ระดับชั้นพีระมิดระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม

          ระดับชั้นพีระมิดระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม หรือที่เรียกกันว่า “The Five-Layer Industrial Automation Pyramid” เป็นโมเดลเชิงแนวคิดที่ใช้แสดงโครงสร้างลำดับชั้นในระบบอัตโนมัติของอุตสาหกรรมในปัจจุบัน ซึ่งผู้ประกอบการนั้นสามารถนำมาเป็นแนวทางในการริเริ่มพัฒนาระดับอุตสาหกรรมของตนเองได้ จะประกอบด้วย 5 ระดับชั้นหลัก โดยแต่ละระดับชั้นมีบทบาทสำคัญแตกต่างกันออกไป ดังนี้

LEYER 1: Physical Layer

          ในชั้นนี้บางที่จะเรียกว่า “Field Layer” เพราะเป็นชั้นระดับล่างสุดใช้อุปกรณ์ทางฮาร์ดแวร์เพียงอย่างเดียวแล้วใช้ระบบไฟฟ้าในควบคุมเครื่องจักร (Hardwire Control) ซึ่งจะประกอบไปด้วย เซนเซอร์กับแอคชูเอเตอร์ (Sensor and Actuator)

          โดยเซนเซอร์จะเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า ได้แก่ เซนเซอร์ตรวจจับวัตถุแบบไม่สัมผัส (Proximity Sensor) เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ (Temperature Sensor) เซนเซอร์วัดแรงดัน (Pressure Sensor) เซนเซอร์วัดการไหล (Flow Sensor) ลิมิตสวิตซ์ (Limit Switch) และอื่นๆ เป็นต้น ซึ่งเซนเซอร์ที่ใช้ในทำระบบควบคุมทางไฟฟ้านั้นจะส่งสัญญาณในลักษณะ ON-OFF เป็นหลัก

          ต่อมาแอคชูเอเตอร์จะเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนสัญญาณทางไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนไหวทางกายภาพ ได้แก่ มอเตอร์ (Motor) โซลินอยด์วาล์วควบคุมของไหล (Solenoid Valves) นิวเมติกควบคุมระบบลม (Pneumatic) ไฮดรอลิกควบคุมกระบอกสูบ (Hydraulic) และอื่นๆ เป็นต้น โดยทั้งเซนเซอร์และแอคชูเอเตอร์นั้นบางส่วนก็จะทำงานร่วมกันผ่านรีเลย์ (Relay) ซึ่งยังไม่สามารถควบคุมสถานะการทำงานแบบอะนาล็อค (Analog) ได้โดยตรง แต่จะเป็นการทำงานในรูปแบบของดิจิตอล (Digital) นอกจากนี้ยังทำงานร่วมกับอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์อื่นๆ อีกด้วย เช่น ตัวนับเวลา (Timer) เป็นต้น

LEYER 2: Control Layer

          เป็นชั้นที่พัฒนามาจาก Layer 1 โดยจะมีการนำระบบการควบคุมทางซอฟแวร์ (Software Control) เข้ามาเกี่ยวข้องทำให้การปรับแต่งระบบการทำงานหรือการซ่อมบำรุงระบบคอนโทรลไฟฟ้านั้นมีความสะดวกและง่ายยิ่งขึ้น ในปัจจุบันจะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า “Programmable Logic Controllers” หรือ “PLC” นั่นเอง เป็นอุปกรณ์ทางดิจิตอลสำหรับควบคุมกระบวนการต่างๆตามที่เขียนโปรแกรมไว้ ซึ่งจะรับข้อมูลเข้าจากเซนเซอร์แล้วส่งข้อมูลออกไปยังแอคชูเอเตอร์ จะเหมาะกับระบบคอนโทรลไฟฟ้าที่ซับซ้อนมาก เพื่อที่จะลดความซับซ้อนในการต่อสายไฟและใช้ Relay ควบคุมจำนวนมาก ทำให้มีความหยืดหยุ่นในการทำระบบคอนโทรลไฟฟ้าเพิ่มยิ่งขึ้น

          ตัวอุปกรณ์ PLC นั้นสามารถทำงานร่วมกับ HMI (Human Machine Interface) ในการแสดงสถานะการทำงานต่างๆตามที่เราทำโปรแกรมไว้ รวมไปถึงการป้อนคำสั่งผ่านหน้าจอ HMI ก็สามารถทำได้เช่นกัน นอกจากนี้ยังสามารถทำงานร่วมกับ VFD (Variable Frequency Drives) ใช้ในการควบคุมความเร็วมอเตอร์ได้อีกด้วย

          นอกจากนี้ยังสามารถสื่อสารกับอุปกรณ์อื่นๆได้ผ่านโปรโตคอลสื่อสาร (Protocol) ที่หลากหลาย  ไม่ว่าจะเป็น Modbus, Ethernet/IP รวมไปถึงสามารถส่งข้อมูลให้กับ Gateway ในการทำอินเทอร์เน็ตทุกสรรพสิ่ง (Internet of Things: IoT) เพื่อเตรียมพร้อมในการเริ่มพัฒนาระบบอัตโนมัติขั้นต่อไป

LEYER 3: Supervisory Layer

          ในชั้นนี้จะเป็นการรวมระบบของชั้น Control Layer หลายๆระบบเข้าด้วยกันเพื่อที่จะได้ควบคุมระบบแต่ละส่วนได้อย่างทั่วถึงในอุตสาหกรรม ในปัจจุบันจะรู้จักชั้นนี้กันว่า “Supervisory Control and Data Acquisition” หรือ “SCADA” ซึ่งจะเป็นการแสดงผลกราฟิกข้อมูลในกระบวนการผลิตไว้ที่ศูนย์รวมข้อมูลแต่ละภาคส่วน ทำให้สามารถมองเห็นข้อมูลการผลิตแต่ละส่วนได้เป็นอย่างดี ในส่วนนี้การทำงานจะคล้ายกับระบบ Distributed Control System (DCS) หากกระบวนการผลิตเกิดปัญหาขึ้นมาก็จะสามารถรู้ได้เลยว่าส่วนไหนมีข้อพกบร่องเกิดขึ้น ไม่ว่าจะเป็นปัญหากระบวนการผลิต ปัญหาการทำงานของเครื่องจักร รวมไปถึงสัญญาณการแจ้งเตือนต่างๆ

          นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมระบบแต่ละจุดได้ตามต้องการ ซึ่งหัวใจสำคัญของชั้นนี้คือ ระบบ IoT ที่เป็นจุดเชื่อมโยงระบบแต่ละระบบเข้าด้วยกัน โดยจะมีการส่งข้อมูลไปยัง Big Data หรือ Cloud เพื่อเก็บข้อมูลไว้สำหรับการวิเคราะห์ต่างๆเพื่อให้การทำงานมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

LEYER 4: Planning Layer

          ชั้นนี้ชื่อว่า “Manufacturing Execution System” หรือ “MES” จะอยู่เหนือกว่า Supervisory Layer เป็นชั้นที่เกี่ยวกับการดำเนินการและการติดตามกระบวนการผลิตต่างๆแบบเรียลไทม์ (Real-Time) เป็นสะพานเชื่อมระหว่างระบบอัตโนมัติทั้งหมดกับระบบการวางแผนทรัพยากรองค์กร (ERP) ที่เป็นชั้นบนสุดของพีระมิดนี้

          ซึ่งระบบ MES นั้นจะเก็บรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลการผลิตเพื่อให้กระบวนการผลิตดำเนินไปอย่างมีประสิทธิภาพและเป็นไปตามแบบแผนที่วางไว้ มีฟังก์ชั่นการจัดตารางเวลา การจัดสรรบริหารทรัพยากร การติดตามและการจัดการคุณภาพการผลิตได้อย่างละเอียดตั้งแต่เตรียมวัตถุดิบไปจนถึงเป็นสินค้า ชั้นนี้มีความสำคัญมากเนื่องจากบริษัทต่างๆ พยายามที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและลดของเสีย ซึ่งช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถระบุปัญหาคอขวดและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากรได้อย่างคุ้มค่า

LEYER 5: Management Layer

          ชั้นสุดท้ายคือ “Enterprise Resource Planning” หรือ “ERP” มีส่วนช่วยให้ผู้บริหารควบคุมการดำเนินงานของบริษัทได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยรวบรวมข้อมูลจากทุกแผนก เช่น การผลิต การขาย การจัดซื้อ การเงิน และบัญชีเงินเดือน ทำให้ธุรกิจมีข้อมูลที่ตรงกันและโปร่งใส ซึ่งระบบ ERP นั้นจะช่วยให้การตัดสินใจ การวางแผนแต่ละส่วน และการจัดการทรัพยากรเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ

          โดยทางระบบ ERP ในอุตสาหกรรมจะรับข้อมูลจากชั้น MES และระบบอื่นๆ เพื่อให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับต้นทุนการผลิต ระดับสินค้าคงคลัง และการจัดการคำสั่งซื้อ ช่วยให้การดำเนินงานตรงตามเป้าหมายที่วางไว้ ทั้งนี้ระบบ ERP ยังเสริมสร้างความร่วมมือภายในองค์กร ทำให้การตัดสินใจดีขึ้นและการดำเนินงานสอดคล้องกับเป้าหมายทางธุรกิจ

สรุป

          ระดับชั้นพีระมิดระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมมีความสำคัญในการจัดการและควบคุมการผลิตอย่างมีประสิทธิภาพ โดยแบ่งออกเป็น 5 ระดับ ได้แก่

          1. Physical Layer ที่มีอุปกรณ์เซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์สำหรับรวบรวมข้อมูลต่างๆให้กับเครื่องจักรรวมไปถึงรับสัญญาณคำสั่งให้ทำงานในกระบวนการผลิต

          2. Control Layer ที่ใช้ PLC, HMI รวมไปถึงอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อควบคุมเครื่องจักรอัตโนมัติที่ใช้ในกระบวนการผลิตตามที่ได้ออกแบบโปรแกรมไว้

          3. Supervisory Layer ที่ใช้ SCADA ระบบ IoT และหน้าจอศูนย์กลาง (รวมถึง HMI) เพื่อแสดงข้อมูลการผลิตต่างๆ และให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมกระบวนการผลิตได้แบบเรียลไทม์

          4. Planning Layer ที่ใช้ MES ในการวางแผนในการบริหารจัดการกระบวนการผลิต แก้ไขปัญหาการผลิต รวมถึงการบำรุงรักษา

          5. Management Layer ที่ใช้ ERP เพื่อบริหารจัดการทรัพยากรทั้งหมดขององค์กร การแบ่งระดับนี้ช่วยให้การบริหารจัดการและการควบคุมระบบอัตโนมัติมีความชัดเจนและเป็นระบบ ส่งผลให้การผลิตมีความเสถียรและมีประสิทธิภาพสูงขึ้น

          ดังนั้นต้องเข้าใจถึงความสำคัญในแต่ละ Layer จะทำให้มองเห็นแนวทางในการพัฒนาระบบภายในองค์กรได้อย่างราบรื่น ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในการลงทุนในอนาคตอย่างแน่นอน