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WFH之下的工业数位化转换与系统机制
 

【作者: 盧傑瑞】2020年08月04日 星期二

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因为COVID-19的影响,为工业4.0的推动带来了强大的助力,在各国紧急情况的宣布後,远端工作的概念已经在制造业中扩散开来,特别是在与办公室有关的操作,例如销售和管理。另一方面,与工厂生产有关的业务内容,例如产品开发、生产准备、生产和维护,也正在逐步地进行的。


所以在COVID-19之後工作方式改革的呼声越来越高下,再加上新一代数位技术加速了远端工作的推动,带动了现有工厂生产系统的运作方式。虽然制造业中有许多公司,已经导入远端办公系统来继续业务,但还有相当多的企业,因为员工无法上班而停止了业务运作。


後COVID-19时代 已无法完全恢复之前的状态

根据日本东京都政府统计,位於东京的企业,导入远端工作机制的比例从2020年3月份的24.0%,到4月宣布紧急情况之後,突然暴增到62.7%,一个月内增长了大约2.6倍,可以发现越来越多的公司开始从事远程办公,越来越多的人可以在家办公(图1。



图1 : 根据日本东京都政府统计,2020年4月远端工作比例突然暴增2.6倍。(source:东京都政府;整理:智动化)
图1 : 根据日本东京都政府统计,2020年4月远端工作比例突然暴增2.6倍。(source:东京都政府;整理:智动化)

对於企业的业务持续运作来说,并不单只有COVID-19会带来影响,还存在各种自然灾害、火灾和恐怖主义等风险,并且严重影响到营运持续规划(Business Continuity Planning;BCP)。目前市场上虽已有一些解决方案,但在面对COVID-19疫情时,相当多企业却惊觉到还需要更多元的营运策略方案,来面对进行营运持续规划时结构的脆弱性。


例如,在出现COVID-19疫情之前,员工前往办公室上班,去拜访客户并进行面对面的交流是很自然的。但是如今,因为COVID-19疫情的出现,造成了许多员工无法前往办公室,而必须在家工作,或是透过网路视讯会议等进行线上交流,并且过着封闭的生活。


大多数人都相信,即使在後COVID-19时代,已经无法完全恢复到疫情之前的状态,也相信未来的工作时间和地点将多样化,因为疫情的出现而所宣导减少密闭集会等活动,还是会被避免,进而出现以数位化为中心的新行为模式,所以相信这种影响不是暂时的,而且会持续下去(图2)。



图2 : 即使在後COVID-19时代,已经无法完全恢复到疫情之前的状态。(source:富士通;整理:智动化)
图2 : 即使在後COVID-19时代,已经无法完全恢复到疫情之前的状态。(source:富士通;整理:智动化)

制造业早已开始让部分工作数位化

目前的技术能力已可将人工现场的工作在进行模拟之後(例如手动工作),再利用数位化机制,将作业机制导入工厂或生产线来提高生产率,此外数位化还可以让大多数的工作在远端进行的可能性大增。从BCP的角度来看,相信未来企业营运中,因为疫情造成影响的业务连续性将会加速恢复(图3)。



图3 : DX推动和BCP的关系性。(source:富士通 ;整理:智动化)
图3 : DX推动和BCP的关系性。(source:富士通 ;整理:智动化)

若再发生像现在,因为特殊的状况而无法出门上班时,如果没有一套完整的作业数位化机制时,期??恢复曾被停止的所有工作,很可能必须从头开始再做一次,但是如果能够导入数位化作业机制,即使员工不在现场,还是可以维持一定程度的工作进度,或是透过模拟工作机制,马上恢复并接续曾被停止的所有工作。


其实在COVID-19发生之前,制造业就已经开始让部分工作进行数位化,以及被称为数位转型(Digital Transformation;DX)的转换,尤其是以3D数据为核心的数位转型。在过去,数位转型这个观念,对制造公司的价值诉求是「提高企业生产力」,但是随着COVID-19疫情的扩散,数位转型也可以有效地实现「业务连续性」的维持与不中断。即使在疫情获得控制的後COVID-19时代,相信数位转型将被加进被称为工业4.0的应用核心:资讯物理系统(Cyber Physical Systems;CPS)之中。


另一方面,对於与工厂生产有关的部门和操作,例如设计,生产技术和制造等等,虽然在本质上与办公系统不同,但还是可被转型为数位化作业,不过期??全面导入此机制,在现阶段是有相当的困难度,因为还有些人工作业无法取代,只能做到最大程度性的改善。


例如,需要使用实际物品(用於生产的夹具和工具)的工作,虽然始终需要保持人工作业的状态,但是生产线上需要什麽样的夹具、工具和自动机器以及如何布置,这些过程设计都可以被数位化的,并且可以使用3D数据执行。因此可以将每个部门的工作,分别划分为适合人工作业和数位化作业(图4)。



图4 : 虽然工厂在本质上与办公系统不同,但还是可被转型为数位化作业。(source:富士通;整理:智动化)
图4 : 虽然工厂在本质上与办公系统不同,但还是可被转型为数位化作业。(source:富士通;整理:智动化)

透过数位化运营 战胜传统人工作业结构

如图5所示,可以透过MES、PLM、AI、PSI、RPA等等的方法,将设计工作,生产计划工作,与设备链接的工作管理工作以及视觉检查工作,全部进行数化化计划和转换。以下就简单的说明MES、PLM、AI、PSI、RPA在数位化转换机制中的功能。



图5 : 可以透过MES、PLM、AI、PSI、RPA等方法进行数化化计划和转换。(source:System Integrator;整理:智动化)
图5 : 可以透过MES、PLM、AI、PSI、RPA等方法进行数化化计划和转换。(source:System Integrator;整理:智动化)

MES:实时性能收集

目前的Internet对传输介面的标准化和标准化正在进行中,并准备了易於引入MES的环境。因此透过MES就可以实现即时产生指令和结果汇总的机制。


但目前似??仍然有许多设备是透过有线网路来连接,但是随着生产设备通讯的无线化和已上路的5G通讯架构,将可实现更无缝的协作。5G具有高速,低延迟,可在大量终端间进行通信和控制的优点,如果工厂中的设备是无线设备的化,就可以提高生产设备集中控制和现场布局的灵活性。


PLM:总体设计管理

从计划和开发到设计、制造、维护、生产、销售和停产,PLM可以进行全面管理与产品相关的所有流程,由於IoT和大数据分析等创新技术,PLM正出现巨大的改变。现在可以透过物联网,从配有LC的设备收集即时资讯,并在MES中累积各项生产数据,并创建可视化和分析的环境。


由PLM定义的BOP(过程设计资讯)会被传送到MES,并作为制造指令的资讯,能快速,准确地传输到制造现场。此外,如果可以利用IoT和AI技术即时收集和可视化制造现场,更可以透过对BOP和结果的比较分析,来改善和优化生产线配置和设备设置条件(图6)。



图6 : 可透过物联网在MES中累积各项生产数据,并创建可视化和分析的环境。(source:System Integrator;整理:智动化)
图6 : 可透过物联网在MES中累积各项生产数据,并创建可视化和分析的环境。(source:System Integrator;整理:智动化)

AI:利用深度学习发现异常

开始於1950年代的AI,现已经是第三次技术革命了,而这个世代的重点主题是学习,也就是说利用摄影机和AI进行深度学习,来区分影像、声音、人物等,而应用在影像检测异常,并且可以让目视检查的精度获得统一。


PSI:需求计划/生产计划

利用PSI方案可制定需求计划,其中包括从采购到交货的所有内容。另外,登录成本资料、在哪里制作、成本在哪里?销售额和毛利是多少?都可利用PSI进行模拟。(图7)



图7 : 利用PSI解决方案,可以制定需求计划,其中包括从组采购到交货的所有内容。(source:System Integrator;整理:智动化)
图7 : 利用PSI解决方案,可以制定需求计划,其中包括从组采购到交货的所有内容。(source:System Integrator;整理:智动化)

因此在生产计划中,PSI可以每月、每周和每天进行一次销售计划和预测,并且根据设备能力、工人轮班/能力值、订单和物料的优先等级,以及生产设定、等待时间来计算时间表。


整合BOM管理

由於市场需求多样化,针对每种产品类型执行BOM管理以生产各种变量(定制产品和尺寸差异等多种变化),并且每次都会基於订单资料(客户规格资讯)自动产生出M-BOM。



图8 : 针对每种产品类型执行BOM管理以生产各种变量。(source:System Integrator;整理:智动化)
图8 : 针对每种产品类型执行BOM管理以生产各种变量。(source:System Integrator;整理:智动化)

RPA:简单任务的自动化

RPA可有效地用於在数据输入系统之前自动进行手动准备,以及与外部业务合作夥伴进行数据交换/数据链接(图9)。



图9 : RPA可有效地用於在数据输入系统之前自动进行手动准备,以及与外部业务合作夥伴进行数据交换/数据链接。(source:System Integrator;整理: 智动化)
图9 : RPA可有效地用於在数据输入系统之前自动进行手动准备,以及与外部业务合作夥伴进行数据交换/数据链接。(source:System Integrator;整理: 智动化)

例如可以自动化将订单上传到每个供应商的Web-EDI,并下载交货日期的工作。也可以使用AI-OCR对纸本资料(例如发票)进行数位化,并执行内部应付款配对的处理。


ERP结合可携式装置 将取代纸本作业

这里的重点是以ERP系统为主轴的理想形式。将来希??利用云端的环境,进行运作ERP系统改善业务的同时,尽可能多地利用标准功能。因为透过这样的作法,可以积极整合出能在云端环境中可以使用的低成本、高品质的系统服务,例如费用结算和人工管理,来提高工作效率。


由於目前一般的制造产业,对於云端服务和云端伺服器的使用,仍然持相对怀疑的态度,所以利用可携式终端设备来对云端进行数据的存取,尚未获得全面性的接受。当然有一部份的理由是对云端安全性的一些误解,以及加上业者本身的经验和习惯。不过最近,主要的3D CAD品牌已经开始积极支援云端运算,相信不易被接受的这种情况将来会逐渐改变。


还有,在传统的生产或开发过程中,由於某些会议後,决定需要设计变更,使得後端行政人员或工程师,都必须对工作手册进行更新版本,但往往因为人员的疏忽,经常发生书写错误,或遗漏了部分纸本手册的更新。


因此如果可以在可携式终端设备上,可以即时查看和校对最新修正的内容的话,就会把错误或规格遗漏的机率降到最低。另外,还可以将工作过程中发现的任何问题立即反映给设计方。


目前的工厂的无纸化革命正在稳步发展,透过云端伺服的机制,可以让工程师、业务人员或客户看到零件旋转时的3D形状,还可以看到分解视图和动画中的工作过程,让生产制程将更容易理解,并且可以提高作业员对於生产规范的理解水准。同时,还能够透过平板电脑设备上管理工作进度,允许工作人员从平板电脑终端向生产线负责人报告情况,负责人可以立即检查情况,而不必浪费时间与工作人员开会和制作会议纪录。


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