bootstrap slideshow

เทคโนโลยีการผลิตในอุตสาหกรรม 4.0

1. เทคโนโลยีในการผลิตแบบอุตสาหกรรม 4.0  

        เทคโนโลยีในการผลิต (Manufacturing Technology) มีหลายชนิด ซึ่งมีกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันไป ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่มีส่วนประกอบ ดังนั้นความสำเร็จของกระบวนการผลิตที่ใช้เครื่องจักรในการผลิตเกิดจากเทคโนโลยีที่มีความหลากหลาย ผู้ใช้งานจะต้องรู้ว่าในกระบวนการผลิตจะต้องตั้งเครื่องจักรอย่างไรโดยต้องเลือกและติดตั้งอุปกรณ์ให้มีการตัดวัตถุดิบที่ลึกและมีขนาดที่ต้องการ ซึ่งช่างเครื่องจะต้องพัฒนาเครื่องจักรให้หยุดการทำงานเมื่อมีการตัดวัตถุดิบได้ตามที่ต้องการ ซึ่งผู้ใช้จะตั้งความเร็วให้เครื่องจักรทำงาน และควรจะมีอัตราความเร็วในการป้อนชิ้นงานเข้าเครื่องจักรด้วย นอกจากนั้นชิ้นงานควรจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่ปลอดภัยและมีตัวหนีบกดหรือยึดอยู่กับที่ ดังนั้นในการตัดวัตถุดิบชิ้นงานจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่มีลักษณะเฉพาะ และสุดท้ายผู้ใช้จะต้องรู้สภาพของเครื่องมือ เพื่อใช้ในการตัดสินใจใช้เครื่องจักรเข้าแทนที่ หรือรู้ว่าเครื่องจักรควรจะหยุดและปรับปรุง ทั้งนี้ต้องอาศัยความชำนาญของช่างเครื่องและประสบการณ์ในการตัดสินใจ ในปัจจุบันมีการวิวัฒนาการด้านเทคโนโลยีและเครื่องจักรในการผลิตแบบอุตสาหกรรม 4.0 รวดเร็วมาก ซึ่งเทคโนโลยีและเครื่องจักรที่นิยมใช้มีดังนี้

  • ซอฟต์แวร์ (Software) ประกอบด้วย ซอฟต์แวร์ช่วยในการออกแบบ ( Computer Aided Design :CAD) ซอฟต์แวร์ช่วยในการผลิต(Computer Aided Manufacturing :CAM) , Computer Numerical Control (CNC), Direct Numerical Control (DNC), Programmable Logic Control (PLC), Numerical Control (NC), ซอฟต์แวร์ที่ทำให้โปรแกรมการผลิตเกิดผลดีที่สุด(program optimization software) และซอฟต์แวร์เชื่อมต่อระบบ (Systems integration software) ซึ่งสามารถศึกษาได้จากรายละเอียดของผู้ผลิตซอฟต์แวร์แต่ละราย
  • การเอาเนื้อวัสดุออก (Material Removal) ประกอบด้วยเครื่องจักร เครื่องกลึง(Turning) เครื่องกัด(Milling) เครื่องเจาะ(Drilling), เครื่องเจีย(Grinding) เครื่องสำหรับทำเกลียวใน(Tapping) เป็นเครื่องที่ควบคุมการกัดโลหะโดยการสปาร์คของกระแสไฟฟ้า(Electrical Discharge Machines :EDM) เครื่องแทงขึ้นรูป(Broaching) เครื่องเลื่อยกล (Sawing) เครื่องตัดพลังน้ำ(Water jet cutting equipment) และเครื่องตัดด้วยกระบวนการเลเซอร์(Laser process equipment) ซึ่งต้องศึกษาจากรายละเอียดข้อกำหนดของผู้ผลิตเครื่องจักรแต่ละราย
  • เทคโนโลยีกี่ผลิตโดยใช้ ซีเอ็นซี (CNC Manufacturing Technology) ส่วนมากใช้ในการขึ้นรูปโลหะ(Material Forming) กระบวนการปั๊ม (Stamping) การดัด(bending) การต่อ(Joining) การขึ้นรูปด้วยแรงอัดน้ำ(Hydro-forming) เครื่องกด (Presses) ตัดขึ้นรูปโลหะแผ่นด้วยการตัดเฉือน(Shearing) อุปกรณ์ขึ้นรูปด้วยวิธีร้อนและเย็น(Cold and hot forming equipment)
  • ระบวนการเติมวัสดุ (Additive Processes) รวมถึง การพิมพ์แบบสามมิติ (3D printing) เครื่องเผาผนึกวัตถุดิบที่ใช้ด้วยแสงเลเซอร์(Laser sintering) และอุปกรณ์ขึ้นต้นแบบอย่างรวดเร็ว(Rapid prototyping equipment)
  • ตัวยกชิ้นงาน (Work holding) เช่น หัวจับเครื่องกลึง(Chucks) อุปกรณ์จับยึดและอุปกรณ์กำหนดตำแหน่ง(Fixtures) ตัวรัดเพื่อปิดเปิด, (Clamps) แผ่นเหล็กยึดมุม(Angle plates) และเสายึดการทำเครื่องมือและเครื่องจักรสำหรับประกอบอุตสาหกรรม(Tooling columns)
  • เครื่องมือและเครื่องจักรสำหรับประกอบอุตสาหกรรม (Tooling) เช่น ดอกสว่าน(Drills) taps, reamers, เหล็กเจาะรู(Boring bars) แม่พิมพ์ขึ้นรูปโลหะทั้งโลหะแผ่น หรือ ก้อนโลหะ(Dies) เครื่องกดทำให้เป็นรู(Punches) และล้อเพื่อเจียระไน(Grinding wheels) แม่พิมพ์สำหรับขึ้นรูปวัสดุที่อยู่ในสภาพของเหลว(Mold)
  • การยกขนวัสดุ (Material Handling) เช่น สายพานลำเลียง(Conveyors) รถขนส่งเคลื่อนที่อัตโนมัติ(Automated wire guided vehicles) อุปกรณ์ยกแม่พิมพ์(Die handling equipment) หุ่นยนต์(Robots) ตัวเปลี่ยนพาเลท (Pallet changers) และอุปกรณ์ส่งต่อชิ้นงาน(Bar feed equipment)
  • ระบบอัตโนมัติ (Automated Systems) เช่น เครื่องจักรเพื่อเคลื่อนย้าย (Transfer machines) ระบบประกอบ (Assembly systems) ระบบอัตโนมัติในเซลล์การผลิต(Automated systems and cells) และระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น (Flexible Manufacturing Systems :FMS) 
  • การผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์ (Computer-integrated manufacturing) เป็นการนำเทคโนโลยีสารสนเทศมาช่วยในกระบวนการการผลิตเต็มรูปแบบ ซึ่งจะได้กล่าวในหัวข้อถัดไป
  • แบบจำลองดิจิทัลและการขึ้นรูปงาน (Digital modeling and fabrication) เป็นกระบวนการที่รวมการออกแบบกับการผลิตโดยใช้ซอฟต์แวร์แบบจำลองชิ้นงาน 3D หรือใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ(CAD) และกระบวนการผลิตใช้แบบเพิ่มวัสดุในชิ้นงาน หรือกัดวัสดุออกจากชิ้นงาน การพิมพ์แบบ 3D ใช้กับกระบวนการผลิตใช้แบบเพิ่มวัสดุในชิ้นงาน ขณะที่การใช้เครื่องจักรทำชื้นงานจะเน้นการกัดวัสดุออกจากชิ้นงาน เครื่องมือกลอนุญาตให้ผู้ออกแบบผลิตสินค้าตามรูปแบบในดิจิทัล บางครั้งก็ขนาดใหญ่กว่าที่แสดงในภาพในจอเป็นเท่าก็ได้ และมีการทดสอบงานที่เกิดขึ้นจริง เพื่อแสดงความถูกต้องความแม่นยำ -ของซอฟต์แวร์ และการเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ ตัวอย่าง เช่น การเชื่อมคอมพิวเตอร์เครื่องกัด กับการเตรียมชิ้นงาน โดยเริ่มจากการออกแบบ การขึ้นภาพ 3D และผลิตชิ้นงานในอุตสาหกรรม ลำดับการผลิตเกิดจากลักษณะที่เป็นวิกฤตในขั้นตอนการปฏิบัติงาน สถาปัตยกรรมสามารถเสนอผิวที่ซับซ้อนได้ในที่ คุณลักษณะวัสดุต้องกดดันให้ออกแบบตามลักษณะวัสดุ
  • ระบบควบคุมอุตสาหกรรม (Industrial control system :ICS) เป็นคำทั่วไปที่เรียกระบบควบคุมกระบวนการหลายแบบ และการใช้วิศวกรรมเครื่องมือวัดที่เกี่ยวข้องใช้ในการผลิตในอุตสาหกรรม รวมถึงระบบการควบคุมกำกับดูแลและเก็บข้อมูล (SCADA) ระบบการควบคุมแบบกระจาย (Distributed control systems :DCS) และการกำหนดระบบควบคุมที่เล็กลง เช่น PLC ที่มักพบเห็นในภาคอุตสาหกรรม และโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ

        การควบคุมมีพื้นฐานจากข้อมูลที่ได้รับจากสถานีที่อยู่ไกลเกินกว่าสายตาจะแลเห็นได้ เช่น การต่อคอมพิวเตอร์ในเครือข่าย โดยที่มีแม่ข่ายตั้งอยู่ระยะไกลออกไป เช่น การประมวลผลแบบกลุ่มระยะไกล (Remote batch processing) การรับรู้ระยะไกล (Remote sensing), หรือเครื่องปลายทางระยะไกล (Remote terminal) เป็นต้นสามารถส่งสัญญาณ นำเข้าสู่ระบบอย่างเป็นอัตโนมัติ หรือมีคำสั่งการควบคุมที่เดิมส่งจากผู้ปฏิบัติงาน เปลี่ยนเป็นส่งข้อมูลจากสถานีระยะไกลด้วยอุปกรณ์ควบคุมแทน หรือเรียกว่าอุปกรณ์ในหน้างาน(field devices) อุปกรณ์นี้ควบคุมการปฏิบัติงาน เช่น การปิดเปิดวาล์ว การปิดเครื่อง โดยรวมข้อมูลจากระบบเซนเซอร์ และการติดตามสภาพแวดล้อมจริงในที่ทำงานโดยมีสัญญาณที่สามารถส่งเสียงเตือนได้ 

        ห้องควบคุม DCS จะเป็นศูนย์กลางในหนึ่งแห่ง ส่วนมากจะควบคุมโรงงานทั้งโรงงาน และสามารถเชื่อมต่อออกข้างนอกได้ในปัจจุบัน โดยห้องนี้จะรวบรวมข้อมูลของทั้งโรงงาน แล้วแสดงเป็นกราฟฟิคบนจอคอมพิวเตอร์ ผู้ควบคุมจะเฝ้าติดตามและควบคุมทุกส่วนของกระบวนการ ที่สามารถทำให้โรงงานรักษาสภาพการทำงานให้ปกติได้ตามที่แสดงในรูปที่ 4.1 โดยมีโครงสร้างการควบคุมตามที่แสดงในรูปที่ 4.2

Mobirise
รูปที่ 4.1 ห้องควบคุมแบบกระจาย
Mobirise
รูปที่ 4.2 โครงสร้างระบบการควบคุมแบบกระจาย (DCS Structure)
  • ระบบซ่อมบำรุงอัจฉริยะ (Intelligent Maintenance Systems :IMS) เป็นระบบที่ใช้ประโยชน์จากการใช้ข้อมูลที่ได้รวบรวมไว้จากเครื่องจักร เพื่อพยากรณ์และจัดทำซ่อมบำรุงเชิงป้องกันเพื่อป้องกันการล้มเหลวหรือความเสียหายของเครื่องจักร การที่เครื่องจักรพังทำให้ต้นทุนซ่อมสูง และเสียโอกาสทางธุรกิจ เพื่อหลีกเลี่ยงการพังของเครื่องจักรจึงจำเป็นต้องมีระบบหนึ่งเพื่อทำการวิเคราะห์พฤติกรรมของเครื่องจักรแต่ละเครื่อง และจัดทำระบบเตือน และออกคำสั่งให้มีการซ่อมบำรุงเชิงป้องกัน นั่นคือต้องมีการติดตั้งเซนเซอร์ที่ล้ำสมัย ระบบรวบรวมข้อมูล การจัดเก็บข้อมูล และโอนย้ายกำลังการผลิตไปเครื่องอื่น เครื่องมือวิเคราะห์ข้อมูลจึงทำเพื่อวัตถุประสงค์นี้ การมีข้อมูลมากขึ้นเกี่ยวกับเครื่องมือการวิเคราะห์ข้อมูลสามารถพบอาการซึ่งเป็นลาง เป็นเครื่องแสดง ซึ่งแสดงอาการ การรวบรวมข้อมูลภาพรวม การจัดเก็บ การแปลงข้อมูล การวิเคราะห์และตัดสินใจเพื่อให้เกิดการซ่อมบำรุงอัจฉริยะ ที่เรียกว่า ระบบซ่อมบำรุงอัจฉริยะ
  • เทคโนโลยีการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์กับอุปกรณ์ (Machine to Machine or M2M Communication) เป็นเทคโนโลยีการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์กับอุปกรณ์ด้วยกันเองผ่านเครือข่ายต่างๆ โดยระบบคอมพิวเตอร์ในอุปกรณ์หรือเครื่องจักรแต่ละตัวสามารถติดต่อสื่อสารทั้งแบบใช้สาย และไร้สาย สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกันโดยที่ไม่ต้องมีมนุษย์เข้าไปเกี่ยวข้องหรือสั่งการ และดำเนินการตัดสินใจ เพื่อบรรลุเป้าหมายตามที่มนุษย์กำหนด ซึ่งต่างกับระบบโทรมาตร (Telemetry) ที่เป็นการสื่อสารทางเดียวจากระบบเซ็นเซอร์มายังระบบคอมพิวเตอร์แบบทางเดียวและไม่ฉลาดพอที่จะตัดสินใจ ยังต้องอาศัยมนุษย์คอยดูข้อมูลและตัดสินใจ
  • การบํารุงรักษาเชิงพยากรณ์ (Predictive manufacturing system: PMS) เป็นอุดมคติในการผลิตที่ระบบได้ตั้งโปรแกรมที่สามารถนับจำนวนที่ผลิต เวลาในการผลิต และติดตั้งชนิดของอุปกรณ์อัจฉริยะที่ยอมให้ประเมินสภาพเครื่องจักรที่แท้จริง การตรวจจับข้อบกพร่องและสิ่งที่ผิดปกติ ที่น่าจะเกิดปัญหาในอนาคต หรือการวิเคราะห์รากเหง้าของปัญหา เป้าหมายของระบบนี้ คือทำให้สามารถทราบว่าเครื่องจักรและระบบ ได้รู้สภาพตัวเองว่ามีกำลังความสามารถมากน้อยเพียงใด เทคโนโลยีหลักของ PMS เพื่อให้เครื่องสามารถบันทึกข้อมูลกำลังความสามารถจากระบบ คือ ระบบคำนวณการทำงานอัจฉริยะที่ประกอบด้วยระบบการวิเคราะห์ที่ล้ำสมัยเพื่อนำสู่หน้าที่การบํารุงรักษาเชิงพยากรณ์
  • การควบคุมกำกับดูแลและเก็บข้อมูล หรือสกาดา (Supervisory control and data acquisition :SCADA) เป็นประเภทหนึ่งของระบบการควบคุมอุตสาหกรรม (Industrial Control System or ICS) ที่มีการควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ที่เฝ้าดูและควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่มีอยู่ในโลกทางกายภาพ ระบบ SCADA ในอดีตแยกตัวเองจากระบบ ICS อื่น ๆ โดยเป็นกระบวนการขนาดใหญ่ที่สามารถรวมหลายหน่วยงานและระยะทางกว้างใหญ่ กระบวนการเหล่านี้รวมถึงอุตสาหกรรม, โครงสร้างพื้นฐาน, และกระบวนการที่มีพื้นฐานมาจากการให้บริการ

        สกาดา เป็นสถาปัตยกรรมระบบควบคุมระบบหนึ่งที่ใช้คอมพิวเตอร์ การสื่อสารข้อมูลบนเครือข่ายที่สร้างไว้ และการเชื่อมกับผู้ใช้ในรูปกราฟฟิคสำหรับการจัดการควบคุมกระบวนการในระดับสูง แต่ใช้อุปกรณ์ซึ่งอยู่รอบนอก เช่น เครื่องควบคุมเชิงตรรกะที่สามารถโปรแกรมได้(Programmable Logic Controllers) และ ระบบควบคุมพีไอดี(Discrete PID controllers) เพื่อเชื่อมไปยังกระบวนการในโรงงานและเครื่องจักร ผู้ควบคุมสามารถติดตามและออกคำสั่ง เช่น ควบคุมตรงที่จุดเปลี่ยนแปลง โดยทำผ่านระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมหรือ SCADA ตรรกะในการควบคุมแบบเรียลไทม์ หรือการคำนวณของตัวควบคุมทำผ่านชุดเครือข่ายที่มีที่เชื่อมไปยังเซนเซอร์ และแอคทูเอเตอร์

        ระบบควบคุมพีไอดี หรือระบบควบคุมแบบสัดส่วน-ปริพันธ์-อนุพันธ์ ( PID controller) เป็นระบบควบคุมแบบป้อนกลับที่ใช้กันอย่างกว้างขวาง ซึ่งค่าที่นำไปใช้ในการคำนวณเป็นค่าความผิดพลาดที่หามาจากความแตกต่างของตัวแปรในกระบวนการและค่าที่ต้องการ ตัวควบคุมจะพยายามลดค่าผิดพลาดให้เหลือน้อยที่สุดด้วยการปรับค่าสัญญาณขาเข้าของกระบวนการ ค่าตัวแปรของ PID ที่ใช้จะปรับเปลี่ยนตามธรรมชาติของระบบ

        เซนเซอร์ (sensors) คือตัวที่ทำหน้าที่รับแรงกระตุ้นจากสิ่งแวดล้อม

        แอคทูเอเตอร์ (actuator) คือส่วนที่มีหน้าที่ตอบสนองและปรับเปลี่ยนรูปร่าง ตำแหน่ง ความถี่ธรรมชาติ หรือลักษณะเฉพาะทางกลอื่นๆ เพื่อตอบสนองการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สนามไฟฟ้า และหรือสนามแม่เหล็ก

  • บริการ 4.0 (Service 4.0) เป็นคำที่ใช้เรียก เทคโนโลยีและการบริการ ที่สนับสนุนงานด้านต่างๆ ในองค์กรในยุคสรรพสิ่งผ่านอินเตอร์เน็ต เช่น การบริการบนพื้นฐานให้เกิดโซ่คุณค่า โดยใช้พื้นฐานจากเทคโนโลยี เช่น ข้อมูลขนาดใหญ่ และการเคลื่อนไหวที่รวดเร็วของข้อมูล ในยุคสรรพสิ่งผ่านอินเตอร์เน็ต และอินเตอร์เน็ตของการบริการ เป็นโอกาสที่บริษัทที่ให้บริการด้านต่างๆ ที่ทำให้ให้เกิดความเจริญก้าวหน้าอย่างก้าวกระโดดในด้านประสิทธิภาพ และประสิทธิผล เป็นโอกาสของผู้ใช้บริการที่สามารถค้นหา และได้ประโยชน์จากคุณลักษณะใหม่ๆ ที่เดิมเป็นไปไม่ได้ แต่ในยุคสรรพสิ่งผ่านอินเตอร์เน็ตสามารถทำได้ 

2. ระบบการผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์ (CIM)

        อุตสาหกรรม 4.0 มีความเป็นอัตโนมัติในการส่งข้อมูลในทุกจุดที่เกี่ยวข้อง และการนำเทคโนโลยีอัตโนมัติมาใช้ในการควบคุมการผลิต การผลิตที่ได้บูรณาการ ร่วมกับคอมพิวเตอร์(CIM) จึงเป็นระบบที่มีความสำคัญ และเป็นพื้นฐานในการยกระดับสู่อุตสาหกรรม 4.0 อย่างแท้จริง

        2.1 ความหมายของการผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์(CIM)

เป็นการผลิตที่ใช้คอมพิวเตอร์เพื่อควบคุมกระบวนการผลิต การเชื่อมต่อนี้ทำให้กระบวนการแต่ละกกระบวนการเกิดการแลกเปลี่ยนข้อมูลกันในทุกครั้งที่มีการเริ่มต้นกิจกรรม การผลิตทำได้รวดเร็วขึ้นและลดความผิดพลาดจากการเชื่อมต่อกับระบบคอมพิวเตอร์ เกิดประโยชน์คือทำให้เกิดกระบวนการผลิตแบบอัตโนมัติ บางครั้ง CIM ขึ้นกับกระบวนการควบคุมแบบวงรอบปิด(Closed-loop control processes) โดยการได้รับข้อมูลแบบเรียลไทม์จากเซนเซอร์บนเครื่องจักร เพื่อสร้างระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น

Mobirise
รูปที่ 4.3 การผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์ (CIM)

        CIM ย่อมาจาก Computer Integrated Manufacturing หรือแปลว่า การผลิตที่ได้บูรณาการหรือเชื่อมต่อร่วมกับคอมพิวเตอร์ หรือ บางหน่วยงานอาจจะเรียกว่า การจัดระบบการผลิตแบบบูรณาการ หมายถึงกระบวนการจัดระบบการผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมและจัดระบบข้อมูลเชื่อมโยงกันเพื่อให้สามารถผลิตชิ้นงานได้อย่างอัตโนมัติ และมีประสิทธิภาพสูง ตังแต่การนำเข้าวัตถุดิบ การขนย้าย การป้อนชิ้นงาน และการสั่งเครื่องจักรทำงานอัตโนมัติ ไปจนถึงการเก็บรักษาและบรรจุ เพื่อรอจำหน่ายดังรูปตัวอย่างการใช้งานที่แสดงในรูปที่ 4.3  

        2.2 องค์ประกอบของการผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์ จากรูปที่ 4.4 การผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์จะเริ่มจากการตลาดและกลยุทธ์องค์กร มาจัดทำแผนกลยุทธ์(Strategic Plan) จากแผนกลยุทธ์จะเชื่อมงานเข้าสู่โครงการเพื่อเลือกวิธีออกแบบ/CAD/CAM ความต้องการผลด้านคุณภาพ และวิธีการผลิตในระบบการผลิต เมื่อออกแบบเสร็จจะได้ข้อมูลทางเทคนิคเพื่อคำนวณความต้องการวัสดุ ภาระงานที่ต้องจัดให้เครื่องจักรและแรงงานว่าจะทำอะไร เมื่อไร จะจัดซื้ออะไร แล้วส่งผล และการจำลองสถานการณ์ไปยังแผนแผนกลยุทธ์ เมื่อลูกค้าสั่งซื้อมา ฝ่ายวางแผนการผลิตจะขอให้มีการประมาณราคาไปยังฝ่ายออกแบบ และวางแผนเข้าสู่การผลิต และผลิตเป็นสินค้า ข้อมูลทั้งหมดจะเก็บไว้ในฐานข้อมูลและทั้งระบบมีฐานการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ 

Mobirise
รูปที่ 4.4 ผังการไหลของการผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์(CIM)
Mobirise
รูปที่ 4.5 วงล้อของการผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์(CIM)
จากรูปที่ 4.5 ได้แสดงเกี่ยวกับการดำเนินงานในโรงงานหนึ่งต้องเกี่ยวข้องกับงาน 4 ส่วนคือ 
  • การออกแบบ (Design) โดยใช้ CAD เพื่อจำลองรูปทรงสินค้า การวิเคราะห์ทางวิศวกรรม การทบทวนการออกแบบและการประเมิน และการเขียนแบบโดยอัตโนมัติ
  • การวางแผนการผลิต (Manufacturing Planning) โดยใช้ CAM เพื่อประมาณราคา คอมพิวเตอร์ช่วยงานวางแผนกระบวนการ(CAPP) การเขียนโปรแกรมเพื่อทำชิ้นส่วนผ่านเอ็นซี การทำมาตรฐานการทำงานด้วยคอมพิวเตอร์ การวางแผนความต้องการวัสดุ(MRP) และการวางแผนกำลังการผลิต
  • การควบคุมการผลิต (Manufacturing Control) โดยใช้ CAM เพื่อควบคุม และตรวจสอบกระบวนการ การควบคุมพื้นที่ทำงาน และใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการตรวจสอบสินค้า
  • หน้าที่งานเกี่ยวกับธุรกิจ (Business Function) โดยใช้ระบบบริหารธุรกิจผ่านคอมพิวเตอร์(Computerized Business System) ตั้งการรับคำสั่งซื้อจากลูกค้า ระบบบัญชี การจ่ายเงินเดือน การจัดซื้อ การออกใบเรียกเก็บเงินจากลูกค้า และการจ่ายเงินผู้ส่งมอบสินค้า

การผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์ สามารถสรุปองค์ประกอบที่สำคัญดังนี้

        2.2.1 เทคนิคคอมพิวเตอร์ช่วยงาน (Computer-aided techniques) ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์ช่วยงานออกแบบ (Computer-aided design :CAD) คอมพิวเตอร์ช่วยงานวิศวกรรม (Computer-aided engineering :CAE) คอมพิวเตอร์ช่วยงานผลิต (Computer-aided manufacturing :CAM),คอมพิวเตอร์ช่วยงานวางแผนกระบวนการ (Computer-aided process planning: CAPP) คอมพิวเตอร์ช่วยงานรับประกันคุณภาพ (Computer-aided quality assurance :CAQ) คอมพิวเตอร์ช่วยงานควบคุมและวางแผนการผลิต (Production planning and control: PPC) ระบบการวางแผนทรัพยากรองค์กร (Enterprise resource planning : ERP) และระบบทางธุรกิจที่ได้รับการเชื่อมต่อกับฐานข้อมูลส่วนกลาง(OLAP, Data Mining) 

        2.2.2 อุปกรณ์และเครื่องจักรที่ต้องการ (Devices and equipment required) ประกอบด้วย เครื่องจักรซีเอ็นซี เครื่องจักรดีเอ็นซี ระบบพีแอลซี คอมพิวเตอร์ ซอฟต์แวร์ ตัวควบคุม เครือข่าย การเชื่อมต่อ และอุปกรณ์การตรวจสอบ(Monitoring equipment)

        2.2.3 เทคโนโลยี ประกอบด้วย ระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น (Flexible manufacturing system : FMS) ระบบนำออกและจัดเก็บสินค้าอัตโนมัติ(Automated storage and retrieval system :ASRS) ยานพาหนะในการขนส่งอัตโนมัติ(Automated guided vehicle :AGV) หุ่นยนต์ และระบบสายพานลำเลียงอัตโนมัติ

        CIM และระบบควบคุมการผลิต เป็นระบบที่ใช้เพื่ออธิบายความเป็นอัตโนมัติของโรงงานผลิตที่กระบวนการขับเคลื่อนภายใต้การควบคุมจากคอมพิวเตอร์และข้อมูลแบบดิจิทัล โดยมีความท้าทายเพื่อการพัฒนาระบบให้ทำงานราบรื่นดังนี้

  • การเชื่อมต่ออุปกรณ์จากผู้ขายหลายรายที่แตกต่างกัน เช่น เครื่อง CNC สายพานลำเลียง หุ่นยนต์ การใช้โปรโตคอลสื่อสารที่ต่างกัน ในกรณียานพาหนะในการขนส่ง(AGVs) ที่บางครั้งเพียงเวลาในการชาร์จแบตเตอร์รี่ต่างกันก็เป็นสาเหตุของปัญหาได้
  • การคงสภาพข้อมูล (Data integrity) ระดับความเป็นอัตโนมัติที่สูงขึ้น เป็นจุดวิกฤติในการคงสภาพข้อมูลที่ใช้ควบคุมเครื่องจักร ในขณะที่ระบบ CIM ประหยัดแรงงานประจำเครื่อง แต่ก็จำเป็นต้องมีคนคอยดูว่าสัญญาณข้อมูลจากเซ็นเซอร์ว่ายังใช้ได้ในการควบคุมเครื่องจักรได้หรือไม่  
  • การควบคุมกระบวนการ (Process control) คอมพิวเตอร์อาจจะได้ใช้เพื่อช่วยการทำงานของคนในโรงงาน แต่ก็ยังต้องใช้ผู้ออกแบบสำหรับใช้งานซอต์แวร์ที่ควบคุมการผลิต

        2.3 ขั้นตอนการทำงานในการผลิตที่ได้บูรณาการร่วมกับคอมพิวเตอร์ ระบบนี้เป็นระบบอัตโนมัติที่สมบูรณ์แบบของสิ่งอำนวยความสะดวกในการผลิต เช่น โรงงาน ทุกฝ่ายของโรงงานอยู่ภายใต้การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ เริ่มจากการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ(Computer aided design) ตามด้วยการใช้การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิต(Computer aided manufacture) ตามด้วยการใช้การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในจัดเก็บและกระจายสินค้า(Automated storage and distribution) ระบบการคอมพิวเตอร์ที่ได้เชื่อมต่อควบคุมทุกเรื่องที่เกิดขึ้นในการผลิต รูปที่ 4.6 โดยแบ่งเป็น 10 ขั้นตอนดังนี้   

            ขั้นที่ 1 การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ(Computer Aided Design) การออกแบบสินค้าทั้งหมดทำผ่านคอมพิวเตอร์ เมื่อแล้วเสร็จต้องทดสอบโดยการจำลองบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ก่อนว่างานใช้ได้จริงหรือไม่ ก่อนขึ้นต้นแบบ ถ้าไม่ได้ต้องปรับแก้งานบนจอและลองทดสอบใหม่ด้วยซอฟต์แวร์ ส่วนมากทำผ่าน CAD 

            ขั้นที่ 2 การผลิตต้นแบบ (Prototype Manufacture) เป็นการที่ชิ้นงานที่สร้างขึ้นเป็นแบบฉบับเพื่อสร้างชิ้นงานอื่นให้มีลักษณะเดียวกัน ต้นแบบได้รับการผลิตบนเครื่องจักร เช่นเดี่ยวกับรูป 3 มิติจากการพิมพ์ ซึ่งผลิตต้นแบบที่เป็นแบบจำลอง 3D ที่มีความถูกต้อง โดยใช้เครื่องเซาะร่อง CNC และเครื่องตัดเลเซอร์มาใช้ผลิตให้เหมือนจริงที่สุด บางครั้งแบบจำลองการทำงานก็ได้รับการผลิตจากโรงงานจริง

Mobirise
รูปที่ 4.6 การผลิตที่ได้บูรณาการหรือเชื่อมต่อร่วมกับคอมพิวเตอร์

            ขั้นที่ 3 ระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมการทำงานของโรงงานเพื่อให้ได้วิธีที่เกิดประสิทธิภาพสูงสุด ระบบจะทำการคำนวณต้นทุน วิธีการผลิต จำนวนที่ผลิต การจัดเก็บและกระจายสินค้า   

            ขั้นที่ 4 ระบบคอมพิวเตอร์ทำการสั่งวัตถุดิบที่จำเป็นเพื่อเข้าผลิตเป็นสินค้า และรักษาต้นทุนให้ต่ำสุด ใช้ปรัชญาการผลิตแบบทันเวลาพอดี(Just in time) นั่นหมายถึงวัตถุดิบ ชิ้นส่วนที่ได้สั่งซื้อจะเข้ามาเมื่อต้องการผลิต เก็บไว้เพียงเล็กน้อยเพื่อเป็นสต็อกรองรับความไม่แน่นอน ยกเว้นการเก็บเพื่อลดเวลาการผลิตให้น้อยลง . วัตถุดิบได้รับการสั่งซื้อใหม่โดยอัตโนมัติเพื่อทำให้โรงงานทำงานอย่างราบรื่นและต่อเนื่อง 

             ขั้นที่ 5 การผลิตเริ่มจากสินค้าได้ทำการผลิตโดยใช้ CAM (Computer Aided Manufacture) ระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมเครื่องจักรซีเอ็นซี เช่น เครื่องตัดเลเซอร์ เครื่องสำหรับตัด เจาะ ฉลุ เซาะร่องที่ทำงานผ่านซีเอ็นซี และ เครื่องกลึงซีเอ็นซี

            ขั้นที่ 6 ควบคุมคุณภาพทุกขั้นตอนการผลิต สินค้าได้รับการทดสอบโดยใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมการตรวจสอบและทดสอบโดยอัตโนมัติ ความถูกต้องแม่นยำได้รับการทดสอบอย่างอัตโนมัติ เมื่อมั่นใจว่าสินค้าได้รับการผลิตในขนาดที่ถูกต้อง

            ขั้นที่ 7 สินค้าหรือผลิตภัณฑ์ประกอบโดยใช้หุ่นยนต์ ซึ่งได้รับการควบคุมแบบอัตโนมัติด้วยระบบคอมพิวเตอร์

            ขั้นที่ 8 คุณภาพสินค้าได้รับการตรวจสอบก่อนจัดเก็บเพื่อการกระจายไปยังลูกค้า การจัดเก็บทำด้วยอัตโนมัติ หมายความว่าระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมยานพาหนะในสายการผลิตเพื่อย้ายสินค้าสำเร็จรูปจากพื้นที่ผลิตเข้าเก็บในพื้นที่จัดเก็บ และระบบคอมพิวเตอร์ติดตามสินค้าแต่ละตัวโดยใช้บาร์โค้ดติดกับสินค้า เพื่อง่ายในการอ่านและบันทึกลงระบบคอมพิวเตอร์

            ขั้นที่ 9 สินค้าเคลื่อนย้ายโดยอัตโนมัติจากคลังสินค้าไปยังรถบรรทุกเพื่อกระจายไปยังลูกค้า

            ขั้นที่ 10 บัญชีการเงินได้มีการปรับปรุงให้ทันสมัย การออกบิล และการเบิกจ่ายเงินผ่านระบบคอมพิวเตอร์

        2.4 ประโยชน์ ความสำคัญ และเป้าหมาย CIM จะอนุญาตให้กระบวนการทำงานที่มีลักษณะเฉพาะกระจายข้อมูลไปเพื่อการเริ่มต้นของการทำงานในกิจกรรมอื่นๆ โดยการนำระบบคอมพิวเตอร์เข้ามาทำงานร่วมกันจึงทำให้กระบวนการผลิตนั้นมีความรวดเร็วขึ้นและสามารถจัดการกับข้อผิดที่จะเกิดขึ้นได้ดังนั้นการนำระบบ CIM มาช่วยในการกระบวนการผลิต คือการทำให้กระบวนการผลิตนั้นสามารถทำได้อย่างอัตโนมัตินั่นเอง

        ความสำคัญและเป้าหมายโดยรวมของ CIM และระบบสารสนเทศโรงงาน คือ การสร้างกระบวนการทำงานของโรงงานให้มีความยืดหยุ่นและคล่องตัว โดยการผลิตอย่างมีประสิทธิภาพจะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพ ดังนั้น ระบบ CIM จึงสนับสนุนแนวคิดเรื่องระบบการผลิตที่มีความยืดหยุ่น การผลิตที่มีความคล่องตัว และการจัดการคุณภาพโดยรวม (Total Quality Management) ระบบสารสนเทศช่วยให้บริษัททำงานได้ง่าย เป็นอัตโนมัติ และผสมผสานงานที่ต้องการในการผลิตผลิตภัณฑ์ทุกชนิด เช่น คอมพิวเตอร์ถูกใช้เพื่อช่วยให้วิศวกรออกแบบผลิตภัณฑ์ได้ดีขึ้นโดยใช้ทั้งคอมพิวเตอร์ช่วยในงานวิศวกรรม (Computer-aided Engineering : CAE) และคอมพิวเตอร์ช่วยงานออกแบบ (Computer-aided Design : CAD) นอกนั้นยังใช้ช่วยในการวางแผนประเภทของวัตถุดิบที่ต้องการในกระบวนการผลิต ที่เรียกว่า การวางแผนความต้องการด้านวัตถุดิบ (Material Requirements Planning - MRP) และการผสมผสาน MRP เข้ากับตารางการผลิต (Production Scheduling) และการจัดการหน้างานเกี่ยวกับคนงานและเครื่องจักร (Shop Floor Operations) ซึ่งรู้จักกันในชื่อ การวางแผนทรัพยากรด้านการผลิต (Manufacturing Resource Planning)

        2.5 ระบบย่อยของ CIM (Subsystems in CIM) การนำระบบ CIM มาช่วยในกระบวนการผลิตจะไม่เหมือนกับโรงงานที่สามารถสั่งกระบวนการทางานอัตโนมัติแบบสมบูรณ์แบบแม้กระทั้งไฟโรงงานก็สามารถตั้งให้เปิดปิดได้เองได้ (Lights-out) แต่ระบบ CIM จะถือว่าเป็นระบบย่อยที่จะช่วยในการะบวนการผลิตนั้นทำงานได้กึ่งอัตโนมัติด้วยการนำระบบคอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยในการบวนการผลิต

        2.6 การวิเคราะห์และใช้ข้อมูลร่วมกัน การวิเคราะห์และการใช้ข้อมูลร่วมกันหรือการใช้ข้อมูลแบบบูรณาการเป็นการวางระบบการใช้ข้อมูลเพื่อใช้ร่วมกันทั้งระบบเพื่อลดเวลาการทำงานและความยุ่งยากด้านการนำข้อมูลไปใช้มีหลักการดังนี้คือ

  1. รับข้อมูลที่มีอยู่แล้วแปลงให้ใช้งานได้ในระบบที่ต้องการ
  2. วางแผนการผลิตรวม(Aggregate Planning) วิเคราะห์ทั้งระบบ
  3. เชื่อมโยงและสั่งงานผ่านระบบอัตโนมัติ
  4. วิเคราะห์และควบคมการจัดซื้อการใช้วัสดุให้สัมพันธ์กับยอดสั่งชื้อ
  5. วิเคราะห์การใช้เงื่อนไขการสั่งเครื่องจักรผลิตและระบบขนถ่ายให้เหมาะสมกับการควบคุมเครื่องมือ และยอดการผลิต

        2.7 การวางโครงสร้างระบบเชื่อมโยงข้อมูล การจัดระบบเชื่อมโยงข้อมูล สามารถจัดได้ตามความเหมาะสมโดยมีหลักพิจารณาดังต่อไปนี้

  1. ต้องเหมาะสมสอดคล้องกับขนาด และการบริหารงานขององค์กร
  2. ไม่ซับซ้อนหรือ ยุ่งยากจนทำให้เกิดความล่าช้าหรือสับสน
  3. เลือกใช้ ซอฟต์แวร์ที่เหมาะสม ราคาไม่แพงและรองรับการพัฒนา 
  4. โปแกรมเป็นระบบที่ มีเมนูคำสั่งเข้าใจง่ายและมีใช้ในท้องตลาด
  5. มีระบบป้องกันข้อมูลถูกทำลายหรือ การนำไปใช้อย่างไม่ถูกต้อง
  6. จัดระดับความสำคัญและการเข้าถึง หรือเรียกใช้ได้อย่างมีระบบ
  7. กำหนดรหัส งานหรือหน่วยงาน อย่างชัดเจน
  8. จัดระบบช่วย แนะนำในการแก้ปัญหา หรือการใช้งาน
  9. มีระบบเตือนความผิดพลาดหรือแนะนำ ประกอบการตัดสินใจ
  10. อุปกรณ์ที่ใช้ต้องรองรับซอฟต์แวร์และโปรแกรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น คอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ หน่วยความจำและฮาร์ดดิสก์(Ram and Hard disk) เครื่องจักรซีเอ็นซี ซอฟต์แวร์สนับสนุนการผลิต(CAD/CAM/CAE/CIM) ระบบสายส่งข้อมูล(Bus System) ระบบเชื่อมโยง (Protocol System) ระบบสำรองข้อมูล(Back-up file) เป็นต้น

        การเชื่อมโยงข้อมูลเมื่อจัดระบบได้มาตรฐานหรือมีระบบที่ใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพ และเสถียรแล้ว จะทำให้สามารถจำแนกได้ว่าข้อมูลที่สามารถสร้างเป็นมาตรฐาน เป็นอะไรบ้างและจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้ลดงานที่ต้องอาศัยการคาดเดาลง และมีข้อมูลเพียงพอต่อการตัดสินใจ ลดการใช้ความชำนาญหรือผู้เชี่ยวชาญในบางขั้นตอนลง ซึ่งปัจจุบันโปรแกรมสามารถช่วยวิเคราะห์และตัดสินใจได้อย่างแม่นยำ และช่วยวางแผนงานอย่างมีประสิทธิภาพ   

3. ระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น 

        ระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น (Flexible Manufacturing Systems :FMS) เป็นระบบการผลิตที่มีความยืดหยุ่นในการผลิต คือยอมให้มีการเปลี่ยนแปลงการผลิตตามจำนวนที่ลูกค้าต้องการ โดยแบ่งความยืดหยุ่นเป็น 2 ประเภท ดังนี้    

  • ความยืดหยุ่นเครื่องจักร ครอบคลุม ความสามารถของระบบที่ได้เปลี่ยนเพื่อสินค้าชนิดใหม่ และสามารถเปลี่ยนคำสั่งในการดำเนินงานผลิตให้ผลิตบนชิ้นงานบางส่วนได้
  • ความยืดหยุ่นของเส้นทาง ซึ่งประกอบด้วยความสามารถที่ใช้เครื่องจักรหลายเครื่องเพื่อผลิตชิ้นงาน 1 ชิ้น และมากกว่านั้นความสามารถของระบบสามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ได้ เช่น ปริมาณการผลิต กำลังการผลิต หรือความสามารถในการผลิต  

        ข้อได้เปรียบ ของการผลิตแบบยืดหยุ่นคือมีความยืดหยุ่นในการจัดการทรัพยากรการผลิต เช่น เวลา และความพยายามเพื่อผลิตสินค้าใหม่ ทำให้การผลิตขนาดเล็กลงแทนที่จะมีการผลิตครั้งละมากๆ ทำให้ลดต้นทุนการผลิต ต้นทุนการผลิตต่อหน่วยลดลง ผลิตภาพของคนงานดีขึ้น ประสิทธิภาพเครื่องจักรดีขึ้น ปรับปรุงคุณภาพสินค้าดีขึ้น เพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ ลดสินค้าคงคลังของชิ้นส่วน สามารถปรับตัวในการปฏิบัติการผ่าน CAD/CAM เวลานำในกระบวนการสั้นลง ปรับปรุงประสิทธิภาพ และเพิ่มอัตราการผลิตของโรงงาน

        ข้อเสียเปรียบ การเริ่มต้นระบบมีต้นทุนสูง การวางแผนล่วงหน้าต้องทำให้เป็นจริง ต้องการแรงงานที่มีทักษะ และระบบมีความซับซ้อน

        ระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น ประกอบด้วย 3 ระบบคือ เครื่องจักรที่คุมด้วยระบบซีเอ็นซีเพื่อให้ทำงานอย่างอัตโนมัติ โดยเชื่อมต่อกับระบบอุปกรณ์ในการยกขนอัตโนมัติเพื่อให้การไหลของงานเกิดผลดีที่สุด และสุดท้ายคือศูนย์คอมพิวเตอร์ควบคุมกลางซึ่งควบคุมการเคลื่อนย้ายวัสดุและการไหลของงานผ่านเครื่องจักร  

        ดังนั้น FMS จึงเป็นระบบที่ให้ผลลัพธ์จากการเชื่อมต่อทางด้านกายภาพของเครื่องมือ เครื่องจักรที่ใช้โปรแกรม (Programmable Logical Control : PLC) กับระบบการลำเลียงวัตถุดิบอัตโนมัติ โดยต้องมีระบบเซ็นเซอร์ ร่วมด้วย ตามที่แสดงในรูปที่ 4.7

Mobirise
รูปที่ 4.7 การผลิตแบบยืดหยุ่น
ที่มา : Russell ,Roberta S., 2010
Mobirise
รูปที่ 4.8 สายการผลิตแบบยืดหยุ่น

4.เครื่องจักรควบคุมด้วยตัวเลข  

        เครื่องจักรควบคุมด้วยตัวเลข (Numerically Controlled (NC) Machines) หรือเครื่องจักรซีเอ็นซี เป็นการควบคุมเครื่องมือเครื่องจักรด้วยการใส่ข้อมูลในลักษณะเทปเจาะข้อมูล (Punched Tape) ดังนั้นผู้ใช้งานไม่ต้องตัดสินใจในการตั้งเครื่อง แต่จะต้องเลือกและติดตั้งเครื่องมือ เพื่อป้อนข้อมูลเข้าและออกสำหรับเครื่องจักร ดังนั้นจึงเป็นการเปลี่ยนเครื่องจักรเป็นระบบ NC ซึ่งทำให้เครื่องจักรมีความยืดหยุ่นในการทำงานมากขึ้น และช่วยประหยัดเวลา เดิมใช้เทปเจาะข้อมูลซึ่งไม่เพียงแต่จะเป็นแนวทางการทำงานให้เท่านั้น แต่ยังช่วยเลือกเครื่องมือที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานตั้งแต่ 20–100 ชิ้น และเปลี่ยนเครื่องมือโดยไม่เสียเวลาดำเนินงาน หลังจากนั้นระบบเทปเจาะข้อมูลจะมีการแทนที่ด้วยข้อมูลในซอฟต์แวร์ในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์มีชื่อเรียกว่า Computer Numerical Controlled (CNC) มีการติดตั้งโดยใช้จอภาพ (Screen) และแป้นพิมพ์(Keyboard) เพื่อใช้ใน การเขียนโปรแกรมให้เครื่องจักร ในการป้อนข้อมูลอย่างง่าย ๆ โดยใช้คำสั่งดำเนินงาน ซึ่งข้อมูลทั้งหมดในกระบวนการผลิตใช้ในการทำงานและมีการควบคุมกระบวนการผลิตด้วยคุณภาพ เช่น การบันทึกข้อมูลของเครื่องมือว่าควรจะใช้เครื่องมือและเปลี่ยนตารางการทำงานก่อนที่จะผลิตชิ้นส่วนย่อยๆ ต่อไป ตามที่แสดงในรูปที่ 4.9

Mobirise
รูปที่ 4.9 เครื่องจักรซีเอ็นซี

        ทุกวันนี้เครื่องจักรซีเอ็นซี เพิ่มบทบาทในกระบวนการผลิตมาก โปรแกรมและการควบคุมเครื่องจักรถูกแทนที่ด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ โดยมีศูนย์การควบคุมคอมพิวเตอร์ รีโมท ใช้ในการควบคุมและต่อเชื่อมเครือข่ายให้มีการทำงานร่วมกันได้ ซึ่งทำให้เกิดความยืดหยุ่นในการใช้งานอย่างมาก เมื่อระบบลำเลียงวัตถุดิบอัตโนมัติ (Automated material handling system) ถูกแทนที่ด้วยการเชื่อมต่อเครื่องมือเครื่องจักรเหล่านั้นเข้ากับวัตถุดิบเรียกว่า ระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น (Flexible Manufacturing System : FMS)

5. เครื่องจักรควบคุมด้วยตัวเลขตรงไปยังเครื่องจักร 

        เครื่องจักรควบคุมด้วยตัวเลขตรงไปยังเครื่องจักร (Direct Numerical Control :DNC)ระบบนี้ที่ทำหน้าที่ส่งชุดคำสั่งไปเข้าเครื่องจักรซีเอ็นซี จากเครื่องคอมพิวเตอร์ โดยการถ่ายโอนข้อมูลที่ปลอดภัยระหว่างคอมพิวเตอร์และเครื่องจักรซีเอ็นซี ในทั้งสองทิศทาง ถึงปัจจุบันนี้เครื่องจักรซีเอ็นซีรุ่นใหม่ๆ มีฮาร์ดดิสก์เก็บข้อมูล และส่งผ่าน LAN ได้เลย ในรูปแบบหนึ่งต่อหนึ่ง ไม่จำเป็นต้องมีเครื่องจักร ดีเอ็นซี(DNC) แต่ก็ได้เพียง 1 เครื่องหรือ 1 ต่อ 1

        แต่ในปัจจุบันนิยมใช้เครื่องจักรดีเอ็นซี มากขึ้นเนื่องจาก ข้อดีของเครื่องจักรดีเอ็นซี นอกจากความปลอดภัย แล้วสามารถใช้มาควบคุมเครื่องจักรลักษณะเดียวกันให้สามารถทำงานพร้อมกันหลายเครื่องได้โดยใช้โปรแกรมชุดเดียวเท่านั้น ตามลักษณะการเชื่อมต่อในรูปที่ 4.10

Mobirise
รูปที่ 4.10 เครื่องจักรควบคุมด้วยตัวเลขตรงไปยังเครื่องจักร (DNC)

        ด้านการพัฒนาเครื่องจักรดีเอ็นซี เพื่อการจัดการรับ/ส่งข้อมูลของโปรแกรม เพื่อสั่งงานผ่านหน่วยประมวลผลกลางในเครื่องแม่ข่าย (Server) ไปยังเครื่องจักรกลระบบซีเอ็นซีโดยตรงพร้อมกันหลายเครื่อง เช่น ในศูนย์กลางเครื่องจักร (Machining Centre) เครื่องกลึง (CNC Lathe) เครื่องกัด(CNC Milling) และสถานีทำงาน CAD/CAM ทั้งนี้ไม่ต้องกังวลกับปัญหาการตรวจคุณภาพงาน เนื่องจากผ่านการเชื่อมต่อซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์หลายจุด ซึ่งเหมาะสมอย่างยิ่งกับอุตสาหกรรมแม่พิมพ์หรือการผลิตชิ้นงานที่มีขนาดความละเอียดสูง 

         เครื่องจักรดีเอ็นซี คือระบบที่มีคอมพิวเตอร์กลางในการติดต่อสื่อสารแลกเปลี่ยนและกระจายข้อมูลซึ่งในที่นี้คือ โปรแกรมจัดการข้อมูลของการควบคุมด้วยตัวเลข(NC Data) กับหน่วยควบคุมด้วยตัวเลขของเครื่องจักรกลซีเอ็นซีแต่ละตัวได้เพื่อเป็นศูนย์กลางในการบริการข้อมูลทั้งรับข้อมูล และส่งข้อมูลจำเพราะให้กับเครื่องจักรซีเอ็นซีแต่ละเครื่องในเครือข่ายตามที่แต่ละเครื่องต้องการพร้อมๆ กันได้ในเวลาเดียวกัน

         การพัฒนาซอฟต์แวร์เครื่องจักรควบคุมด้วยตัวเลขตรงไปยังเครื่องจักรแบบเหนือชั้น(Super DNC Software) คือ โปรแกรมควบคุมระบบดีเอ็นซี(DNC) ที่มีความทันสมัย มีเสถียรภาพและสามารถสื่อสารกับเครื่องจักรซีเอ็นซีได้หลากหลายรุ่นและหลายยี่ห้อ ทั้งเครื่องที่ใช้เทคโนโลยีใหม่ล่าสุดหรือเครื่องเก่าที่มีอายุใช้งานมานาน ซอฟต์แวร์นี้ทำให้โรงงานไม่ว่าจะเป็นงานผลิตแม่พิมพ์(Mould) แม่พิมพ์ตัวเมีย (Die) แม่พิมพ์ตัวเมียแบบเจาะ(Punch Die) หรือ การผลิตชิ้นงาน(Part Production) สามารถใช้เครื่องจักร และข้อมูลที่เครื่องจักรควบคุมด้วยตัวเลข(NC Data) ซึ่งเป็นทรัพย์สินอันมีค่าของโรงงานให้เกิดประโยชน์สูงสุดแก่โรงงานและองค์กร สร้างความสามารถในการแข่งขันให้แก่องค์กรได้เป็นอย่างดี คุณลักษณะมาตรฐานที่ดีของซอฟต์แวร์มีดังนี้ 

  1. การเรียกโปรแกรมจากซอฟต์แวร์ที่ต้องการ โดยรับส่งโดยตรงระหว่างเครื่องจักรระบบซีเอ็นซี กับคอมพิวเตอร์ที่ให้บริการ (SUB Program Calling) โดยการเรียกโดยตรงที่หน้าเครื่องจักรระบบซีเอ็นซี
  2. การให้บริการกระจายข้อมูลโปรแกรมนี้ ในแบบเครื่องข่ายโดยมี เครื่องแม่ข่ายเป็นศูนย์กลางการติดต่อรับส่งข้อมูลโปรแกรมนี้กับเครื่องจักรระบบ ซีเอ็นซีทุกเครื่องในเครือข่าย โดยมีสถานีเครื่องผู้ใช้งาน(Client Station) ซึ่งเป็นสถานี ที่สร้าง หรือ ป้อน หรือ แก้ไขข้อมูลโปรแกรมนี้เพื่อส่งเข้าสู่เครื่องแม่ข่ายกลางได้ (Client – Server Configuration System)
  3. การเริ่มกัดงานใหม่ต่อจากการกัดที่หยุดค้างไว้เดิม (Start Cutting from any program line) กรณีที่มีการหยุดกัดงานกลางคัน เช่น เครื่องกลึงหรือตัดโลหะสึก (Tool) หรือ แตก จำเป็นต้องหยุดค้างโปรแกรมไว้เพื่อเปลี่ยนใหม่ จากนั้นซอฟต์แวร์สามารถส่งต่อข้อมูลโปรแกรมนี้ในบรรทัดต่อไปได้ โดยไม่ต้องเริ่มงานใหม่ทั้งหมด
  4. สามารถกำหนดโปรโตคอลพิเศษต่างๆ สำหรับเครื่องจักรเก่าๆ หรือที่ไม่แพร่หลายในตลาด โปรแกรมนี้ต้องสามารถติดต่อกับเครื่องจักรระบบซีเอ็นซีที่มีโปรโตคอลที่แตกต่างกันได้อย่างหลากหลายและกว้างขวาง (Special Protocols for CNC Machines)
  5. การทำงานแบบค้นหาอัตโนมัติสำหรับส่งโปรแกรมย่อยหลายๆ โปรแกรมเรียงไปตามลำดับไปยังเครื่องจักรเป้าหมาย
  6. นอกจากนั้นยังสามารถพัฒนา ระบบการแจ้งเตือนโดยอัตโนมัติเมื่อเกิดเหตุการณ์ต่างๆ (Notify User for Events such as cutting finish) เช่น เมื่อกัดงานเสร็จแล้ว หรือเกิดการหยุดกัดงานโดยไม่คาดคิด ระบบนี้สามารถติดต่อด้วย โมเดมที่สามารถนำข้อมูลผ่าน GPRS แบบพิเศษ เพื่อส่งแจ้งเตือนไปยังทรศัพท์มือถือ (Mobile phone) ด้วยอีเมล์ หรือ ข่าวสั้น(SMS Message) ของผู้ใช้ได้โดยอัตโนมัติเพื่อให้ผู้ใช้ทราบและดำเนินการต่อไปได้

6. การสื่อสารระหว่างเครื่องจักร กับเครื่องจักร

        การสื่อสารระหว่างเครื่องจักร กับเครื่องจักร (Machine to Machine) หรือ M2M คือเทคโนโลยีที่ทำให้อุปกรณ์ต่างๆ สามารถส่งข้อมูลระหว่างกันเองได้ กลไกการทำงานของ M2M นั้นเริ่มจากเครื่องที่มีตัววัดเซ็นเซอร์หรือมีมิเตอร์ที่ใช้วัดค่าบางอย่าง เช่น อุณหภูมิระดับสินค้าคงคลัง ซึ่งข้อมูลจะถูกส่งผ่านเครือข่ายที่ อาจจะเป็นเครือข่ายไร้สาย หรือเครือข่ายมีสาย หรือผสมกันก็ได้ โดยข้อมูลจะถูกส่งไปยังซอฟต์แวร์ประยุกต์ซึ่งทำหน้าที่ แปลงข้อมูลดิบให้เป็นข้อมูลที่มีความหมายและใช้ในการตัดสินใจได้ การทำงานด้วยกลไกลช่วยลดความยุ่งยาก และต้นทุนในกระบวนการเก็บข้อมูลที่ต้องทำอย่างสม่ำเสมอได้อย่างมหาศาล และยังทำให้สามารถสร้างระบบที่ตอบสนองต่อเหตุการณ์ต่างๆได้อย่างทันท่วงที 

        จากรูปที่ 4.11 กลไกการทำงานของ M2M นั้นเริ่มจากเครื่องที่มีตัววัดเซ็นเซอร์ หรือมิเตอร์ที่ใช้วัดค่าบางอย่าง เช่น อุณหภูมิ ระดับสินค้าคงคลัง ซึ่งข้อมูลจะถูกส่งผ่านเครือข่ายโดยเครือข่ายที่ว่าอาจจะเป็นเครือข่ายไร้สาย เครือข่ายมีสาย หรือผสมกันก็ได้ โดยข้อมูลจะถูกส่งไปยังแอพพลิเคชั่นซึ่งทำหน้าที่แปลงข้อมูลดิบให้เป็นข้อมูลที่มีความหมายและใช้ในการตัดสินใจได้ การทำงานด้วยกลไกนี้ช่วยลดความยุ่งยากและต้นทุนในกระบวนการเก็บข้อมูลที่ต้องทำอย่างสม่ำเสมอได้อย่างมหาศาล และยังทำให้สามารถสร้างระบบที่ตอบสนองต่อเหตุการณ์ต่างๆได้อย่างทันท่วงที

Mobirise
รูปที่ 4.11 เทคโนโลยีการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์กับอุปกรณ์ (M2M)

        ในยุคปัจจุบันระบบเก็บข้อมูลจาก M2M มีลักษณะพิเศษใหม่ และความสามารถของระบบ เช่น เทคโนโลยีระบบติดตามตำแหน่งทั่วโลก(Global positioning :GPS) ชนิดของ Socket ที่อุปกรณ์ที่ยึดอยู่บนเมนบอร์ด (Flexible land Grid array Surface Mount Technology) การ์ดอัจฉริยะที่ฝังในเครื่องจักรที่ใช้ในการสื่อสารระหว่างเครื่องจักรเกิดผลดีที่สุด คล้ายซิมโทรศัพท์(SIMs) ปัจจุบันนิยมเรียกว่า MIMs หรือ Machine to Machine โดยมีการฝังโปรแกรมจาวา(Java) ในเครื่องทำให้เทคโนโลยีเข้าสู่สรรพสิ่งผ่านอินเตอร์เน็ต(IOT) ตามที่แสดงในรูปที่ 4.3 

        ตัวอย่างหนึ่งการใช้งาน M2M คือระบบ Smart Grid ซึ่งเป็นระบบการวัดค่าการใช้งานไฟฟ้าโดยใช้เทคโนโลยีนี้ในการส่งค่าที่วัดได้ดังกล่าวมายังเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนกลางเพื่อประมวลผล นอกจากระบบนี้ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้ในแทบทุกวงการ ไม่ว่าจะเป็นด้านการบำรุงรักษาอุปกรณ์ในอุตสาหกรรม ด้านการคมนาคม ขนส่งและโลจิสติกส์ เช่น ใช้ในรถเพื่อส่งตำแหน่ง GPS ด้านการเกษตร โดยใช้เครื่องวัดสภาพแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการปลูกพืช เลี้ยงสัตว์ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น แสงสว่าง ด้านการควบคุมคลังสินค้า ด้านการให้บริการนอกสถานที่ (Field service) ด้านการสาธารณสุข เช่น เครื่องวัดร่างกายผู้ป่วยและส่งมาประมวลผลยังส่วนกลาง เช่น อุณหภูมิ คลื่นหัวใจ เป็นต้น ในอนาคตเทคโนโลยีนี้จะเข้ามาเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันในทุกแง่มุม ในลักษณะเดียวกันหรืออาจจะมากกว่าการที่เทคโนโลยีโทรศัพท์เคลื่อนที่เข้ามามีผลกับชีวิตประจำวันในปัจจุบัน

        ในปี 2559 จากข้อมูล www.statista.com พบว่ามีผู้ใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่อยู่มากกว่า 2.1 พันล้านคนทั่วโลก และจากข้อมูล https://machinaresearch.comมีเครื่องที่ต่อกับเครือข่าย M2M อยู่ประมาณ 5 พันล้านเครื่อง แต่ถ้ามองในแง่การเติบโตของอุปกรณ์ที่เชื่อมกับเครือข่าย M2M นั้นเรียกว่าโตแบบทบทวีคูณ (Exponential growth) ในทุกๆปี บริษัท อิริคสัน หนึ่งในบริษัทชั้นนำด้านการสื่อสารแห่งประเทศสวีเดนประมาณการณ์ไว้ว่าในปี 2020 หรืออีกไม่ถึงสิบปีข้างหน้านั้นจะมีอุปกรณ์ที่ต่อกับเครือข่าย M2M ถึง 5หมื่นล้านเครื่อง หรือเป็น 10 เท่าของจำนวนผู้ใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่ในปัจจุบัน ถ้ามองในแง่ของโอกาสทางธุรกิจแล้ว ตลาด M2M มีศักยภาพมหาศาล เทคโนโลยี M2M นี้จะเป็นตัวที่พลิกโฉมหน้าและเปลี่ยนโครงสร้างอุตสาหกรรมโทรคมนาคมทั่วโลกเลยทีเดียว

        ในวงการอุตสาหกรรม การบริการในภาคสนาม ตัวเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งบนอุปกรณ์จะทำให้องค์กรด้านการบริการสามารถเปลี่ยนจากปฏิกิริยาแบบตั้งรับ (Reactive Model) ที่โดยปกติจะตอบสนองต่อความผิดพลาดที่เกิดขึ้นในพื้นที่ไปเป็นปฏิกิริยาแบบเชิงรุก (Proactive Model) ที่ซึ่งผู้ปล่อยสินค้าและช่างเทคนิคในพื้นที่สามารถได้รับการแจ้งบนอุปกรณ์ของพวกเขาได้ก่อนที่ปัญหาจะเกิดและระยะเวลาที่ระบบเกิดขัดข้อง (Down-time) ช่างเทคนิคสามารถไปแก้ไขปัญหาเหล่านี้ในพื้นที่ก่อนที่ปัญหาจะซับซ้อนไปมากยิ่งขึ้น ดังนั้นจึงก่อให้เกิดการพัฒนาในด้านความพึงพอใจของลูกค้าอย่างมีนัยยะสำคัญ ดังนั้น M2M ในการบริการภาคสนามจะทำให้องค์กรบริการ มีประโยชน์ดังนี้

  • ลดเวลาในการทำงาน สามารถแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้นก่อนที่ทรัพย์สินในองค์กรจะเกิดความเสียหาย
  • ปรับปรุงอัตราเวลาการแก้ไขครั้งแรกด้วยระบบการวินิจฉัยที่ดียิ่งขึ้น เพราะตัวเซ็นเซอร์จะติดต่อสื่อสารกับอุปกรณ์ของช่างเทคนิคและตรวจหาความความผิดพลาดหรือปัญหาที่เกิดขึ้นจริง
  • ลดปัญหาเรื่องสินค้าคงคลัง (หากช่างมีการวินิจฉัยที่แม่นยำก่อนที่จะถึงเครื่องมือ พวกเขาก็จะมาถึงเขตสถานที่ทำงานก่อน)
  • ลดค่าใช้จ่ายในการเดินทาง (การเดินทางไปหาลูกค้าหรือคลังสินค้าก็จะลดลง)

        ด้านเทคโนโลยี M2M สามารถช่วยประหยัดเวลาการทำงาน ลดจำนวนบุคลากรลง เพราะเครื่องวัดอัจฉริยะสามารถให้ข้อมูลดังกล่าวแก่องค์กรได้แล้วโดยไม่ต้องมอบหมายให้พนักงานไปลงพื้นที่ การวัดที่อัจฉริยะมีประโยชน์แก่องค์กรด้านบริการดังต่อไปนี้ 

  • ลดแรงงานส่วนเกิน เช่น ไม่จำเป็นต้องมีวิศวกรประจำในโรงงาน
  • ลดภาระการเดินทาง ระบบทำให้ลดความจำเป็นการเดินทางไปยังพื้นที่ของลูกค้า
  • สามารถวัดผลการปฏิบัติงาน (Performance Management) โดยไม่ต้องเดินของฝ่ายบริหาร เพราะเครื่องวัดอัจฉริยะสามารถวิเคราะห์ผลการปฏิบัติงานของตัวเองได้

7.ระบบสกาดา

        7.1 ความหมายของ การควบคุมกำกับดูแลและเก็บข้อมูล หรือ ระบบสกาดา (Supervisory Control and Data Acquisition : SCADA) เป็นประเภทหนึ่งของระบบการควบคุมอุตสาหกรรม (Industrial Control System or ICS) ที่มีการควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ที่เฝ้าดูและควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่มีอยู่ในโลกทางกายภาพ ระบบ SCADA ในอดีตแยกตัวเองจากระบบ ICS อื่น ๆ โดยเป็นกระบวนการขนาดใหญ่ที่สามารถรวมสถานที่ปฏิบัติงาน และระยะทางกว้างใหญ่ กระบวนการเหล่านี้รวมถึงอุตสาหกรรม โครงสร้างพื้นฐาน และกระบวนการที่มีพื้นฐานมาจากการให้บริการ ตามรายละเอียดต่อไปนี้ 

  • กระบวนการผลิตของอุตสาหกรรมรวมถึง การผลิต การกลั่นและการผลิตต่อเนื่อง การผลิตเป็นชุด การผลิตแบบซ้ำๆกัน หรือการผลิตแบบไม่ต่อเนื่อง,
  • กระบวนการโครงสร้างพื้นฐาน อาจจะเป็นของรัฐหรือของเอกชน รวมถึงการบำบัดน้ำและการแจกจ่ายน้ำ การเก็บรวบรวมและบำบัดน้ำเสีย น้ำมันและท่อก๊าซ ส่งพลังงานไฟฟ้าและการกระจาย ฟาร์มกังหันลม ระบบไซเรนสำหรับป้องกันของฝ่ายพลเรือน และระบบการสื่อสารที่มีขนาดใหญ่
  • กระบวนการบริการที่เกิดขึ้นทั้งบริการสาธารณะและของเอกชนรวมทั้งอาคาร สนามบิน ท่าเรือ และสถานีอวกาศ การเฝ้าดูและการควบคุมความร้อน การระบายอากาศ และเครื่องปรับอากาศ (HVAC) การเข้าใช้บริการและการบริโภคพลังงาน

        7.2 ส่วนประกอบของระบบที่ใช้ทั่วไป ระบบสกาดา จะประกอบด้วยระบบย่อยต่อไปนี้

  • ส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์และเครื่องจักร (Human-Machine Interface, HMI) เป็นเครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่นำเสนอข้อมูลที่ผ่านการประมวลผลให้กับผู้ปฏิบัติการ และด้วยวิธีการนี้ผู้ที่ปฏิบัติการสามารถเฝ้าดูจากจอภาพและการควบคุมกระบวนการต่างได้
  • สกาดา ถูกนำมาใช้เป็นเครื่องมือในการรักษาความปลอดภัยในขณะที่มีการเข้ามาใช้ระบบ และออกจากระบบ
  • ระบบกำกับดูแล(คอมพิวเตอร์) การเก็บรวบรวมข้อมูล (จัดหา) ในการประมวลผลและการส่งคำสั่ง (ควบคุม) ไปให้กระบวนการ
  • หน่วยทำงานระยะไกล (Remote Terminal Units, RTU) เชื่อมต่อกับ เซ็นเซอร์ในกระบวนการ แปลงสัญญาณเซ็นเซอร์ให้เป็นข้อมูลดิจิตอลและส่งข้อมูลดิจิตอลไปยังระบบการกำกับดูแล 
  • ตัวควบคุมตรรกะที่โปรแกรมได้ (Programmable Logic Controller, PLC) ใช้เป็นอุปกรณ์สนามเพราะพวกมันประหยัดกว่า, อเนกประสงค์, ยืดหยุ่นและกำหนดค่าได้ดีกว่ากว่า RTUs ที่มีวัตถุประสงค์พิเศษเฉพาะอย่าง (special-purpose RTU) 
  • โครงสร้างพื้นฐานของการสื่อสารที่เชื่อมต่อระบบการกำกับดูแลไปยังหน่วยสถานีระยะไกล
  • เครื่องมือที่ใช้ในขบวนการที่หลากหลายและเครื่องมือในการวิเคราะห์

        7.3 แนวคิดของระบบ ระบบสกาดา มักจะหมายถึงระบบส่วนกลางที่ตรวจสอบและควบคุมสถานประกอบการโดยรวมทั้งหมดหรือความสลับซับซ้อนของระบบที่กระจายออกไปในพื้นที่ขนาดใหญ่ (ตั้งแต่โรงงานเล็กๆ ถึงระดับชาติ) ส่วนใหญ่การดำเนินการเพื่อควบคุมจะดำเนินการโดยอัตโนมัติโดย RTUs หรือ พีแอลซี(PLCs) ฟังก์ชันการควบคุมของแม่ข่ายมักจะถูกจำกัดแค่การแทรกแซงในระดับพื้นฐานหรือการแทรกแซงระดับกำกับดูแล ตัวอย่างเช่น ระบบพีแอลซี อาจควบคุมการไหลของน้ำหล่อเย็นผ่านส่วนใดๆ ของกระบวนการอุตสาหกรรม แต่ระบบ ระบบสกาดา อาจอนุญาตให้ผู้ใช้งานในการเปลี่ยนจุดตั้งค่า(Set point) ตัวอย่างในรูปที่ 4.12 อุณหภูมิที่มีนัยสำคัญของขั้นตอนการผลิตเฉพาะของผลิตภัณฑ์นั้น สำหรับการไหลได้ และเปิดใช้งานเงื่อนไขการเตือนเช่นการขาดหายของการไหลหรืออุณหภูมิที่สูงเกินไป จะแสดงและบันทึก วงรอบของการควบคุมจะถูกกระทำผ่าน RTU หรือ PLC ในขณะที่ระบบ ระบบสกาดา ตรวจสอบประสิทธิภาพโดยรวมของวงรอบนั้น

Mobirise
รูปที่ 4.12 ตัวอย่างภาพรวมของระบบสกาดา

        7.4 ภาพรวมของวงจร SCADA การได้มาของข้อมูลเริ่มต้นที่ระดับ RTU หรือ PLC และรวมถึงการอ่านมาตรและรายงานสถานะของอุปกรณ์ที่มีการสื่อสารไปยัง SCADA ได้ตามความจำเป็น ข้อมูลจะถูกรวบรวมไว้และถูกจัดรูปแบบในลักษณะที่ผู้ประกอบงานในห้องควบคุมที่กำลังใช้ HMI สามารถตัดสินใจกำกับดูแลเพื่อปรับหรือลบล้างการควบคุมต่างๆที่เป็นปกติของ RTU (PLC) ข้อมูลอาจถูกป้อนไปให้ผู้เก็บประวัติที่ถูกสร้างขึ้นบ่อยครั้งในฐานข้อมูลระบบการจัดการของสินค้าโภคภัณฑ์เพื่อหาแนวโน้มและการตรวจสอบการวิเคราะห์อื่นๆ

        ระบบสกาดา มักจะจัดทำฐานข้อมูลกระจายซึ่งปกติจะเรียกว่าฐานข้อมูลที่ต่อท้าย(Tag database) ซึ่งมีองค์ประกอบข้อมูลที่เรียกว่าแท็กหรือจุด จุดจะแสดงค่าเดี่ยวๆ ของข้อมูลเข้าหรือออกจากการตรวจสอบหรือการควบคุมโดยระบบ จุดที่สามารถเป็นได้ทั้ง "หนัก" หรือ "เบา" จุดหนักแทนการป้อนข้อมูลที่เกิดขึ้นจริงภายในระบบ ในขณะที่จุดเบาเป็นผลมาจากการดำเนินงานที่เป็นตรรกะและคณิตศาสตร์ประยุกต์ที่จัดให้กับจุดอื่น ๆ (การจัดทำเพื่อใช้งานส่วนใหญ่ตามหลักการคือทุกๆจุดเบาหนึ่งจุดจะเท่ากับจุดหนักหนึ่งจุด) จุดเหล่านี้จะถูกเก็บไว้คู่กับเวลาที่เกิดเพื่อเก็บเป็นประวัติเอาไว้ ข้อมูลที่ต่อท้ายจะถูกบันทึกเข้าไปด้วยเพื่อบอกรายละเอียดเพิ่มเติม เช่นเส้นทางไปที่อุปกรณ์สนามหรือที่เก็บข้อมูลชั่วคราวของระบบพีแอลซี ความเห็นเรื่องเวลาในการออกแบบและข้อมูลการเตือนภัย

        ระบบสกาดา เป็นระบบที่สำคัญอย่างมีนัยสำคัญที่ใช้ในโครงสร้างพื้นฐานของประเทศ เช่น กริดไฟฟ้า น้ำประปาและท่อ แต่ระบบสกาดาอาจจะมีช่องโหว่ความปลอดภัย ดังนั้นระบบควรได้รับการประเมินเพื่อระบุความเสี่ยงและการดำเนินการการแก้ปัญหาเพื่อลดความเสี่ยงเหล่านั้น.

        7.5 การเชื่อมต่อระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (Human–Machine Interface :HMI) HMI เป็นอุปกรณ์ที่นำเสนอข้อมูลจากการประมวลผลให้กับผู้ปฏิบัติการที่เป็นมนุษย์และมนุษย์จะนำข้อมูลนี้ไปใช้ในการควบคุมขบวนการ

         การเชื่อมต่อระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร มักจะมีการเชื่อมโยงไปยังฐานข้อมูลระบบสกาดาและโปรแกรมซอฟต์แวร์เพื่อหาแนวโน้ม ข้อมูลการวินิจฉัย และข้อมูลการจัดการเช่นขั้นตอนการบำรุงรักษาตามตารางที่กำหนด ข้อมูลโลจิสติกส์ แผนงานโดยละเอียดสำหรับเครื่องตรวจจับหรือเครื่องจักรตัวใดตัวหนึ่ง และแนวทางการแก้ปัญหาที่เกิดจากระบบผู้เชี่ยวชาญ (expert system)

        ระบบ HMI มักจะนำเสนอข้อมูลให้กับบุคลากรในการดำเนินงานในรูปกราฟิกแบบแผนภาพเลียนแบบ ซึ่งหมายความว่าผู้ปฏิบัติสามารถดูแผนผังแสดงโรงงานที่ถูกควบคุม ยกตัวอย่างเช่นภาพของเครื่องสูบน้ำที่เชื่อมต่อกับท่อสามารถแสดงการทำงานและปริมาณของน้ำที่กำลังสูบผ่านท่อในขณะนั้น ผู้ปฏิบัติงานก็สามารถปิดการทำงานของเครื่องสูบน้ำได้ ซอฟแวร์ HMI จะแสดงอัตราการไหลของของเหลวในท่อที่ลดลงในเวลาจริง แผนภาพเลียนแบบอาจประกอบด้วยกราฟิกเส้นและสัญลักษณ์วงจรเพื่อเป็นตัวแทนขององค์ประกอบของกระบวนการหรืออาจประกอบด้วยภาพถ่ายดิจิทัลของอุปกรณ์ในกระบวนถูกทับซ้อนด้วยสัญลักษณ์ภาพเคลื่อนไหว

        ชุดซอฟต์แวร์สำเร็จรูป HMI สำหรับระบบสกาดา มักจะมีโปรแกรมวาดภาพเพื่อผู้ปฏิบัติการหรือบุคลากรบำรุงรักษาระบบที่สามารถใช้ในการเปลี่ยนวิธีการที่จุดเหล่านี้จะแสดงในเชื่อมต่อ การแสดงเหล่านี้อาจจะเป็นสัญญาณไฟจราจรง่ายๆซึ่งแสดงสถานะของสัญญาณไฟจราจรที่เกิดขึ้นจริงในสนามหรืออาจซับซ้อนยิ่งขึ้นในการแสดงผลบนจอแบบหลายโปรเจ็กเตอร์ที่แสดงตำแหน่งทั้งหมดของลิฟท์ในตึกระฟ้าหรือแสดงรถไฟทั้งหมดของระบบการขนส่งทางราง

        ส่วนที่สำคัญของการใช้งานระบบสกาดาส่วนใหญ่คือการจัดการเรื่องการเตือนภัย ระบบจะจับภาพตลอดไม่ว่าเงื่อนไขของสัญญาณเตือนจะเป็นอย่างไรเพื่อใช้พิจารณาเมื่อมีเหตุการณ์การเตือนภัยเกิดขึ้น เมื่อเหตุการณ์เตือนภัยได้รับการตรวจจับ มีสิ่งที่ต้องกระทำหลายอย่าง (เช่น สร้างตัวชี้วัดสัญญาณเตือนภัยเพิ่มอีกตัวหรือมากกว่าหรือส่งข้อความอีเมลล์ หรือข้อความเพื่อแจ้งให้ผู้ปฏิบัติการหรือผู้จัดการระบบสกาดาระยะไกลจะได้รับทราบ ในหลายกรณีที่ผู้ปฏิบัติการในระบบสกาดาอาจจะต้องรับทราบเหตุการณ์เตือนที่เกิดขึ้นเพื่อยกเลิกสัญญาณเตือนบางตัวในขณะที่สัญญาณเตือนตัวอื่น ๆ ยังคงใช้งานจนกว่าเงื่อนไขของสัญญาณเตือนทั้งหมดจะถูกแก้ไข เงื่อนไขการเตือนปลุกต้องสามารถชี้ชัดอย่างชัดเจน ตัวอย่างเช่นจุดเตือนภัยเป็นจุดสถานะแบบค่าดิจิทัลที่มีทั้ง ปกติ หรือ สัญญาณเตือน ที่คำนวณตามสูตรขึ้นอยู่กับค่าในอนาล็อกและดิจิทัลโดยปริยาย ระบบสกาดาอาจจะตรวจสอบโดยอัตโนมัติว่า ค่าอนาล็อกอยู่นอกค่าต่ำสุดหรือสูงสุด หรือไม่ ตัวอย่างของสัญญาณเตือนภัยรวมถึงไซเรน กล่องป๊อปอัพขึ้นบนหน้าจอหรือพื้นที่สีระบายหรือสีกระพริบบนหน้าจอ (ที่อาจจะกระทำในลักษณะที่คล้ายกันกับไฟ "น้ำมันหมด" ในรถยนต์); ในแต่ละกรณี บทบาทของตัวสัญญาณเตือนภัยก็เพื่อดึงความสนใจของผู้ปฏิบัติการ ในการออกแบบระบบสกาดาจะต้องดำเนินการเมื่อมีเหตุการณ์สัญญาณเตือนภัยที่เกิดขึ้นต่อเนื่องในช่วงเวลาสั้น ๆ มิฉะนั้นสาเหตุพื้นฐาน ซึ่งอาจจะไม่ใช่เหตุการณ์แรกที่ตรวจพบอาจหาไม่พบ

        7.6 ฮาร์ดแวร์ที่ใช้ วิธีแก้ปัญหาของสกาดามักจะมีระบบควบคุมแบบกระจาย (Distributed Control System :DCS) มีการใช้ RTUs หรือ PLCs ที่ฉลาดเพิ่มขึ้น พวกนี้มีความสามารถในการดำเนินการด้วยตนเองในกระบวนการตรรกะง่ายๆ โดยไม่เกี่ยวข้องกับคอมพิวเตอร์หลัก ภาษามาตรฐานของการเขียนโปรแกรมควบคุม คือ IEC 61131-3 (ชุดของ 5 ภาษาของโปรแกรมรวมทั้งฟังก์ชันบล็อก ขั้นตอน โครงสร้างข้อความ แผนภูมิลำดับฟังก์ชันและรายการคำสั่ง) มักจะถูกใช้ในการสร้างโปรแกรมที่ทำงานบน RTUs และ PLCs เหล่านี้ ซึ่งแตกต่างจากภาษากรรมวิธี เช่น การเขียนโปรแกรมภาษา C#Dot Net หรือ Java IEC 61131-3 ต้องการการฝึกอบรมน้อยที่สุดโดยอาศัยอำนาจของอาร์เรย์ที่คล้ายกับการควบคุมทางกายภาพของเหตุการณ์ที่ผ่านมาซึ่งจะช่วยให้วิศวกรระบบสกาดาสามารถดำเนินการได้ทั้งการออกแบบและการติดตั้ง โปรแกรมจะต้องถูกนำไปใช้งานบน RTU หรือ PLC ตัวควบคุมการทำงานอัตโนมัติที่สามารถโปรแกรมได้ (Programmable Automation Controller :PAC) เป็นตัวควบคุมขนาดเล็กที่รวมคุณสมบัติและความสามารถของระบบควบคุมที่ทำงานด้วยคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (PC-based) เหมือนกับ PLC ทั่วไป PACs จะถูกนำไปใช้ในระบบสกาดาเพื่อให้ฟังก์ชันกับ RTU และ PLC ในหลายโปรแกรมของสกาดาที่ใช้ในงานสถานีไฟฟ้าย่อย "RTU แยกส่วน" ใช้ตัวประมวลผลข้อมูลหรือคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะเพื่อสื่อสารกับรีเลย์ป้องกันแบบดิจิตอล, กับ PACs และกับอุปกรณ์อื่น ๆ ที่เป็น I/O และสื่อสารกับ SCADA ตัวแม่ แทนที่จะติดต่อกับ RTU แบบเดิม

        ตั้งแต่ประมาณปี 2543 ผู้ผลิต PLC ใหญ่ๆ แทบทุกราย ได้เสนอระบบ HMI / SCADA แบบบูรณาการ โดยใช้โพรโทคอลการสื่อสารที่เปิดกว้างและไม่มีกรรมสิทธิ์ มีชุดซอฟต์แวร์สำเร็จรูป HMI / SCADA หลายรายที่เชี่ยวชาญเฉพาะของบุคคลที่สาม เสนอมาให้พร้อมการเข้ากันได้ฝังในตัวกับ PLCs หลักๆ เข้ามาขายในตลาด ช่วยให้วิศวกรเครื่องกล วิศวกรไฟฟ้าและช่างเทคนิคในการกำหนดค่า HMIs ด้วยตัวเอง โดยไม่ต้องใช้โปรแกรมซอฟต์แวร์ที่เขียนโดยโปรแกรมเมอร์ ตัวเครื่องระยะไกล (RTU) เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ทางกายภาพ โดยปกติ RTU แปลงสัญญาณไฟฟ้าจากอุปกรณ์เป็นค่าดิจิตอลเช่นสถานะเปิด/ปิดจากสวิตช์หรือวาล์วหรือเครื่องวัด เช่น ความดัน การไหล แรงดันไฟฟ้าหรือกระแส โดยการแปลงและการส่งสัญญาณไฟฟ้าเหล่านี้ออกไปยังอุปกรณ์ RTU สามารถควบคุมอุปกรณ์เช่นการเปิดหรือปิดสวิตช์หรือวาล์วหรือการตั้งค่าความเร็วของปั๊ม

         7.7 สถานีกำกับ สถานีกำกับหมายถึงเครื่องแม่ข่าย(Server) และซอฟต์แวร์ที่มีความรับผิดชอบในการสื่อสารกับอุปกรณ์สนาม (RTUs, PLCs, SENSORS ฯลฯ ) และซอฟต์แวร์ HMI ที่ทำงานบนสถานีทำงานในห้องควบคุมหรือที่อื่น ๆ ในระบบ สกาดาขนาดเล็ก สถานีแม่อาจจะประกอบด้วยคอมพิวเตอร์เครื่องเดียว ในระบบ กาดาขนาดใหญ่ สถานีแม่อาจประกอบด้วยเครื่องแม่ขายหลายตัว การใช้งานซอฟต์แวร์แบบกระจายและการกู้คืนระบบ เพื่อเพิ่มความสมบูรณ์ของระบบ, เครื่องแม่ข่ายหลายตัวมักจะถูกกำหนดค่าในการสร้างแบบการสำรองข้อมูลที่ประกอบด้วยสองส่วน เป็นคู่ (Dual-redundant) หรือการรอข้อมูลร้อน(Hot standby) ให้การควบคุมอย่างต่อเนื่องและการตรวจสอบในกรณีที่เกิดความล้มเหลวของเซิร์ฟเวอร์

        7.8 ปรัชญาการดำเนินงาน สำหรับการติดตั้งบางหน่วยงาน ค่าใช้จ่ายที่จะเป็นผลมาจากระบบการควบคุมความล้มเหลวมีสูงมาก ฮาร์ดแวร์สำหรับบางระบบ สกาดาแข็งแกร่งที่จะทนต่ออุณหภูมิ การสั่นสะเทือนและแรงดันไฟฟ้าสูงสุดขั้ว ในการติดตั้งที่วิกฤตที่สุด ความน่าเชื่อถือจะมีมากขึ้นโดยมีฮาร์ดแวร์และช่องทางการสื่อสารที่ซ้ำซ้อนกัน ไปถึงจุดที่มีศูนย์ควบคุมที่มีอุปกรณ์หลากหลายเพียบพร้อม ส่วนที่ล้มเหลวที่สามารถระบุได้อย่างรวดเร็วและการทำงานของมันถูกแทนที่อย่างอัตโนมัติโดยฮาร์ดแวร์สำรอง ส่วนที่ล้มเหลวต้องถูกแทนที่โดยไม่รบกวนกระบวนการ ความน่าเชื่อถือของระบบดังกล่าวสามารถถูกคำนวณทางสถิติและถูกระบุว่าหมายถึงช่วงห่างเฉลี่ยที่ล้มเหลวในแต่ละครั้ง หรือตัวแปรของเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว (Mean time between failures, MTBF) ระบบที่มีความน่าเชื่อถือสูงต้องมีค่า MTBF เป็นศตวรรษ หมายถึงถ้าวันนี้ระบบล้มเหลว การล้มเหลวครั้งต่อไปคือศตวรรษหน้า 

        7.9 โครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารและวิธีการ ระบบสกาดาเดิมใช้ผสมกันระหว่างวิทยุและการต่อสายตรง ถึงแม้ว่า SONET / SDH ถูกใช้บ่อยสำหรับระบบขนาดใหญ่ เช่น รถไฟและโรงไฟฟ้า การจัดการหรือฟังก์ชันการตรวจสอบระยะไกลของระบบสกาดามักถูกเรียกว่า โทรมาตร (Telemetry) ผู้ใช้บางคนต้องการข้อมูล สกาดาผ่านทางเครือข่ายภายในองค์กรที่มีอยู่แล้วหรือใช้ร่วมกับซอฟต์แวร์ประยุกต์ อื่น ถึงอย่างไรโพรโทคอลแบบโบราณที่ใช้ช่องสัญญาณ (Bandwidth) ต่ำๆ ก็ยังใช้อยู่  โพรโทคอลระบบสกาดาถูกออกแบบมาให้มีขนาดกะทัดรัดมาก หลายตัวจะออกแบบมาเพื่อส่งข้อมูลเฉพาะเมื่อสถานีแม่เรียกหา RTU โพรโทคอลโบราณของสกาดาได้แก่ Modbus RTU, RP-570, Profibus และ Conitel โพรโทคอลการสื่อสารเหล่านี้เป็นสิทธิ์ของผู้จำหน่ายโดยเฉพาะ แต่ถูกนำมาดัดแปลงและใช้กันอย่างแพร่หลาย โพรโทคอลมาตรฐานก็คือ IEC 60870-5-101 หรือ 104, IEC 61850 และ DNP3 โพรโทคอลการสื่อสารเหล่านี้มีมาตรฐานและได้รับการยอมรับจากทุกผู้ผลิตระบบ สกาดาที่สำคัญ ปัจจุบันหลายโพรโทคอลเหล่านี้มีการขยายเพื่อการใช้งานบน TCP/IP แม้ว่าการใช้ข้อกำหนดของระบบเครือข่ายแบบเดิม เช่น TCP/IP ความไม่ชัดเจนระหว่างเครือข่ายแบบดั้งเดิมและเครือข่ายอุตสาหกรรม เพราะตอบสนองความต้องการพื้นฐานที่แตกต่างกัน. 

        ด้วยความต้องการการรักษาความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น มีการใช้งานที่เพิ่มขึ้นของการสื่อสารผ่านดาวเทียม นี้มีข้อดีที่สำคัญของโครงสร้างพื้นฐานที่สามารถดูแลตัวเองได้ เพราะไม่ได้ใช้วงจรจากระบบโทรศัพท์สาธารณะ สามารถมีการเข้ารหัสฝังในตัวและสามารถออกแบบมาเพื่อความพร้อมและความน่าเชื่อถือที่กำหนดโดยผู้ประกอบการระบบสกาดา มีประสบการณ์จากโครงการที่ผ่านมาที่ใช้ VSAT ระดับผู้บริโภค ระบบการขนส่งที่ทันสมัยระดับให้มีคุณภาพในการให้บริการที่จำเป็นสำหรับระบบสกาดา

        RTUs และอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติอื่น ๆ ได้รับการพัฒนาก่อนการกำเนิดของมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการทำงานร่วมกัน (Interoperability) ผลที่ได้คือนักพัฒนาและผู้บริหารสร้างความหลากหลายของโพรโทคอลการควบคุม ในบรรดาผู้ผลิตขนาดใหญ่ก็ยังมีแรงจูงใจในการสร้างโพรโทคอลของตัวเองเพื่อทำให้ลูกค้าเกิดความมั่นใจ และสร้างฐานลูกค้า รายการของโพรโทคอลอัตโนมัติจะรวบรวมไว้ที่นี่

        ที่ผ่านมา OLE สำหรับการควบคุมกระบวนการ (OLE for process control : OPC) ได้กลายเป็นโซลูชั่นที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางสำหรับการติดต่อโดยทางโทรศัพท์ภายในสถานที่, โทรศัพท์ภายใน (Intercommunicating) ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่แตกต่างที่ช่วยให้การสื่อสารอุปกรณ์แม้ว่าเดิมไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายอุตสาหกรรม  

        7.10 สถาปัตยกรรมสกาดา ระบบสกาดามีวิวัฒนาการมาถึง 3 รุ่นดังนี้ 

            รุ่นแรก: Monolithic ในรุ่นแรก การคำนวณถูกกระทำโดยคอมพิวเตอร์เมนเฟรม เครือข่ายยังไม่เกิดในเวลาที่ระบบสกาดาได้รับการพัฒนา ดังนั้นระบบ สกาดาเป็นระบบอิสระไม่มีการเชื่อมต่อกับระบบอื่น ๆ เครือข่ายบริเวณกว้างได้รับการออกแบบมาโดยผู้ขาย RTU ในการสื่อสารกับ RTU โพรโทคอลการสื่อสารที่มักจะถูกนำมาใช้เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะของผู้ขายในเวลานั้น รุ่นแรกของระบบสกาดาเป็นของซ้ำซ้อนเนื่องจากระบบสำรองข้อมูลของเมนเฟรมมีการเชื่อมต่อในระดับบัสและถูกนำมาใช้ในกรณีที่เกิดความล้มเหลวของระบบเมนเฟรมหลัก บางระบบสกาดารุ่นแรกที่ถูกพัฒนาขึ้นแบบเสร็จแต่เพียงผู้เดียว (Turn key) ที่วิ่งบนมินิคอมพิวเตอร์ เช่น PDP-11 ของบริษัท Digital Equipment Corporation (DEC) ระบบเหล่านี้เป็นแบบ อ่านอย่างเดียว(Read only) ในลักษณะที่สามารถแสดงข้อมูลจากระบบการควบคุมแบบอนาล็อกที่มีอยู่ที่ใช้ในการดำเนินการแต่ละสถานีทำงาน แต่มักจะไม่ได้พยายามที่จะส่งสัญญาณไปยังสถานีควบคุมระยะไกลเนื่องจากปัญหา telemetry พื้นฐานที่เป็นอนาล็อกและผู้บริหารศูนย์การควบคุมมีความกังวลกับการยอมให้ทำการควบคุมโดยตรงจากสถานีทำงานของคอมพิวเตอร์ ยังทำหน้าที่แจ้งเตือนและบันทึกการเตือนและทำหน้าที่บัญชีคำนวณสินค้ารายชั่วโมงและรายวัน

            รุ่นที่สอง: กระจาย การประมวลผลถูกกระจายไปหลายสถานีที่มีการเชื่อมต่อผ่านระบบเครือข่ายในพื้นที่(LAN) และมีการใช้ข้อมูลร่วมกันในเวลาจริง แต่ละสถานีรับผิดชอบสำหรับงานเฉพาะจึงทำให้ขนาดและค่าใช้จ่ายของแต่ละสถานีน้อยกว่าสถานีในรุ่นแรก โพรโทคอลเครือข่ายที่ใช้ก็ยังคงเป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะซึ่งนำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัยของระบบสกาดาที่ได้รับความสนใจจากแฮกเกอร์ เนื่องจากโพรโทคอลที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะจึงมีคนน้อยมากนอกจากนักพัฒนาและแฮกเกอร์ที่จะรู้มากพอที่จะกำหนดวิธีการรักษาความปลอดภัยของการติดตั้งระบบสกาดา เนื่องจากทั้งสองฝ่ายมีส่วนได้เสียจึงเก็บปัญหาด้านความปลอดภัยไว้เงียบๆ ความปลอดภัยของการติดตั้งระบบสกาดามักจะถูกประเมินเกินกว่าความเป็นจริงอย่างมาก

             รุ่นที่สาม: เครือข่าย เนื่องจากการใช้งานของโพรโทคอลมาตรฐานและความจริงที่ว่าหลายระบบสกาดาที่อยู่ในเครือข่ายจะสามารถเข้าถึงได้จากอินเทอร์เน็ต ระบบอาจมีความเสี่ยงจากการโจมตีระยะไกล ในทางตรงกันข้ามการใช้โพรโทคอลมาตรฐานและเทคนิคการรักษาความปลอดภัยมีความหมายว่าการปรับปรุงมาตรฐานความปลอดภัยสามารถใช้ได้กับระบบสกาดา โดยสมมติว่าได้รับการบำรุงรักษาและการปรับให้เป็นปัจจุบันทันเวลา

        7.11 ปัญหาด้านความปลอดภัย ระบบสกาดาที่ผูกกับสิ่งอำนวยความสะดวกแบบการกระจายข้อมูล (Decentralize) เช่น พลังงาน น้ำมัน และท่อก๊าซ การแจกจ่ายน้ำ ระบบการจัดเก็บน้ำเสีย จะต้องถูกออกแบบให้เป็นระบบเปิด มีความแข็งแกร่งทนทานและมีความง่ายในการใช้งานและซ่อมแซม แต่ไม่จำเป็นต้องรักษาความปลอดภัย การย้ายจากเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะให้เป็นระบบมาตรฐานและเปิดกว่า พร้อมด้วยการเพิ่มจำนวนการติดต่อระหว่างระบบสกาดาหลายระบบ หลายเครือข่ายสำนักงาน และระบบอินเทอร์เน็ตเหล่านี้ได้ทำให้เสี่ยงที่จะถูกโจมตีทางเครือข่าย ซึ่งเป็นเรื่องธรรมดาในการรักษาความปลอดภัยคอมพิวเตอร์ โดยเฉพาะ นักวิจัยด้านความปลอดภัยมีความกังวลเกี่ยวกับเรื่องต่อไปนี้

  • การขาดความกังวลเกี่ยวกับการรักษาความปลอดภัยและการปกป้องความมั่นคงปลอดภัยของระบบและข้อมูลภายในองค์กรในการออกแบบ, การนำไปใช้งานและการทำงานของบางเครือข่ายสกาดาที่มีอยู่
  • ความเชื่อที่ว่าระบบสกาดาได้รับประโยชน์จากการรักษาความปลอดภัยเนื่องจากไม่เป็นที่รู้จักผ่านการใช้งานของโพรโทคอลที่ทำขึ้นเป็นพิเศษและการเชื่อมต่อที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะ
  • ความเชื่อที่ว่าระบบเครือข่ายสกาดามีความปลอดภัยเพราะเครือข่ายมีความปลอดภัยทางกายภาพ
  • ความเชื่อที่ว่าระบบเครือข่ายสกาดามีความปลอดภัยเพราะเครือข่ายตัดการเชื่อมต่อจากอินเทอร์เน็ต

        ระบบสกาดาถูกใช้ในการควบคุมและตรวจสอบกระบวนการทางกายภาพ ตัวอย่างเช่น การส่งกำลังไฟฟ้า การขนส่งของก๊าซและน้ำมันทางท่อ การส่งน้ำ ไฟจราจร และระบบอื่น ๆ ที่ใช้เป็นพื้นฐานของสังคมสมัยใหม่ ความปลอดภัยของระบบ สกาดาเป็นสิ่งสำคัญเพราะถ้าระบบความปลอดภัยถูกทำลาย จะส่งผลกระทบต่อหลายพื้นที่ของสังคม ตัวอย่างเช่น ไฟดับที่เกิดจากการหละหลวมในการดูแลระบบสกาดา ไฟฟ้าที่ดับแต่ละครั้งจะทำให้เกิดความสูญเสียทางการเงินให้ลูกค้าทั้งหมด เราจะได้เห็นว่าการไม่รักษาความปลอดภัยของระบบสกาดาจะส่งผลกระทบต่อสังคมจะเป็นอย่างไร

        มีภัยคุกคามหลากหลายต่อระบบสกาดาที่ทันสมัยภัยหนึ่ง คือการคุกคามของการเข้าถึงฐานข้อมูลและระบบโดยไม่ได้รับอนุญาตที่ซอฟต์แวร์การควบคุมไม่ว่าจะเป็นการเข้าถึงของคนหรือการเข้าถึงการเปลี่ยนแปลงการชักนำให้เกิดโดยตั้งใจหรือไม่ตั้งใจจากการติดเชื้อไวรัสและภัยคุกคามซอฟต์แวร์อื่น ๆ ที่อยู่บนเครื่องควบคุมตัวแม่ อีกประการหนึ่งคือการคุกคามของการเข้าถึงชุดซอฟต์แวร์สำเร็จรูปไปยังกลุ่มเครือข่ายอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนโฮสของระบบสกาดา ในกรณีที่โพรโทคอลควบคุมขาดรูปแบบของการรักษาความปลอดภัยจากการเข้ารหัสลับใด ๆ ที่ช่วยให้ผู้โจมตีสามารถควบคุมอุปกรณ์ในระบบสกาดา โดยการส่งคำสั่งผ่านทางเครือข่าย ในกรณีที่ผู้ใช้ระบบสกาดาสันนิษฐานว่าการมี VPN แล้วสามารถป้องกันที่เพียงพอ โดยไม่ทราบว่าการรักษาความปลอดภัยสามารถทำได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่จะถูกเข้าทางอ้อม เพื่อการเข้าถึงผ่านแจ็คและสวิทช์ของเครือข่ายสกาดาที่เกี่ยวข้อง ผู้ขายระบบควบคุมในอุตสาหกรรม แนะนำการรักษาความปลอดภัยด้วยวิธีการรักษาความปลอดภัยของข้อมูลที่มีการป้องกันในเชิงลึกซึ่งเป็นกลยุทธ์ที่ใช้ประโยชน์ตามแนวทางปฏิบัติของระบบเทคโนโลยีสารสนเทศทั่วไป

        ฟังก์ชันความน่าเชื่อถือของระบบสกาดาในโครงสร้างพื้นฐานที่ทันสมัยที่มีอาจจะเป็นสิ่งสำคัญต่อสุขภาพและความปลอดภัยสาธารณะ เช่น การโจมตีในระบบเหล่านี้โดยตรงหรือโดยอ้อมอาจคุกคามสุขภาพและความปลอดภัยของประชาชน การโจมตีดังกล่าวได้เกิดขึ้นแล้วในระบบการควบคุมน้ำเสียของในควีนส์แลนด์ ประเทศ ออสเตรเลีย ไม่นานหลังจากที่ผู้รับเหมาติดตั้งระบบสกาดาในเดือนมกราคม พ.ศ.2543 ส่วนประกอบของระบบเริ่มทำงานผิดพลาด ปั๊มไม่ทำงานเมื่อจำเป็นและสัญญาณเตือนภัยก็ไม่ได้รายงานวิกฤตเพิ่มเติม น้ำทิ้งก็ท่วมใกล้สวนสาธารณะและปนเปื้อนบ่อระบายน้ำแบบเปิดพื้นผิวของน้ำแล้วไหลด้วยระยะทาง 500 เมตรไปที่คลองน้ำขึ้นน้ำลง ระบบสกาดาทำการเปิดวาล์วน้ำทิ้งในขณะที่โพรโทคอลสั่งให้ปิดวาล์วไว้ตลอด ในขั้นต้นนี้ก็เชื่อว่าจะเป็นปัญหาที่ระบบ การตรวจสอบของระบบที่บันทึกไว้เปิดเผยว่าการทำงานผิดปกติเป็นผลมาจากการโจมตีในโลกไซเบอร์ ผู้สืบสวนได้รายงาน 46 กรณีที่เกิดจากการแทรกแซงจากภายนอกก่อนที่ผู้กระทำผิดจะถูกระบุ การโจมตีถูกทำขึ้นโดยอดีตพนักงานที่ไม่พอใจของที่บริษัททำการติดตั้งระบบ สกาดา อดีตพนักงานหวังที่จะได้รับการว่าจ้างจากหน่วยงานสาธารณูปโภคพื้นฐานเต็มเวลาเพื่องานรักษาระบบบำบัดน้ำเสีย

        ผู้ค้าจำนวนมากของระบบสกาดา และผลิตภัณฑ์การควบคุมได้เริ่มกล่าวถึงความเสี่ยงที่เกิดโดยการเข้าถึงโดยไม่ได้รับอนุญาตโดยสายการพัฒนาของอุตสาหกรรมเฉพาะไฟร์วอลล์ เครือข่ายส่วนตัวเสมือน (Virtual Private Network: VPN) สำหรับเครือข่ายสกาดาที่เป็น TCP / IP-based เช่นเดียวกับอุปกรณ์การตรวจสอบและบันทึกระบบสกาดาภายนอก The International Society of Automation (ISA) เริ่มการทำให้เป็นรูปแบบอย่างของความต้องการระบบรักษาความปลอดภัยของสกาดาในปี 2550 กับกลุ่มทำงานคณะที่ 4 จะทำการตกลงเฉพาะกับข้อกำหนดทางเทคนิคที่ไม่ซ้ำกัน การวัด และคุณสมบัติอื่น ๆ ที่จำเป็นในการประเมินและรับรองความยืดหยุ่นการรักษาความปลอดภัยและประสิทธิภาพการทำงานของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและอุปกรณ์ระบบควบคุม

        ความสนใจในความไม่มั่นคงของระบบสกาดา ที่เพิ่มขึ้น มีผลจากการวิจัยซึ่งพบว่าเกิดความไม่มั่นคงในซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์และเทคนิคการป้องกันทั่วไปที่ได้ถูกนำเสนอให้กับชุมชน ในระบบสกาดาของสาธารณูปโภคพื้นฐาน เช่นไฟฟ้าและก๊าซ ความไม่มั่นคงของฐานการติดตั้งขนาดใหญ่ที่ติดตั้งการเชื่อมต่อการสื่อสารแบบอนุกรมทั้งแบบใช้สายและแบบไร้สายถูกกล่าวถึงในบางกรณีโดยการใช้อุปกรณ์ที่ใช้ตรวจสอบและการเข้ารหัสขั้นสูงมาตรฐานดีกว่าการเปลี่ยนจุดต่อที่มีอยู่ทั้งหมด

8. ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและระบบหุ่นยนต์    

        ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและระบบหุ่นยนต์(Industrial Automation and Robot System) การที่จะเป็นอุตสาหกรรม 4.0 ได้ ไม่สามารถปฏิเสธระบบนี้ได้ จากรูปที่ 4.13 การพัฒนาระบบนี้ได้มีองค์ประกอบที่สำคัญดังนี้

        8.1 ระบบที่ต้องพัฒนา ระบบที่ต้องนำมาใช้ในการพัฒนาระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและระบบหุ่นยนต์ประกอบด้วย 8 เรื่อง ดังนี้ 

  •   ระบบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิคส์ (Electrical and Electronic System)
  •   ระบบเครื่องกล (Mechanical system)
  •   ระบบควบคุมหุ่นยนต์ (Robotic Control System0
  •   ระบบคอมพิวเตอร์ (Computer System)
  •   อิเล็คโตรเมคคานิคส์ (Electro-Mechanics)
  •   ตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Control)
  •   คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ (Computer Aided Design)
  •   ตัวควบคุมโปรแกรม (Programmable Controllers)

        8.2 สาขางานวิศวกรรมที่เกี่ยวข้อง มีดังนี้

  •   วิศวกรรมไฟฟ้า(Electrical Engineering)
  •   วิศวกรรมอิเล็กทรอนิคส์ (Electronics Engineering)
  •   วิศวกรรมเครื่องกล(Mechanical Engineering)
  •   วิศวกรรมอัตโนมัติ(Automation Engineering)
  •   วิศวกรรมการวัดคุมและควบคุม (Instrumentation and Control Engineering)
  •   วิศวกรรมทดสอบการทำงานของระบบและอุปกรณ์ และซ่อมบำรุง(Equipment Commission and     Maintenance Engineering)
Mobirise
รูปที่ 4.13 การพัฒนาระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและระบบหุ่นยนต์

9. การลำเลียงวัตถุดิบอัตโนมัติ  

        การลำเลียงวัตถุดิบอัตโนมัติ (Automated material handling) ซึ่งมีระบบ สายพานลำเลียง (Conveyors) เป็นแบบอย่างของระบบการลำเลียงวัตถุดิบอัตโนมัติ ซึ่งในระบบการผลิต ระบบสายพานของวันนี้จะแตกต่างจากสายพานลักษณะเข็มขัดหรือโซ่ในยุคของเฮนรี่ ฟอร์ด (Henry Ford’s era) ในปัจจุบันระบบสายพานที่ทันสมัยสามารถใช้งานได้เร็วและยืดหยุ่นได้ดี การเคลื่อนตัวได้ทั้งแนวดิ่งและแนวราบโดยใช้ระบบบาร์โค้ดและป้ายควบคุมด้วยคลื่นวิทยุใช้ในการตรวจสอบวัตถุดิบโดยมีสถานที่ใช้งานโดยเฉพาะ ซึ่งมีความสามารถเคลื่อนที่ได้ทั้งบนพื้น ใต้พื้นดิน และเหนือพื้นดิน ตามตัวอย่างในรูปที่ 4.14

Mobirise
รูปที่ 4.14 การเคลื่อนย้ายสินค้าอัตโนมัติ

10. รถขนส่งเคลื่อนที่อัตโนมัติหรือเอจีวี  

        รถขนส่งเคลื่อนที่อัตโนมัติหรือเอจีวี (Automated Guided Vehicle :AGV) คือพาหนะบรรทุกสินค้าที่ไม่มีคนขับที่ได้กำหนดเส้นทางให้วิ่งอย่างอัตโนมัติ การเคลื่อนที่ของรถอาจใช้ราง หรือ สายไว หรือ ไวไฟ ให้ทางเดินตามแนวที่กำหนดโดยการยึดตรึงกับพื้น หรือควบคุมจากวิทยุไร้สายจากระบบควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ ซึ่งกลุ่มของอุปกรณ์ถูกควบคุมโดยคอมพิวเตอร์จากสถานที่อื่น หรือโรงงานอื่นได้ มีความแตกต่างทั้งขนาด และรูปร่างสามารถขนส่งวัตถุดิบได้มากมาย มีพื้นฐานการควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessor-based) สามารถจะลำเลียงวัตถุดิบได้ดี มีรูปแบบลักษณะที่มีความยืดหยุ่นเพื่อใช้ในระบบลำเลียงวัตถุดิบ การใช้งานตามที่แสดงในรูปที่ 4.15

Mobirise
รูปที่ 4.15 รถขนส่งเคลื่อนที่อัตโนมัติ (AGV)

11. ระบบจัดเก็บ นำออก สินค้าอัตโนมัติ  

        ระบบจัดเก็บ นำออก สินค้าอัตโนมัติ (Automated Storage And Retrieval Systems :AS/RS) เป็นพื้นฐานของคลังสินค้าอัตโนมัติ ทำให้ขนาดคลังสินค้าเล็กลง แทนที่จะกองบนพื้น จะถูกเปลี่ยนมาเป็นจัดเก็บด้วยเทคโนโลยีอัตโนมัติและการขนส่งรวดเร็ว และจุดกระจายวัตถุดิบ โดยสินค้าเก็บบนมีพาเลท หรือกล่อง ซึ่งลักษณะการเคลื่อนย้ายทั้งแนวตั้งและแนวนอนได้รับการออกแบบโดยมีคอมพิวเตอร์ซึ่งเก็บข้อมูลได้มาก สามารถเลือกพาเลทสินค้าได้ง่ายผ่านคอมพิวเตอร์ ในโรงงานอุตสาหกรรมจะเลือกใช้ระบบ AS/RS ที่เล็กกว่า ทั้งนี้เพราะสามารถค้นหาพื้นที่ที่ว่างเพื่อใช้การเก็บวัตถุดิบในคลังสินค้าได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยระบบที่รวดเร็ว และถูกต้องแม่นยำ การใช้งานตามที่แสดงในรูปที่ 4.16

Mobirise
รูปที่ 4.16 คลังสินค้าอัตโนมัติ

12. หุ่นยนต์ 

        หุ่นยนต์ (Robots) เป็นผู้ควบคุมโปรแกรมการย้ายชิ้นส่วนหรือเครื่องมือในแนวทางพิเศษ โดยมีแนวความคิดจากนิยายวิทยาศาสตร์ ทั้งนี้หุ่นยนต์ในโรงงานจะแสดงลักษณะคล้ายคลึงกับมนุษย์เล็กน้อย และมีความชำนาญงานในการทำงานที่ยืดหยุ่นและฉลาดเหนือมนุษย์ แต่ไม่จำเป็นต้องทำงานเสร็จเร็วกว่าคนงาน หุ่นยนต์จะมีความทนทานต่อสิ่งแวดล้อมที่เป็นพิษที่ดี ทำงานได้นาน และทำงานได้มากกว่าคนงาน การใช้งานตามที่แสดงในรูปที่ 4.17

Mobirise
Mobirise
รูปที่ 4.17 หุ่นยนต์
Address

75 ถนนปัญญาอินทรา แขวงบางชัญ คลองสามวา
กรุงเทพมหานครฯ 10150 

Contacts

Email: support@vef.co.th 
Phone: (+66) 02-175-2986-7
Fax: (+66) 02-175-3499
Mon - Sat 8 AM to 5 PM (GMT+7)