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工具機從雲端共同提升韌性
洞見先知 有賴企業數位轉型

【作者: 陳念舜】   2020年11月03日 星期二

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2020年迄今,原本年初已漸和緩的美中貿易戰又逢新冠肺炎疫情,導致全球烽煙四起,匯率波動火上添油,台灣工具機產業全年衰退幾已成定局。但對業者而言,如何能在目前越來越頻繁發生的不可測變數中,透過數位雙生技術洞見先知,以滿足客戶真實需求;打造「雲」和「地」端平台,藉數位轉型改善企業營運體質,才是真正長治久安的關鍵!


尤其到了今年美中貿易戰早已實質轉型成為新一代科技冷戰,對於工具機產業的終端用戶-汽車、3C電子、模具及自動化設備等產業而言,必須準備好兩套系統標準,重塑全球分工供應鏈體系;加上因為這波疫情封城鎖國後,造成跨國商務活動中止、上下游斷鏈風險,供需難以預測,從而驅動「韌性供應鏈(Supply Chain Resilience)」與企業數位轉型的發展需求,看似危機也是轉機,有心的業者便可趁此轉型、結盟或調整經營方針,提前在下一波景氣反轉做好準備。


智慧製造則是目前全球帶動數位轉型升級,跨界整合的必要方式,又與智慧機械密不可分。過去台灣工具機產業以出口導向為主,無論在精度、技術上都具有一定水準,惟後端客戶服務能力尚且不足,賺取的利潤約僅佔營收2~3%,經中間服務的龐大利潤都歸代理商/經銷商,又未必能忠實反映終端需求,這也是當前智慧機械發希望能夠補強之處,更突顯打造跨域平台、共通標準的重要性!



圖1 : 智慧製造是目前全球帶動數位轉型升級,跨界整合的必要方式,與智慧機械密不可分。(source:工研院)
圖1 : 智慧製造是目前全球帶動數位轉型升級,跨界整合的必要方式,與智慧機械密不可分。(source:工研院)

今後工具機將導入越來越多數位科技創造附加價值,成為日後業者增加市場競爭力的必要工具,進而掌握全球供應鏈數位轉型趨勢先機,運用新興數位科技與建構新型態產業生態體系,參與區域資源的協同和價值共創;甚至開始數位轉型,提供智慧供應鏈整合平台與服務的新商業模式,以創造高品質、高效率的供應鏈科技服務與解決方案,擴大價值服務布局。


另為突顯產品差異性,工具機也會越來越重視資訊服務內容,在基本功能上再融入資通訊(ICT)科技,以創造更高附加價值,例如運用感測器擷取零組件資訊後上傳控制器,以協助分析大數據模擬,實現可追溯性、預測性維護等創新科技應用。並隨著設備間溝通協同成為主流趨勢,工具機規格越來越標準化後,軟體與服務成為關鍵,工具機就不再只是傳統機械業,而屬於資訊服務業。


進而驅動中小企業文化質變,透過組織內部思維的調整與反思,調整產品結構,汰換沒有附加價值,以及市場已飽和的產品線;培育人才、重新佈局線上/線下市場通路及服務系統、展會,加強蒐集全球資訊等步驟,才能讓企業面對國際趨勢衝擊或遭遇重大變革等影響時,也能快速回復原本狀態,甚至發掘新契機。否則,即使勉強跟上工業4.0浪潮,將廠房內所有新舊工具機的數據都通過IoT連網,移轉到公司伺服器,還須真正用來支持營運、生產管理,才能為終端用戶創造最佳產品和服務。


台灣智造大聯盟成軍 驅動智慧製造與機械雙引擎

然而,由於台灣機械產業超過97%為中小企業,轉型所需的成本是一大負擔,機械公會、電電公會和4大法人:工研院、金屬中心、資策會、軟體協會、精機中心,以及系統整合、設備與製造業者等超過20個產學研單位,日前也攜手成立「台灣智慧製造大聯盟」,將匯集產、官、學、研龐大研發能量,協助台灣設備業與製造業進行數位轉型,預期將帶來3大效益:


1.瞄準新藍海,以智慧製造創造在雲端服務及遠距協同應用的新藍海、新趨勢與新商機;


2.利用台灣產業聚落綿密完整的發展優勢,從電子與半導體設備、工業控制器、智慧機器人等產業機械和自動化系統整合等領域切入,進行數位轉型;


3.借力強化法人技術軟硬整合與鏈結產學研角色,共創亞洲高階製造中心。


該聯盟除了提供智慧化解決方案外,還將以公版「智慧機械雲」為核心,鏈結大聯盟成員豐富資源,投入智慧機械雲測試、軟體開發及應用,提高產業國際競爭力。目前已有45個軟體上架測試,預計年底將增至98個;2021年開放所有先期測試終端客戶廠商加入試營運,統一地端標準,實現邊緣運算(Edge computing);2022年完成金流後正式商轉,讓工具機廠商自行開發店中店,服務自家設備,客戶也能找到所需軟體。期盼在大聯盟努力下,協助設備業與製造業數位轉型,進而打造台灣成為「亞洲高階製造中心」。



圖2 : 未來與機械雲連網後的數位服務,將包含:維護、生產、製造、電子商務發展環境;建構雲服務規則架構、營運方案,打造智慧製造機邊作業系統和雲端連結(source:工研院)
圖2 : 未來與機械雲連網後的數位服務,將包含:維護、生產、製造、電子商務發展環境;建構雲服務規則架構、營運方案,打造智慧製造機邊作業系統和雲端連結(source:工研院)

可預見未來在聯盟推動數位轉型路途上,公版智慧機械雲將位居要角,以建立標準化地端軟硬體、應用服務開發工具以及營運平台,滿足製造業少量多樣、大量客製化等目標,就像智慧手機「APP Store」或「Google Play」一樣。在這標準化雲端商店中,軟體業者可以直接上架相關智慧化軟體;使用端廠商則能直接在智慧機械雲平台瀏覽軟體介紹,自行下載安裝、維護更新,解決過去設備聯網和雲平台品牌眾多且彼此不相容、軟體安裝複雜等問題,將大幅降低廠商轉型升級成本。


工研院智慧機械科技中心智慧製造技術組組長羅佐良進一步指出,近年來為配合機器公會推動中小企業數位轉型,該智慧雲端平台初期可結合智慧機械盒(SMB)連結各機械設備之後,集中各家加工知識、資源,可更快發揮效益。再通過機聯網提升機械附加功能,包含最佳化生產模式與降低物料損耗,善用生產數據和人工智慧(AI)技術,以最低成本提高品質、可靠度。


未來連網後的數位服務,將包含:維護、生產、製造、電子商務發展環境;利用聚落整合相關軟體市集,協助客戶創造客戶的價值;同時建構雲服務規則架構、營運方案,打造智慧製造機邊作業系統和雲端連結,確保與整體生態系有一致標準,無論是設備製造廠商、系統整合商(SI)或終端使用者都可從雲端取得解決方案,不必再自行多方尋求軟體開發商合作編程。


促使工廠和終端使用者都能透過標準化SMB,與機械雲雙向溝通、媒合訂單、產能,得以跨廠區透過公版ERP、PLM、APS串接供應鏈、製造及量測、設計等需求服務,確保交期精準。羅佐良說:「此有別於過去供應鏈,只有其中一家廠商成功數位轉型,可能搶走同業訂單。現在供應鏈一體轉型後,搶走的就是國外對手訂單。」


西門子數位雙生再進化 涵括軟硬體邁向先進製造

此外,數位雙生技術(Digital twins)在工具機的應用面向可包含展覽銷售、教育訓練以及保養維修。例如透過虛擬化軟體的加值,除了在銷售上可透過3D模擬設備並透過網路進行線上展覽;亦可透過教育訓練3D軟體縮短學習時間、減少工作意外,力求快速安全上線,而交機後則可根據其健康使用狀況掌握系統壽限,達到智慧預維修的功能。


今年適逢西門子公司(Siemens)CNC控制器問世60週年,不僅發表新款數位原生CNC控制器SINUMERIK ONE,為CNC工具機加工業者打造首台數位轉型工具機,還可透過擴充軟體模組以及平行開發,提升約50%運算速度、僅須原有PLC掃描週期時間的1/4,可更快速完成機台開發,協助工具機廠落實數位雙生技術。


西門子公司工具機處副協理譚世斌表示,若同時搭配Create My Virtual Machine軟體,融入實體控制器NC運算和運動控制功能、工具虛擬機台/切削程式,可讓工具機縮短內部電控人員開發時間,不必等到機台設計構型、鑄件木模完成後,才到現場施工、編寫PLC程式、調校參數、切削試錯等,更節省時間、成本。譚世斌說:「現在業者只要在辦公室就能將虛擬機器匯入加工應用檔案、參數等服務,縮短30%上市時間,以及提升50%開發效率、CNC控制器生產效能25%。」



圖3 : 同時搭配Create My Virtual Machine軟體,融入實體控制器NC運算和運動控制功能、工具虛擬機台/切削程式,可讓工具機縮短內部電控人員開發時間。(source:Siemens)
圖3 : 同時搭配Create My Virtual Machine軟體,融入實體控制器NC運算和運動控制功能、工具虛擬機台/切削程式,可讓工具機縮短內部電控人員開發時間。(source:Siemens)

目前Create My Virtual Machine已有國內外工具機大廠開始置入自家虛擬五軸工具機,以模擬防碰撞與切削功能,成果十分貼近真實,包含表面切痕紋理和外觀輪廓都鉅細靡遺,等於可預知加工表面品質。程泰機械也藉此建立新款虛擬車銑複合加工機,融入西門子多年來在歐洲操作經驗、人機介面,已可用來虛擬加工口罩防偽鋼印花輪。


這也符合未來零接觸開發機台趨勢,讓國外買主在線上就能檢視整機結構、加工打樣過程,以驗證客戶的加工程式,看到完成之後的工件外觀、品質;甚至進行修改或加裝工業機器人等自動化系統,串成整線/整廠的完整解決方案。買賣雙方因此可直接在線上討論規格,交給設計部門即時修改,適合在訂單未明之際投入研發。


上游零組件供應商也能利用Create My Virtual Machine軟體,與整機廠溝通修改,待同規共軌後降低服務成本的效益更高;甚至可將虛擬機器檔案隨附機器銷售,一旦故障便叫出虛擬機器與客戶、代理商討論,立即解決操作問題,還能藉此培訓員工、學生。


使用者可藉此匯入不同機台,規劃虛擬產線進行防碰撞、跑合測試等,再交由實機提高擴產彈性。現在還能加入CNC shopfloor management整廠加工製程管理軟體,結合IoT最佳化製程、產品,協助終端客戶減少浪費資源!


此外,近年來3D列印已逐漸改變整個業界的生態,且以年產值23%的速度高速增長,從產品設計到產品製造、工法,也都由NX軟體整合串接整個生產流程;再到創新商業模式,以及催生新創產業,西門子現也持續透過數位雙生技術和自動化產品,協助各大積層製造設備製造商邁向生產自動化和數位化。


**刊頭照:(source:assets.new.siemens.com)


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