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落实工业4.0 打造最隹智能工厂研讨会 会後报导
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【作者: 王岫晨】2020年09月28日 星期一

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工业4.0落地智能制造应用解决方案

工业4.0是利用现代智能技术,整合机器对机器通信(M2M)和物联网(IoT),以提高工厂自动化程度,无需人工干预就可以分析生产并诊断问题。透过物联网,将人、物件、机器相连而构成的巨大网路,以供感测、控制、侦测、识别、分析,并交换所有的资讯,进而提供更加值的应用服务。工业4.0 也强调虚实整合系统(CPS),核心是人机协作。工业4.0虚实整合系统目标则是在於资讯流掌握实体流,实体流回??资讯流。



图一 :   工研院南分院智能制造服务系统组组长陈幸雄
图一 : 工研院南分院智能制造服务系统组组长陈幸雄

工研院南分院智能制造服务系统组组长陈幸雄认为,工厂自动化中,自动装置控制生产流程与设备,整合电脑、通讯技术、自动化技术、感测技术、机械设备等,使产品能自动制造,或部分加工自动完成。虚实整合则是透过自动化设备与生产线的整合,搭配电脑程式设计、制造执行系统(MES) ,由中央战情中心统一管理,工作流程能够更加顺畅、安全、便利。在智慧工厂中,资讯技术建构虚拟平台,运用工厂建模(Modeling)工具,将生产过程中的工单、制令、生产设备、产品、物料、生产区域等实体生产要件,转化成可控制的数据与制程。


对於工业4.0之实践模式,在於生产型态变化加剧,精实管理复杂度增加,必须导入资通讯技术来解决。新产线以全新打造跳跃改变,旧产线以逐步改造提升品质及良率,建置步骤或工具则可依需求弹性微调。


後疫情时代的企业数位转型与智慧制造新趋势

目前的新冠肺炎疫情打乱了世界脚步,却加速了企业的数位转型。过去需要面对面处理的业务相继转为线上,以保持业务连续性、提升生产效率。IDC调查的「2020亚太地区中小企业数位化成熟度研究」显示,2024年前,亚太区中小企业的数位化发展将为地区GDP带来2.6兆至3.1兆美元的成长,带动後疫情时代区域的经济复苏。同时,2024年亚太地区的GDP有机会增加到10.6兆至14.6兆美元。其中中小企业的数位化发展就占了这波成长的25%。台湾中小企业数位化发展可??在2024年前为台湾GDP带来高达230亿至270 亿美元的成长,其中三项首要科技投资分别为:采购或升级IT硬体、云端服务,以及资讯安全。



图二 :   新代科技暨联达智能全球营销总监姜继宗
图二 : 新代科技暨联达智能全球营销总监姜继宗

新代科技暨联达智能全球营销总监姜继宗认为,数位转型就等於企业转型与数位化。企业长期经营方向、运营模式、相应的组织、资源配置方式,整体性转变将使企业重新塑造竞争优势、提升社会价值,并达到新的企业形态的过程。总成本的概念,将主宰着这场革命。短链革命是最新的制造方程式,其概念为:成本红利耗尽的中国、产销新科技的到位、要求个性化的消费者,加上中美贸易与疫情影响,将等於供应链重组,造成短链革命,并影响全球制造业者的世纪大迁徙。


新代联达智慧制造所带动的数位转型未来已经到来,其中的几项重点包括了跨平台,资讯传递快速正确,互动弹性大增;企业整体营运效率提升,总成本减少,竞争力上升;企业进入客制化小单生意,制程缩短、产线弹性调整,并可快速换线;跨厂区制造进度分享;跨企业制造讯息分享;以及市场需求到制造的讯息整合等。期许可以在创新、共创与共用之下,共同打造智慧制造的新未来。


智慧工业与智慧制造技术面面观

智慧工厂的价值是什麽,是否工厂加装了感测器或数位电表後就算是智慧工厂?事实上,升级为智慧工厂,不是由科技的技术层面思考,而是从智慧工厂所带来的价值切入。


泓格科技研发七处经理胡再贤表示,智慧化的价值在於提升劳力价值,也就是大量且重覆的制程动作,以自动化来取代人力。劳力移转到少量且高价值生产制程上。如此一来,劳力有馀力执行客制化,并发掘潜在商机。



图三 :   泓格科技研发七处经理胡再贤
图三 : 泓格科技研发七处经理胡再贤

智慧化的价值在於提高产线品质。品质检测自动化,可以减少人力造成的误判。数位化与自动化後,可轻易生成生产履历。而收集与记录制程数据,能作为品管的改善资讯。至於产线品质的异常告警,将可减少重工增加生产成本。


智慧化的价值在於掌握了制造成本。少量多样的制程,成本掌握更仰赖自动化。在自动记录制程中,人力、物力、电力等成本都必须加以考量。当品质异常时,成本已经形成。因此掌握制造成本,才有机会减少成本的支出。


由此看来,智慧制造在於从价值切入,由痛点出发。而数据可以提升工厂的价值,并提供预测的能力。


在泓格科技的一些应用案例中,例如IC制造厂的无尘室粒子侦测,用AGV车取代人力,巡逻侦测空气中PM2.5微粒数量,在影响制程前就能超前发出警报;被动元件厂的温度撷取与制程改善,可针对不同反应炉的温度比对,提早发现加热棒老化的问题,以防止可能导致温度控制不隹,以及不良率升高;另如IC制造厂的设备预防保养,以iWSN系列产品来记录多部设备耗电流与待机、工作温度。依据不同机台特性,找出各设备的温度与电流上限值。并可即时找出耗电流异常或温度异常的设备,避免设备故障引起加工品损坏。


洞见智造4.0 加速产业数位转型

多元化的数位科技包括大数据、云端处理、人工智慧、工业4.0,以及AR/VR与自动化机器人等,正全面融合到各产业。然而这却使得制造业面临之挑战也急遽增加,包括了生产效率突破瓶颈、产品品质之提升、报废率之降低,以及人力之降低等。



图四 :   研华科技工业物联网事业群市场开发经理陈彦呜
图四 : 研华科技工业物联网事业群市场开发经理陈彦呜

研华科技工业物联网事业群市场开发经理陈彦呜指出,工业4.0的进程,从机台的智能化、系统整合的产业视觉化、到自动化无人工厂,并以AI智能制造来引领数据的价值化。并持续延伸客户服务,造成业务模式的创新。不过这些环节,都存在着不同程度的挑战。


例如机台的智能化,企业就必须面对生产所需的关键数据,包括客户需求的数据、生产品质数据、设备状态数据、安全生产数据,以及环境与能耗的数据等。透过机械设备联网的智能化,让传统制程的机台升级成为智能设备,并采集稼动率、产量、湿度、压力甚至机台能耗与预知保养等关键设备资料,加上有效整合周边软体,并以智能机上盒来将即时的设备生产资讯做视觉化的显示,并连接客户的管理平台。如此一来,关键数据就能更无所遁形。


陈彦呜认为,面对自动化与无人化生产,应用机器人、自动搬运车、机器视觉减少对人力之依赖,提升测试效率与产品良率,有助於达到精实生产,甚至无人生产的境界。而透过数据来驱动AIoT,将更有助於智慧机械与制造的实践,并促进数位转型的成功。


协作机器人带您跨越自动化鸿沟

自从2008年UR推出全球第一个实现商业应用的协作机器人UR5,截止今天,UR已经在全球范围内累积销售了44,000台人机协作机器人。协作机器人作为新一代工业机器人,得到传统工业机器人生产商等初创公司的认可。UR陆续推出的UR10,具有更大的工作范围和更高的有效负载能力。在近期,UR不止推出具有更高重复精度并且可持续更新软体功能的eSeries,并在2019年上市了乘载重量高达16公斤的协作型手臂UR16e。



图五 :   Universal Robots通路开发经理卢彦亨
图五 : Universal Robots通路开发经理卢彦亨

Universal Robots通路开发经理卢彦亨指出,制造业的发展,创造了人机协作机器人的需求,而劳动密集型的工厂,开始向自动化方向迁移。这种轻便可移动的协作机器人,十分适用於混线、小批次生产等需求。UR的全球愿景,就是让人人都能实现自动化,透过轻量化设计实现随??即用来实现灵活部署。


一般来说,协作型机器人进行简单流程的速度,大约和真人作业员差不多。所以,将作业自动化时,可以选择对现在人工作业之速度感到满意的流程。但是,协作型机器人可以持续作业,甚至整天不停机,因此将会有助於提高生产力。此外,协作型机器人的产出相当稳定可靠,能够让真人作业员免於处理低阶作业,进而进行高产值的活动。


值得注意的是,协作型机器人的工作环境几??和真人的工作环境相同,而且不会抱怨温度、噪音与灰尘。但是,从另一个角度看,也可能在非常乾净卫生的环境里,甚至是无尘室等级的地方,发现协作型机器人的踪影。


自动化设备设计与可靠度预估

在今天,各种电子设备与产品都非常聪明,功能强大,也能带来很多使用上的效益与好处。这些设备都是需要透过工业产线来产出。当一个产线员工可以正常工作,身体健康,就可以带来很大的产能,或者透过他的智慧带来更高的效益。然而如果生病了,产能就会降低,或者衍生出其他作业上的风险。而如果受到外界的影响,也将使得这个员工无法正常发挥的效能。



图六 :   台湾检验科技公司SGS技术经理张国梁
图六 : 台湾检验科技公司SGS技术经理张国梁

台湾检验科技公司SGS技术经理张国梁指出,每个员工都有正常保养健康的观念,而工业4.0的所有产业设备也是一样。包括功能安全、网路资讯安全,以及可靠度预估等,都是必须提前进行部署,也就是在生病出状况之前,先进行保养预防,不要让生病变得严重。


工业4.0是基於云端技术的设计与制造,工业物联网也带来颠覆性的创新与应用。如果可以在云端就进行先进智慧的设计,就可以因应复杂的制造与生产,带来更多新的机会,并同时进行预防与保养。也就是在问题发生之前,就能智慧化的采取一些措施来预防,或者在发生後,可以在最短的时间内恢复大量生产的作业流程。这些都是希??利用先进云端技术来实现。


张国梁说,除了功能安全之外,人们也越来越考量到工业联网的重要性,如何确保网路不要被骇客侵袭,导致生产过程暂停,并造成巨大损失。除了固定的设备维修之外,如何在故障之前就能够先行预警,进行可靠度预估的,就可以达到超前部署的目的。


一般值得注意的是,一般产品的都是在很好的环境中被设计与制造,但使用者却有各自不同的使用方式,这些设备很可能在恶劣的环境中,温度变化大、湿度高、或者使用者的操作电压不稳,都会容易造成设备的损坏,为了预防这些状况,就可以透过可靠度预估的观念来加以实现。


目前很多设备在国际上都被要求归类其安全等级,为的就是避免系统故障时造成的危害,这就是功能安全的概念。这些故障危害有可能是骇客造成,因为现在都是透过工业物联网的环境来连结工业设备。而如果能够在云端的环境里进行系统的状态侦测,再透过演算法来预估设备可能失效或损坏,这就有助於达成可靠度预估提前部署的实现。


启动智造业数位转型之路

近期的美中竞逐,正引发贸易战与科技战。大国间的争霸影响经济体系的既有秩序,并带动台商回流与供应链重组。全球可能形成两个技术生态环境,牵动新兴科技技术的布局。新兴科技可能改变生产要素与竞争优势,以及加速供应链重构。而AI、大数据、IOT等技术正推动无人化工厂,无人化进销存管理等既有作业。而国际厂商的竞争力大增,也使得台厂面临竞争对手的挑战更为剧烈。由於需求变化,改变了产品生命周期,并迎接个人化与多样化需求。少量多样的需求也导致了供应链各环节必须低库存、并且快速反应。



图七 :   桥头科学园区产学策进会常务理事/MIRDC执行长林秋丰
图七 : 桥头科学园区产学策进会常务理事/MIRDC执行长林秋丰

桥头科学园区产学策进会常务理事暨MIRDC执行长林秋丰指出,数位转型的方向虽然明确,却隐含着不安。数位化强调的是导入数位工具;而数位优化是指采用数位工具後,在客户体验或营运流程上的优化;至於数位转型则是以数位科技来大幅改变价值的创造与交易方式。


事实上,目前国内制造业正面临数位转型的挑战。以金属产业为例,金属产业结构正迈入饱和期,关联产业亦呈现衰退趋势,传统制造方法已无法推动产业成长。所面临的挑战包括高端材料仰赖进囗、投资成本压力、人才招募与技术传承,以及少量多样与交货期程短等。而金属产业转型升级之发展课题,必须运用数位化与智慧化,发挥既有金属材料与制程优势,来扭转现有痛点。


林秋丰认为,纵整标竿国家趋势,纷纷在材料面与制程面投入数位创新资源,强化终端应用市场的能量,并采取跨域整合的系统性方面来达到金属产业的数位转型。其愿景在於引领台湾金属产业材料暨制程技术前往次世代竞争下,具目标导向之精准跨域整合与快速开发能力。


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