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落實工業4.0 打造最佳智能工廠研討會 會後報導
CTIMES科技論壇

【作者: 王岫晨】   2020年09月28日 星期一

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工業4.0落地智能製造應用解決方案

工業4.0是利用現代智能技術,整合機器對機器通信(M2M)和物聯網(IoT),以提高工廠自動化程度,無需人工干預就可以分析生產並診斷問題。透過物聯網,將人、物件、機器相連而構成的巨大網路,以供感測、控制、偵測、識別、分析,並交換所有的資訊,進而提供更加值的應用服務。工業4.0 也強調虛實整合系統(CPS),核心是人機協作。工業4.0虛實整合系統目標則是在於資訊流掌握實體流,實體流回饋資訊流。



圖一 :   工研院南分院智能製造服務系統組組長陳幸雄
圖一 : 工研院南分院智能製造服務系統組組長陳幸雄

工研院南分院智能製造服務系統組組長陳幸雄認為,工廠自動化中,自動裝置控制生產流程與設備,整合電腦、通訊技術、自動化技術、感測技術、機械設備等,使產品能自動製造,或部分加工自動完成。虛實整合則是透過自動化設備與生產線的整合,搭配電腦程式設計、製造執行系統(MES) ,由中央戰情中心統一管理,工作流程能夠更加順暢、安全、便利。在智慧工廠中,資訊技術建構虛擬平台,運用工廠建模(Modeling)工具,將生產過程中的工單、製令、生產設備、產品、物料、生產區域等實體生產要件,轉化成可控制的數據與製程。


對於工業4.0之實踐模式,在於生產型態變化加劇,精實管理複雜度增加,必須導入資通訊技術來解決。新產線以全新打造跳躍改變,舊產線以逐步改造提升品質及良率,建置步驟或工具則可依需求彈性微調。


後疫情時代的企業數位轉型與智慧製造新趨勢

目前的新冠肺炎疫情打亂了世界腳步,卻加速了企業的數位轉型。過去需要面對面處理的業務相繼轉為線上,以保持業務連續性、提升生產效率。IDC調查的「2020亞太地區中小企業數位化成熟度研究」顯示,2024年前,亞太區中小企業的數位化發展將為地區GDP帶來2.6兆至3.1兆美元的成長,帶動後疫情時代區域的經濟復甦。同時,2024年亞太地區的GDP有機會增加到10.6兆至14.6兆美元。其中中小企業的數位化發展就佔了這波成長的25%。台灣中小企業數位化發展可望在2024年前為台灣GDP帶來高達230億至270 億美元的成長,其中三項首要科技投資分別為:採購或升級IT硬體、雲端服務,以及資訊安全。



圖二 :   新代科技暨聯達智能全球營銷總監姜繼宗
圖二 : 新代科技暨聯達智能全球營銷總監姜繼宗

新代科技暨聯達智能全球營銷總監姜繼宗認為,數位轉型就等於企業轉型與數位化。企業長期經營方向、運營模式、相應的組織、資源配置方式,整體性轉變將使企業重新塑造競爭優勢、提升社會價值,並達到新的企業形態的過程。總成本的概念,將主宰著這場革命。短鏈革命是最新的製造方程式,其概念為:成本紅利耗盡的中國、產銷新科技的到位、要求個性化的消費者,加上中美貿易與疫情影響,將等於供應鏈重組,造成短鏈革命,並影響全球製造業者的世紀大遷徙。


新代聯達智慧製造所帶動的數位轉型未來已經到來,其中的幾項重點包括了跨平臺,資訊傳遞快速正確,互動彈性大增;企業整體營運效率提升,總成本減少,競爭力上升;企業進入客製化小單生意,製程縮短、產線彈性調整,並可快速換線;跨廠區製造進度分享;跨企業製造訊息分享;以及市場需求到製造的訊息整合等。期許可以在創新、共創與共用之下,共同打造智慧製造的新未來。


智慧工業與智慧製造技術面面觀

智慧工廠的價值是什麼,是否工廠加裝了感測器或數位電錶後就算是智慧工廠?事實上,升級為智慧工廠,不是由科技的技術層面思考,而是從智慧工廠所帶來的價值切入。


泓格科技研發七處經理胡再賢表示,智慧化的價值在於提升勞力價值,也就是大量且重覆的製程動作,以自動化來取代人力。勞力移轉到少量且高價值生產製程上。如此一來,勞力有餘力執行客制化,並發掘潛在商機。



圖三 :   泓格科技研發七處經理胡再賢
圖三 : 泓格科技研發七處經理胡再賢

智慧化的價值在於提高產線品質。品質檢測自動化,可以減少人力造成的誤判。數位化與自動化後,可輕易生成生產履歷。而收集與記錄製程數據,能作為品管的改善資訊。至於產線品質的異常告警,將可減少重工增加生產成本。


智慧化的價值在於掌握了製造成本。少量多樣的製程,成本掌握更仰賴自動化。在自動記錄製程中,人力、物力、電力等成本都必須加以考量。當品質異常時,成本已經形成。因此掌握製造成本,才有機會減少成本的支出。


由此看來,智慧製造在於從價值切入,由痛點出發。而數據可以提升工廠的價值,並提供預測的能力。


在泓格科技的一些應用案例中,例如IC製造廠的無塵室粒子偵測,用AGV車取代人力,巡邏偵測空氣中PM2.5微粒數量,在影響製程前就能超前發出警報;被動元件廠的溫度擷取與製程改善,可針對不同反應爐的溫度比對,提早發現加熱棒老化的問題,以防止可能導致溫度控制不佳,以及不良率升高;另如IC製造廠的設備預防保養,以iWSN系列產品來記錄多部設備耗電流與待機、工作溫度。依據不同機台特性,找出各設備的溫度與電流上限值。並可即時找出耗電流異常或溫度異常的設備,避免設備故障引起加工品損壞。


洞見智造4.0 加速產業數位轉型

多元化的數位科技包括大數據、雲端處理、人工智慧、工業4.0,以及AR/VR與自動化機器人等,正全面融合到各產業。然而這卻使得製造業面臨之挑戰也急遽增加,包括了生產效率突破瓶頸、產品品質之提升、報廢率之降低,以及人力之降低等。



圖四 :   研華科技工業物聯網事業群市場開發經理陳彥鳴
圖四 : 研華科技工業物聯網事業群市場開發經理陳彥鳴

研華科技工業物聯網事業群市場開發經理陳彥鳴指出,工業4.0的進程,從機台的智能化、系統整合的產業視覺化、到自動化無人工廠,並以AI智能製造來引領數據的價值化。並持續延伸客戶服務,造成業務模式的創新。不過這些環節,都存在著不同程度的挑戰。


例如機台的智能化,企業就必須面對生產所需的關鍵數據,包括客戶需求的數據、生產品質數據、設備狀態數據、安全生產數據,以及環境與能耗的數據等。透過機械設備聯網的智能化,讓傳統製程的機台升級成為智能設備,並採集稼動率、產量、濕度、壓力甚至機台能耗與預知保養等關鍵設備資料,加上有效整合周邊軟體,並以智能機上盒來將即時的設備生產資訊做視覺化的顯示,並連接客戶的管理平台。如此一來,關鍵數據就能更無所遁形。


陳彥鳴認為,面對自動化與無人化生產,應用機器人、自動搬運車、機器視覺減少對人力之依賴,提升測試效率與產品良率,有助於達到精實生產,甚至無人生產的境界。而透過數據來驅動AIoT,將更有助於智慧機械與製造的實踐,並促進數位轉型的成功。


協作機器人帶您跨越自動化鴻溝

自從2008年UR推出全球第一個實現商業應用的協作機器人UR5,截止今天,UR已經在全球範圍內累積銷售了44,000台人機協作機器人。協作機器人作為新一代工業機器人,得到傳統工業機器人生產商等初創公司的認可。UR陸續推出的UR10,具有更大的工作範圍和更高的有效負載能力。在近期,UR不止推出具有更高重複精度並且可持續更新軟體功能的eSeries,並在2019年上市了乘載重量高達16公斤的協作型手臂UR16e。



圖五 :   Universal Robots通路開發經理盧彥亨
圖五 : Universal Robots通路開發經理盧彥亨

Universal Robots通路開發經理盧彥亨指出,製造業的發展,創造了人機協作機器人的需求,而勞動密集型的工廠,開始向自動化方向遷移。這種輕便可移動的協作機器人,十分適用於混線、小批次生產等需求。UR的全球願景,就是讓人人都能實現自動化,透過輕量化設計實現隨插即用來實現靈活部署。


一般來說,協作型機器人進行簡單流程的速度,大約和真人作業員差不多。所以,將作業自動化時,可以選擇對現在人工作業之速度感到滿意的流程。但是,協作型機器人可以持續作業,甚至整天不停機,因此將會有助於提高生產力。此外,協作型機器人的產出相當穩定可靠,能夠讓真人作業員免於處理低階作業,進而進行高產值的活動。


值得注意的是,協作型機器人的工作環境幾乎和真人的工作環境相同,而且不會抱怨溫度、噪音與灰塵。但是,從另一個角度看,也可能在非常乾淨衛生的環境裡,甚至是無塵室等級的地方,發現協作型機器人的蹤影。


自動化設備設計與可靠度預估

在今天,各種電子設備與產品都非常聰明,功能強大,也能帶來很多使用上的效益與好處。這些設備都是需要透過工業產線來產出。當一個產線員工可以正常工作,身體健康,就可以帶來很大的產能,或者透過他的智慧帶來更高的效益。然而如果生病了,產能就會降低,或者衍生出其他作業上的風險。而如果受到外界的影響,也將使得這個員工無法正常發揮的效能。



圖六 :   台灣檢驗科技公司SGS技術經理張國樑
圖六 : 台灣檢驗科技公司SGS技術經理張國樑

台灣檢驗科技公司SGS技術經理張國樑指出,每個員工都有正常保養健康的觀念,而工業4.0的所有產業設備也是一樣。包括功能安全、網路資訊安全,以及可靠度預估等,都是必須提前進行部署,也就是在生病出狀況之前,先進行保養預防,不要讓生病變得嚴重。


工業4.0是基於雲端技術的設計與製造,工業物聯網也帶來顛覆性的創新與應用。如果可以在雲端就進行先進智慧的設計,就可以因應複雜的製造與生產,帶來更多新的機會,並同時進行預防與保養。也就是在問題發生之前,就能智慧化的採取一些措施來預防,或者在發生後,可以在最短的時間內恢復大量生產的作業流程。這些都是希望利用先進雲端技術來實現。


張國樑說,除了功能安全之外,人們也越來越考量到工業聯網的重要性,如何確保網路不要被駭客侵襲,導致生產過程暫停,並造成巨大損失。除了固定的設備維修之外,如何在故障之前就能夠先行預警,進行可靠度預估的,就可以達到超前部署的目的。


一般值得注意的是,一般產品的都是在很好的環境中被設計與製造,但使用者卻有各自不同的使用方式,這些設備很可能在惡劣的環境中,溫度變化大、濕度高、或者使用者的操作電壓不穩,都會容易造成設備的損壞,為了預防這些狀況,就可以透過可靠度預估的觀念來加以實現。


目前很多設備在國際上都被要求歸類其安全等級,為的就是避免系統故障時造成的危害,這就是功能安全的概念。這些故障危害有可能是駭客造成,因為現在都是透過工業物聯網的環境來連結工業設備。而如果能夠在雲端的環境裡進行系統的狀態偵測,再透過演算法來預估設備可能失效或損壞,這就有助於達成可靠度預估提前部署的實現。


啟動智造業數位轉型之路

近期的美中競逐,正引發貿易戰與科技戰。大國間的爭霸影響經濟體系的既有秩序,並帶動台商回流與供應鏈重組。全球可能形成兩個技術生態環境,牽動新興科技技術的佈局。新興科技可能改變生產要素與競爭優勢,以及加速供應鏈重構。而AI、大數據、IOT等技術正推動無人化工廠,無人化進銷存管理等既有作業。而國際廠商的競爭力大增,也使得台廠面臨競爭對手的挑戰更為劇烈。由於需求變化,改變了產品生命週期,並迎接個人化與多樣化需求。少量多樣的需求也導致了供應鏈各環節必須低庫存、並且快速反應。



圖七 :   橋頭科學園區產學策進會常務理事/MIRDC執行長林秋豐
圖七 : 橋頭科學園區產學策進會常務理事/MIRDC執行長林秋豐

橋頭科學園區產學策進會常務理事暨MIRDC執行長林秋豐指出,數位轉型的方向雖然明確,卻隱含著不安。數位化強調的是導入數位工具;而數位優化是指採用數位工具後,在客戶體驗或營運流程上的優化;至於數位轉型則是以數位科技來大幅改變價值的創造與交易方式。


事實上,目前國內製造業正面臨數位轉型的挑戰。以金屬產業為例,金屬產業結構正邁入飽和期,關聯產業亦呈現衰退趨勢,傳統製造方法已無法推動產業成長。所面臨的挑戰包括高端材料仰賴進口、投資成本壓力、人才招募與技術傳承,以及少量多樣與交貨期程短等。而金屬產業轉型升級之發展課題,必須運用數位化與智慧化,發揮既有金屬材料與製程優勢,來扭轉現有痛點。


林秋豐認為,縱整標竿國家趨勢,紛紛在材料面與製程面投入數位創新資源,強化終端應用市場的能量,並採取跨域整合的系統性方面來達到金屬產業的數位轉型。其願景在於引領台灣金屬產業材料暨製程技術前往次世代競爭下,具目標導向之精準跨域整合與快速開發能力。


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