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智慧制造愿景庞大 稼动率提升是第一阶段目标
 

【作者: 王明德】2019年01月16日 星期三

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无论是工业4.0或其他国家、厂商的智慧制造概念,工业物联网几??已被公认为未来制造系统的主架构,而这几年在供应商与媒体的联手推动下,虽开始有厂商着手启动相关建置,不过要达到真正具备智慧化的工业4.0愿景,不但需要投入大量成本,整体过程也相当长,再者现在成功案例非常有限,而对多数厂商来说,这些成功案例也不一定具有叁考价值,这些因素都是有意投入的制造业者仍采观??态度的因素。


不过就长期来看,智慧化是制造业的既定趋势,这已不是要不要跟流行的问题,而是企业在永续经营思维下,必然要做的事。而既然要做,就必须有策略拟定,智慧制造不一定需要一步到位,事实上一步到位的风险也过大,最实际的方式是从基层设备着手,在智慧制造之前先有智慧机械,进而使之联网架构出第一层的感测网路,并先设定第一阶段的关键绩效指标(KPI),也就是稼动率的提升,而这也是这两年各国制造业推动工业4.0的重点。


在工业物联网架构中,第一线生产设备的通讯联网,是整体系统的建构基础,唯有透过绵密而精准的网路,设备数据才得以被传送,进而启动後续的智慧化功能,这也是经济部推动智慧机械政策时,将「智慧机上盒」(SMB)列为前期重点推动项目的原因之一,根据经济部的计画,从2018年起,5年内要帮全台工厂9,000台机器安装SMB,藉由感测器收集生产资料并互相联网,让生产排程更聪明,降低废品数目,以施作厂商经验来说,人均产值可提升10%,设备稼动率则可提高20%。



图1 : 机联网对工具机的另一个优势是设备管理,而设备管理是稼动率的必要做法。(摄影:王明德)
图1 : 机联网对工具机的另一个优势是设备管理,而设备管理是稼动率的必要做法。(摄影:王明德)

2018年的记者会中,工业局??局长游振伟就曾指出,不管是工具机、制造用的机器设备,过去都是采人工检验,或者装感测器也是单机而已,但SMB可让工厂内机台都可以感测并进行联网,将生产资讯送到後台进行大数据分析,让厂商即时掌握各产线工作状况,优化生产排程,此外生产机器况也可以藉此预警,例如是否该进行润滑、精密度是否要校正等,可以事先调整,减少废品产生。


以中台湾生产精密螺帽的中小企业盈锡精密工业为例,该公司叁加计画後,将6个厂区150台机器设备进行联网,过去人工管理改成数位化追踪生产状况,提高机台的效能後,人均产值提升10%,设备稼动率提高20%,另外台湾航太加工龙头汉翔公司,目前产线机台联网也已扩充超过100台,除提供3个厂区机台即时生产监控,後续还将扩及旗下百馀家协力厂商应用,藉此降低生产成本。


掌握设备状态 精准控制制程

就全球市场来看,台湾工具机产业群聚密度相当高,尤其是在大台中地区,大量的业者群聚,形成完整生态供应系统,业者有任何的创新发想,都可迅速找到合作厂商,让概念快速落实为产品,这种高速且弹性生产,是台湾精密机械向来的特色,不过台湾此一产业的缺点则大多为中小企业,且产品多以中价位市场为主,如果想要发展到精密检测、航太、国防工业,需要发展具智慧化的高级机种。


因此台湾工具机产业要走向智慧化,除了联网相关技术,还需控制器技术,所谓的智慧化控制器,除了掌控进给轴、主轴等动力单元,精确执行加工指令以外,还须具备开放式通讯介面、支援工业物联网等智能化模组等功能,以便与厂内其他设备共同协作完成加工任务,只要控制器加上国际准伺服产品,再整合国际标准全数位串列控制介面及各种不同的平台,如泛用型多轴多系统控制平台,就可进一步发展智慧工具机产业。


图2 : 台湾工具机产业要走向智慧化,除了联网相关技术,还需控制器技术。(摄影:王明德)
图2 : 台湾工具机产业要走向智慧化,除了联网相关技术,还需控制器技术。(摄影:王明德)

智慧工具机技术的另一发展关键则是软体,由於各家控制器提供的通讯介面与资料格式并不完全相同,因此需要打造一个相容於所有控制器的资料格式与通讯架构,并将其推广成为产业标准,在此共通标准之上建立快速可扩充的App与数据加值服务,再以数据建立各种数据加值服务,包括生产履历、资料可视化、智慧排程等。


至於工具机制造商对智慧机械发展的贡献之一,就是可针对零件切削制程叁数定义,除可提供制程导向拓朴结构最隹化设计外,还可加工应用为最适化工具机,对使用者而言,就可以用在建构智慧化制造技术,工具机目前主要应用在汽车工业,展整体产值约45%,其次为航太与国防产业,约占15%,但航太产业未来20年将以每年5%成长,智慧工具机在航太产业应用将有高度成长空间。


透过机联网 智慧管理重要设备

除了制程外,机联网对工具机的另一个优势是设备管理,而设备管理是稼动率的必要做法,在精密加工制造业中,CNC工具机是相当重要的机器设备,为能有效掌握厂内大量CNC工具机,管理者必需要充分了解各机台的现况,以便能在异常状况发生时让设备尽快恢复正常运作,除了降低因机台停摆影响生产线的作业,同时也提高每台设备的使用效率。


目前市场上的做法是透过PLC撷取CNC工具机的讯号,不过此一方式的即时性不足且建置成本过高,这也是目前智慧工具机必须解决的两大问题,业者指出,新型态的智慧监控方案必须在无需担心频宽限制与不过度支出的情况下,让机台与厂内现有的网路串接,此外,工厂内部机电设备,所产生的电磁干扰,也有可能导致系统运作失常,因此相关产品必需要提供较隹的稳定性,以确保CNC监控系统可以在如此严峻的环境下正常运行。



图3 : 生产设备的通讯联网,是整体系统的建构基础,唯有透过绵密而精准的网路,设备数据才得以被传送。(Source:RITM Industry)
图3 : 生产设备的通讯联网,是整体系统的建构基础,唯有透过绵密而精准的网路,设备数据才得以被传送。(Source:RITM Industry)

针对上述问题,目前工控市场已有厂商推出相关产品,这类型产品主要是满足即时上传数据资料至主控制室的需求,透过多通道数位输出入埠,撷取CNC工具机的开关变动状态,同时可侦测电流变化,以控制机台的工作负载,在通讯介面部分,乙太网路已成为必要设计,让旧有机台可与原有的网路架构整合,透过乙太网路交换器将现场讯号传送到客户现有的分布式网路控制伺服器中,此外,并提供了主动上传功能以满足制造加工的监控需要,此外工业等级的规格也是重点之一,藉此解决干扰问题。


随着许多传统机器设备逐渐被CNC工具机所取代,工厂管理者必须将这类机器的生产力最大化之外,还要能有效进行成本控制,即时和稳定的监控解决方案,将可提供工业级特色以确保正常运作,也能让使用者快速导入各种通讯模组,改善制造商的工厂管理效率与产能利用率。


从全球精密机械运作来看,现在高附加价值的产业如航太业,都采取国际标接单模式,此一模式中,加工制造生产效率与後段模组组装能力,都是接单评估的重要关键,台湾目前已具备精密加工制造能力,若政府的智慧机械政策可顺利在业界推广,将可有效提升业者竞争力,蔡英文总统所提到的国机国造与国防自主愿景也会有机会落实。


**刊头图(Source:Engineering.com)


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