------------------------------------------------- 85
圖5-4-5預警發報，簡訊立即接收 ------------------------------------------------------- 86
圖5-4-6預警發報，郵件立即接收 --------------------------------------------------------86
圖5-4-7異常圖(報)表管理 ----------------------------------------------------------------- 87
圖5-4-8預警雲端產品型錄 ---------------------------------------------------------------- 88
圖5-4-9土壤水分感測 ---------------------------------------------------------------------- 89
圖5-4-10智慧型記錄器(HMI) -------------------------------------------------------------90
圖5-4-11帳號啟用 ---------------------------------------------------------------------------90
圖5-4-12感測器設定 ----------------------------------------------------------------------- 91
圖5-4-13顯示畫面選擇 ---------------------------------------------------------------------91
圖5-4-14監測畫面類型 ---------------------------------------------------------------------92
圖5-4-15異常狀態畫面 ---------------------------------------------------------------------92
圖5-4-16線上簡訊查詢及儲值 ------------------------------------------------------------93
圖5-4-17報表管理 ---------------------------------------------------------------------------93
圖5-4-18快速佈建-預警雲平台 -----------------------------------------------------------94
圖5-4-19達因國際的三方平台架構 ------------------------------------------------------98
圖5-4-20達因國際商業模式 ------------------------------------------------------------- 100
圖5-5-1 技術領域 --------------------------------------------------------------------------- 101
圖5-5-2 長尾成功案例 ----------------------------------------------------------------------- 104

表目錄
表2-6-3 讓客戶參與的樂高成功模式--------------------------------------------------------25
表3-3-4平台計畫實現效益比較 ----------------------------------------------------------36
表4-1-1個案公司簡介 ----------------------------------------------------------------------51
表4-2-1競爭力分析 (SWOT) -------------------------------------------------------------56
表4-2-2策略組合 (SWOT) ----------------------------------------------------------------57
表4-2-3商業模式的差異化 ---------------------------------------------------------------58
表5-4-3平台收費模式 (公有雲) --------------------------------------------------------- 95
表5-4-4預警雲平台的商業模式 ---------------------------------------------------------97

參考文獻

中文部分
[1] Osterwalder,Alexander (2012) 亞歷山大.奧斯瓦爾德，獲利世代，尤傳莉譯，
早安財經文化。
[2] Gates,Bill (1999)，數位神經系統，樂維良譯，商業周刊出版(股)

[3] Sull,Donald (2009)，哪些企業不會倒 ? 洪慧芳譯，天下雜誌。
[4] 今周刊 (2015)，「大數據你學了沒 ? 」 No.935，今周刊。

[5] 今周刊 (2014)，「台灣下一個翻身機會-物聯網」，No.921，今周刊。
[6] 松田久一 (2013)，策略圖解:大企業原來是這樣成功的，城邦文化。
[7] 胡世忠 (2013)，雲端時代海量資料分析，天下雜誌。
[8] 陳嚮陽，邱敬銓，邱泊寰 (2011)，Google Apps專為企業打造的雲端全能方案，
悅知文化。
[9] 遠播資訊(2015)，「物聯時代SCADA當道」，January2015，SmartAuto智動化。

網頁部分
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[6] MBA智庫百科(2009)，「製程改進的戴明輪圖」，accessed on 2015/04/05
http://wiki.mbalib.com/zh-tw/Image:%E6%88%B4%E6%98%8E%E5%BE%AA%E7%8E%AF.jpg

[7] 資通公司(2015)，「MES製造執行系統」，accessed on 2015/03/20
http://cimes.ares.com.tw/knowmes/whatsmes/

[8] 維基百科(2015)，「HMI人機介面」， accessed on 2015/03/20
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92

[9] 維基百科(2014)，「SCADA資料採集與監控系統」， accessed on 2015/03/12
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[10] 維基百科(2015)，「自動控制系統模型」，accessed on 2015/06/20
https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/%E8%87%AA%E5%8A%A8%E6%8E%A7%E5%88%B6

指導教授

范錚強(Cheng-Kiang Farn)

審核日期

2015-7-24

推文