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智慧製造願景龐大 稼動率提升是第一階段目標
 

【作者: 王明德】   2019年01月16日 星期三

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無論是工業4.0或其他國家、廠商的智慧製造概念,工業物聯網幾乎已被公認為未來製造系統的主架構,而這幾年在供應商與媒體的聯手推動下,雖開始有廠商著手啟動相關建置,不過要達到真正具備智慧化的工業4.0願景,不但需要投入大量成本,整體過程也相當長,再者現在成功案例非常有限,而對多數廠商來說,這些成功案例也不一定具有參考價值,這些因素都是有意投入的製造業者仍採觀望態度的因素。


不過就長期來看,智慧化是製造業的既定趨勢,這已不是要不要跟流行的問題,而是企業在永續經營思維下,必然要做的事。而既然要做,就必須有策略擬定,智慧製造不一定需要一步到位,事實上一步到位的風險也過大,最實際的方式是從基層設備著手,在智慧製造之前先有智慧機械,進而使之聯網架構出第一層的感測網路,並先設定第一階段的關鍵績效指標(KPI),也就是稼動率的提升,而這也是這兩年各國製造業推動工業4.0的重點。


在工業物聯網架構中,第一線生產設備的通訊聯網,是整體系統的建構基礎,唯有透過綿密而精準的網路,設備數據才得以被傳送,進而啟動後續的智慧化功能,這也是經濟部推動智慧機械政策時,將「智慧機上盒」(SMB)列為前期重點推動項目的原因之一,根據經濟部的計畫,從2018年起,5年內要幫全台工廠9,000台機器安裝SMB,藉由感測器收集生產資料並互相聯網,讓生產排程更聰明,降低廢品數目,以施作廠商經驗來說,人均產值可提升10%,設備稼動率則可提高20%。



圖1 : 機聯網對工具機的另一個優勢是設備管理,而設備管理是稼動率的必要做法。(攝影:王明德)
圖1 : 機聯網對工具機的另一個優勢是設備管理,而設備管理是稼動率的必要做法。(攝影:王明德)

2018年的記者會中,工業局副局長游振偉就曾指出,不管是工具機、製造用的機器設備,過去都是採人工檢驗,或者裝感測器也是單機而已,但SMB可讓工廠內機台都可以感測並進行聯網,將生產資訊送到後台進行大數據分析,讓廠商即時掌握各產線工作狀況,優化生產排程,此外生產機器況也可以藉此預警,例如是否該進行潤滑、精密度是否要校正等,可以事先調整,減少廢品產生。


以中台灣生產精密螺帽的中小企業盈錫精密工業為例,該公司參加計畫後,將6個廠區150台機器設備進行聯網,過去人工管理改成數位化追蹤生產狀況,提高機台的效能後,人均產值提升10%,設備稼動率提高20%,另外台灣航太加工龍頭漢翔公司,目前產線機台聯網也已擴充超過100台,除提供3個廠區機台即時生產監控,後續還將擴及旗下百餘家協力廠商應用,藉此降低生產成本。


掌握設備狀態 精準控制製程

就全球市場來看,台灣工具機產業群聚密度相當高,尤其是在大台中地區,大量的業者群聚,形成完整生態供應系統,業者有任何的創新發想,都可迅速找到合作廠商,讓概念快速落實為產品,這種高速且彈性生產,是台灣精密機械向來的特色,不過台灣此一產業的缺點則大多為中小企業,且產品多以中價位市場為主,如果想要發展到精密檢測、航太、國防工業,需要發展具智慧化的高級機種。


因此台灣工具機產業要走向智慧化,除了聯網相關技術,還需控制器技術,所謂的智慧化控制器,除了掌控進給軸、主軸等動力單元,精確執行加工指令以外,還須具備開放式通訊介面、支援工業物聯網等智能化模組等功能,以便與廠內其他設備共同協作完成加工任務,只要控制器加上國際準伺服產品,再整合國際標準全數位串列控制介面及各種不同的平台,如泛用型多軸多系統控制平台,就可進一步發展智慧工具機產業。


圖2 : 台灣工具機產業要走向智慧化,除了聯網相關技術,還需控制器技術。(攝影:王明德)
圖2 : 台灣工具機產業要走向智慧化,除了聯網相關技術,還需控制器技術。(攝影:王明德)

智慧工具機技術的另一發展關鍵則是軟體,由於各家控制器提供的通訊介面與資料格式並不完全相同,因此需要打造一個相容於所有控制器的資料格式與通訊架構,並將其推廣成為產業標準,在此共通標準之上建立快速可擴充的App與數據加值服務,再以數據建立各種數據加值服務,包括生產履歷、資料可視化、智慧排程等。


至於工具機製造商對智慧機械發展的貢獻之一,就是可針對零件切削製程參數定義,除可提供製程導向拓樸結構最佳化設計外,還可加工應用為最適化工具機,對使用者而言,就可以用在建構智慧化製造技術,工具機目前主要應用在汽車工業,展整體產值約45%,其次為航太與國防產業,約佔15%,但航太產業未來20年將以每年5%成長,智慧工具機在航太產業應用將有高度成長空間。


透過機聯網 智慧管理重要設備

除了製程外,機聯網對工具機的另一個優勢是設備管理,而設備管理是稼動率的必要做法,在精密加工製造業中,CNC工具機是相當重要的機器設備,為能有效掌握廠內大量CNC工具機,管理者必需要充分了解各機台的現況,以便能在異常狀況發生時讓設備儘快恢復正常運作,除了降低因機台停擺影響生產線的作業,同時也提高每台設備的使用效率。


目前市場上的做法是透過PLC擷取CNC工具機的訊號,不過此一方式的即時性不足且建置成本過高,這也是目前智慧工具機必須解決的兩大問題,業者指出,新型態的智慧監控方案必須在無需擔心頻寬限制與不過度支出的情況下,讓機台與廠內現有的網路串接,此外,工廠內部機電設備,所產生的電磁干擾,也有可能導致系統運作失常,因此相關產品必需要提供較佳的穩定性,以確保CNC監控系統可以在如此嚴峻的環境下正常運行。



圖3 : 生產設備的通訊聯網,是整體系統的建構基礎,唯有透過綿密而精準的網路,設備數據才得以被傳送。(Source:RITM Industry)
圖3 : 生產設備的通訊聯網,是整體系統的建構基礎,唯有透過綿密而精準的網路,設備數據才得以被傳送。(Source:RITM Industry)

針對上述問題,目前工控市場已有廠商推出相關產品,這類型產品主要是滿足即時上傳數據資料至主控制室的需求,透過多通道數位輸出入埠,擷取CNC工具機的開關變動狀態,同時可偵測電流變化,以控制機台的工作負載,在通訊介面部分,乙太網路已成為必要設計,讓舊有機台可與原有的網路架構整合,透過乙太網路交換器將現場訊號傳送到客戶現有的分布式網路控制伺服器中,此外,並提供了主動上傳功能以滿足製造加工的監控需要,此外工業等級的規格也是重點之一,藉此解決干擾問題。


隨著許多傳統機器設備逐漸被CNC工具機所取代,工廠管理者必須將這類機器的生產力最大化之外,還要能有效進行成本控制,即時和穩定的監控解決方案,將可提供工業級特色以確保正常運作,也能讓使用者快速導入各種通訊模組,改善製造商的工廠管理效率與產能利用率。


從全球精密機械運作來看,現在高附加價值的產業如航太業,都採取國際標接單模式,此一模式中,加工製造生產效率與後段模組組裝能力,都是接單評估的重要關鍵,台灣目前已具備精密加工製造能力,若政府的智慧機械政策可順利在業界推廣,將可有效提升業者競爭力,蔡英文總統所提到的國機國造與國防自主願景也會有機會落實。


**刊頭圖(Source:Engineering.com)


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