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看見工廠智慧新風貌
創新製造思維

【作者: 王明德】   2017年01月13日 星期五

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智慧工廠是製造業這幾年的熱門議題,各國政府與大廠,紛紛提出對應政策與產品,不過「智慧化」是個相當模糊的概念,怎樣才能稱得上「智慧」二字?各界解讀不一,歸根究底,製造系統是由軟硬兩端不同環節的各類子系統所組成,這些子系統本身技術的提昇與系統間的整合鏈結,就成為智慧工廠的初步實現,有鑑於此,遠播資訊Ctimes與智動化SmartAuto雜誌,於2015年3月4、5日,舉辦「製造新思維-智慧工廠技術論壇」,邀請國內外指標性自動化技術專家,針對不同領域的自動化技術,提出精闢且深入的看法。


生產模式變革 新世代製造概念問世

工研院機械所組長鐘裕亮表示,隨著消費市場的變化,未來製造業將會面臨不可避免的4個趨勢,包括大量客製化、以人為中心的製造環境、客戶高度參與製造、製程可視化等,傳統的生產模式完全無法符合這4大趨勢所需,因此智慧化製造系統的建置需求將會越來越高,尤其在智慧化製造系統的大幅降低成本、提昇效率優勢下,未來傳統製造方式將逐漸不敷市場所需。


鐘裕亮以全球自動化大廠西門子在德國Amberg的智慧工廠為例,此一廠房佔地10萬8,000平方呎,能夠從250家供應商所提供的16億個零組件,製造出950項不同產品,廠內的16條生產線每小時可製造出15萬個的電子元件,雖然位於高薪資的德國,但其生產產品與西門子位於中國南京的工廠相當,該工廠採用客戶下單生產,客戶訂單在下單後可於24小時內完成,產品交付可靠度達到99%,同時完全達到品質要求,此一工廠成立已有20年,這20年來在未擴廠的情況下,產能提高7倍,達到彈性、效率、客製化等目標。


鼎新電腦應用價值部顧問蘇景峰延續對工業4.0的看法指出,工業4.0雖是由德國政府所提出,不過此一趨勢在全球各國已開始蔓延,同時由國家層次普及至產業層次,各大型廠商都已陸續展開動作,他指出,工業4.0有幾個特徵,包括「前台輕量化、後台重量化」、「管創新、流程創新」、「企業與部門不同發展與轉變」,他也同意鐘裕亮組長的看法,認為大量客製化時代來臨、少量多樣的運作麼是將成為常態,在此態勢下,傳統作法的成本與管理方式優勢不再,虛實整合的技術會快速成熟,產品生命週期速度會加快,而在內外遜充分連結下,製造營運服務化將全面升級。


台塑網專案顧問王聖中也針對智慧工廠的e化提出看法,他指出智慧化的核心技術在於智慧整合感控系統,此一技術整合了相關ICT技術,成為智慧工廠中的總指揮,包括物聯網、Big Data等概念,都被納入其中,此一技術運用電腦網路通訊技術,在物聯網架構下,對生產環境時進行即時、動態的監控,因具備相關實體資訊與運算能力,能夠適應當下環境與進行優化決策。


製造軟體 打造智慧化產線

在工廠e化,工業設備製造大廠致茂電子則針對製造執行系統(MES)提出一系列看法,致茂過去給業界的印象多為硬體設備製造,不過在e化軟體部份,近年來也有所成,致茂經理張美鳳指出,致茂的MES將產線所需的各類功能設計為模組式,透過功能模組的組合,管理者可完整且即時掌握產線各環節的狀況,致茂並以案例說明其效益,某輪胎原先每條產線約需200名員工,良率僅有70%,導入致茂的MES後,每條產線的人力減少100人、良率提昇至98%、效率提昇20%、產值每年提昇1.4億元,而每條產線約3000萬元的擴線成本,在MES導入後,一年就可攤提完畢。


除了局部的e化外,針對整體布局,軟體大廠歐特克(Autodesk)資深技術經理蔡進忠指出,智慧工廠將不會再製造統一的、毫無差別的產品,而是在同一流水線上,生產千萬種定制化產品,智慧工廠將包括物聯網、虛擬工廠設計自動化系統整合、海量資料與雲端運算、智能設備與系統、機械人/手臂等5大領域,這5大領域的設備必須充分整合,智慧工廠的願景才能實現,而其中歐特克在虛擬工廠設計自動化系統整合部份有相當完整的產品布局,蔡進忠進一步指出,透過虛擬化設計平台,設計者可在系統建置前就先模擬出3D產線模型,讓設計者與建置企業先體驗工廠的產線布局,在設計初期建立雙方共識,避免建置後期因認知不同衍生出成本與時間的耗費浪擲。


針對智慧工廠的軟體布局,PTC也表示「智慧化」的說法與做法,業界雖沒有一致標準,不過仍有一定的共通點,也就是產線系統中各設備必須全面有效連結,「整合」智慧化的第一要件,不過設備整合往往是智慧化中最細瑣也最艱難的部份,而且涉及高度的專業知識,廠商必須自己來,其他協力廠商無法越廚代庖,因此PTC建議,製造商若有意將產線升級為智慧化,可將心力放在抵從設備的整合,至於上層的管理系統建置,可以交給如PTC之類的軟體平台廠商,以專業分工的方式,在短時間內建起智慧工廠。


虛實整合 讓工廠更智慧

談到智慧工廠的上層管理系統,亦思科技處長江孟峰指出,大數據(Big Data)將會是未來製造業重要決策的主要數據來源,他以半導體製造業的大數據分析應用進行說明,相較於其他產業,半導體的智慧化製造的布局走得較快,各機台


與的數據擷取、儲存、分析早已有之,由於考慮到運算率,不可能每次分析都將資料庫中的所有數據都跑過一次,因此必須在儲存資料庫中,先以條件設定搜尋出正確的數據,再將這些數據移至具分析功能的伺服器,不過這種作法必須經過儲存、篩選、轉存、分析等流程,時效性稱不上最佳,近年來的趨勢是將衣料直接分存於數個據悉功能的伺服器,若有需要則直接進行分析,他指出,對機台數量不大的製造商,是可參考的大數據作法。


除了軟體外,軟硬體的虛實整合更是工業4.0的基石,身為工業4.0啟動國家的大型廠商西門子,在此部份的布局自然也比其他業者更為深厚,西門子資深經理羅龍翔表示,工業4.0的主要內涵是提昇現有的自動化技術,使其可以因應現在客戶的多樣化產品需求,同時能兼具產線效率,這就是所謂的「隨選生產」(Production on Demand),在隨選生產概念下,產線可以即時制定生產計畫,此一概念看似簡單,但牽涉的技術相當廣,從管理平台到製程設備的軟硬體,都需有大幅度改變,工業4.0延伸出智慧工廠概念,所謂的智慧工廠與現有的生產方式有別,是以全新生產流程運作,除垂直與工廠及廠商管理流程形成網絡外,也以水平透過網路與外部供應鏈結合,從訂單到交貨,整個價值創造網路都可即時掌控,此外,鄭智峰表示,「智慧工廠」也同時整合產銷存系統,避免不必要浪費且降低存貨及縮短客製化產品交貨時間效益等。


台灣製造走向高精度

除產線佈建的虛擬化外,產品本身的精度控制,也是智慧製造系統的必要設計之一,雷尼紹(Renishaw)公司台灣區總經理賴時正表示,大量人工製造方式是台灣的傳統製造方式,不過在大陸廠商憑藉大量廉價勞工成本,快速侵蝕台灣廠商原有的利基後,台商必須做出產品區隔賴時正指出,高精度產品將會是台廠未來必走的方向,但要走向高精度,必須倚賴精準度極高的設備,雷尼紹近期推出的Primo System測頭,以低前期成本、免費的培訓、獨特的「使用時才付費」模式,配合即時更換服務,讓工具機測頭的應用賣出新的里程碑。


除了高精度的技術走向外,在智慧工廠的軟體層面,台塑網專案顧問王聖中針對「建構智慧工廠 創造企業競爭優勢」議題,提出製造業的e化看法,他指出智慧化的核心技術在於智慧整合感控系統,此一技術整合了相關ICT技術,成為智慧工廠中的總指揮,包括物聯網、Big Data等概念,都被納入其中,此一技術運用電腦網路通訊技術,在物聯網架構下,對生產環境時進行即時、動態的監控,因具備相關實體資訊與運算能力,能夠適應當下環境與進行優化決策,


在「物聯網視覺化方案」中,HMI專業廠商北爾電子工程師王展帆指出北爾電子在硬體端擁有完整產品線,軟體部份,其作業軟體iX經過歷代改版,其功能相當齊全,在整體設計方面,北爾電子採取模組化設計,產品經理張資芳指出,北爾電子的模組化架構,是透過一整套自動化系統的提供,包括SCADA軟體、通訊設備、資訊處理模組、HMI、控制器、I/O模組等,讓企業建立最適化系統。


機器視覺也算是製程可視化的一部分,不過此一技術多用於產線檢測,美商邦納(Banner)工程師楊志強指出,機器視覺的運作流程,主要是先透過鏡頭擷取圖像,再將該圖像傳送至處理單元,通過數位化處理,根據圖元分佈和亮度、顏色等資訊,來進行尺寸、形狀、顏色等的判別,進而根據判別的結果來控制現場的設備動作,過去帶有高度重複性和智慧性的工作,只能由人工檢測來完成,部分傳統製造工廠中,生產線後面可以看到數量龐大的檢測工人來執行這道程序,但在增加了這些巨大的人工與管理成本的同時,卻仍然不能保證100%的良率,機器視覺的導入,則協助解決了這些問題。


工業等級設備 確保產線穩定性

在工業通訊方面,凌華科技產品經理楊家瑋針對EtherCAT提出相關看法,他指出工廠數位化已成趨勢,而數位化有幾個重點,包括從集中控制到分散控制、從機構驅動到伺服驅動、由H2H到M2M、由單一設備到整合,這些趨勢的完成,都需要工業通訊標準來推動,就目前市場態勢來看,EtherCAT無疑是最受矚目的標準,楊家瑋表示,EtherCAT是專為FA與MA所設計的通訊標準,歐洲在8年級已採用,亞洲則是這兩年才開始陸續導入,凌華科技長期以來布局於工業領域,在EtherCAT已有完整產品,尤其在運動控制的投入更以超過16年,其EtherCAT搭配旗下運動控制產品,將提供市場最完整的解決方案。


製造系統的儲存解決方案部份,宜鼎國際協理李孟厚,指出工業等級與消費性儲存技術的不同,他表示物聯網概念導入製造領域已是大勢所趨,過去的工業儲存載體多使用傳統硬碟(HDD),HDD雖然儲存成本較低,不過使用壽命與穩定性均不適合工業設備,因此SSD問世後,快速成為工業儲存的主流。


而與一般工業儲存廠商多跨足消費與工業兩端不同,宜鼎國際始終專住於工業儲存領域,其產品廣泛應用於工廠自動化、車載、航太、網通…等領域,所推出的產品包括Nano SSD、eMMC Card、PCIeDOM等,李孟厚表示,宜鼎國際除了產品供應外,更重要的是提供設計服務,讓儲存裝置可貼身適合製造機台。


機器人手臂是實現無人工廠的重要基石,台灣愛普生科技資深行銷技術董正威在「智慧工廠產業機器人的應用」議題中,介紹機器手臂在製造端的應用,愛普生的機器手臂原為日本精工錶的製程所用,後來應用觸角逐漸延伸,目前包括觸控大廠的塗膠貼合、3C大廠的平板電腦與智慧手機組裝,都有採用其相關產品。


董正威指出,愛普生的機器手臂產品線相當完整,從4軸到6軸皆有,其特色為無須整合不同品牌機器手臂、工程師無須學習不同程式與技術,可加快設計與應用,且各機種零件統一,可降低備用品成本。


在工廠的安全防災議題中,FLIR公司總經理孫偉恩表示,工廠中的電器設備相當多,而根據統計,火災的主要發生原因中,電器過熱是最大原因,若能事先預防,將可大幅降低工廠的火災發生機率。


他指出FLIR是全球最大的紅外線熱像儀廠商,其產品早已應用於各製造場所,以往此類的產品相當昂貴,因此導入器並不多,然而在價格快速下降與產品種類增多的態勢下,現在此類設備的售價企業已可輕鬆負擔,談到紅外線熱像儀在製造業的應用,他指出透過紅外線熱像儀可快速偵測出各類設備的溫度,透過溫度的掌控,製造業者將可事先採取必要措施,降低火災發生機率,打造出最安全的智慧工廠。


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