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我要聰明的製造業!
工業進化 生產升級

【作者: 王岫晨】   2015年04月17日 星期五

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隨著智慧工廠的議題不斷發酵,也給了製造業一個全新的啟發。放眼未來,我們要的,究竟是一個怎樣的製造業呢?是像傳統那樣,有煙囪排放著黑煙,一大群工人辛苦窩在髒亂廠房中的桌角流汗勞動著?還是在窗明几淨全自動化的產線上,只有幾個工作人員邊喝著咖啡邊有效率監看著螢幕上的訊號正常與否?


我們要的,顯然不是只能生產的製造業,而是更聰明的製造業。也正因為對於未來工廠有著這樣的期待,使得工業界也得因應時代的需求而不停演進。目前產業經常聽到的一個新名詞是工業4.0,也因此,我們就先從工業4.0來說起。


工業4.0改變現有習慣

工研院機械與系統研究所組長鐘裕亮指出,從早期的工業1.0到未來的工業4.0,工業界的發展史也依此被劃分成為四個階段。蒸氣機的問世,就是工業1.0時代的開始。有了蒸氣機,以大量勞力來付出的時代正式結束,蒸氣機的運作,強調的是以蒸汽來推動機械的機構與設備,也正式開啟了全新工業時代的開端。


而工業2.0時代,則是電力的出現,此刻開始,電力讓電動機也正式加入作業,提高產線效率的運作行列。工業3.0,則是電腦時代的來臨,電腦讓整體產業的運算速度提升,也能開始加入自動化產線的概念,不僅效率提高,人為的失誤率也能盡可能降到最低。


目前業界所著眼的,正是工業4.0的全新時代。工業4.0的主要概念,就是將智能帶入工廠產線中,讓虛擬與實境能夠真正進行整合。


Universal Robots亞太區總經理Shermine Gotfredsen則認為,雖然工業4.0的重點在於物聯網和大數據管理,自動化機器人還是工業4.0中主要的硬體技術,串聯物聯網和大數據後對於自動化機器人的技術無疑是另一項新的挑戰,未來自動化機器人除了要具備高度彈性應付多樣化的訂單,需求也會越來越大,如何讓機器人可以快速安裝,並且簡易編程,減少學習、安裝等等的人力成本,並且與物聯網完全相容,是目前自動化機器人技術發展的重點。


工業3.0以自動化設備減少了在組裝、加工、搬運和品管等等製造程序上的人力成本,而工業4.0強調的是智慧生產線,除了以機械代替人力生產,還要自行感測數據並處理當下的問題,自動化設備要能夠隨時因應原料、環境等因素,除了原有的高科技產業,希望自動化也可以帶給其他傳統產業新的樣貌,工業4.0無疑是非常有潛力的,它將再次改變製造業原有的習慣。



圖一 :   工業4.0的主要概念,就是將智能帶入工廠產線中。
圖一 :   工業4.0的主要概念,就是將智能帶入工廠產線中。

工業的核心在於人

除了科技能改變工業的樣貌之外,還有許多足以影響工業發展的力量:「社群」也成為改變工業的重要力量之一。


西門子工業自動化事業部資深經理羅龍翔說,或許很多人覺得疑惑,社群要如何能改變工業呢?事實上,儘管工業生產是在產品生命週期的前中段,不過這些工業生產的過程,與產品終端的消費市場是很接近的。在消費端,社群就能夠透過網路來凝聚能量,推動某些能夠改變工業現況的新作法,讓消費端的產品更貼近使用者。


而目前許多工業環境也受到消費市場的影響,正逐漸改變原有的工廠運作模式。例如以手機或平板來作為產線的控制媒介,又或者跨國跨界對外銷出口的機台設備做管理監控等,這些概念都是隨著我們生活與居住的環境改變,而出現的新需求,並逐步影響整體工業的發展與演進。


放眼目前全世界的生產工廠,我們要的,

不只是能生產的製造業,而且必須要是聰明的製造業。

當然,市場的需求也會成為工業環境往前進的助力。每個消費者都希望自己的產品是有區別化的,與別人有不同的品味。隨著使用者的想法不同了,工業生產環境也必須要快速因應不同的需求。自從工業1.0以來,電力、電腦陸續加入產線,讓工業生產變得更快速。但這樣還是不夠的,消費者更希望產品能夠有差異性,能與別人不同,這也成為驅動工業前進的力量。


另外一點,則是針對時代變化,工廠也必須考慮到社會的氛圍與形象。例如在環境保護與永續生存的大環境之下,進行適當的調整。過去在蒸氣機時代,造成了很多污染,但當時社會氛圍並沒有太大的反對。然而目前全球強調低污染的節能減碳,工業產線也必須減少污染排放,並提高生產效率,以滿足全球趨勢。


其實說穿了,工業也是基於人性的需求,而工業進化的最主要核心,當然還是在於人。從社群力量、差異考量與社會氛圍等,人們因為居住的環境與需求不同,將大大影響工業發展的新方向。



圖二 : 工業環境的一切進化,都從人開始。
圖二 : 工業環境的一切進化,都從人開始。

新挑戰接踵而至

工業界在一路進化的過程中,當然也遭遇到許多不同的挑戰。第一個最大的挑戰,就在於如何有效提升製造的效能。隨著工業的演進,新技術不斷出現,會有許多不同的製程,而不同的製程,提供了不同的生產效率。


效率,是生產過程最大的重點,隨著電力與電腦的出現,快速生產已經不再是個問題,隨之而來的就是效率,如何能夠讓產線速度快,品質又好,良率又高。提升整體的競爭力,關鍵就在於品質與技術層次都必須要能同步提升。


第二個挑戰,是盡可能縮短產品上市的時間。以手機這種產品來說,隨著客戶對於產品的想法改變與設計不同,產品上市時間也必須縮短,這樣的需求就必須透過工業生產的過程來加以滿足。


第三則是增加生產的彈性。這是因為人們對於產品有了差異化的需求,而對於不同產品,生產過程也必須要因物而制宜,來滿足不同的想法。這樣的過程,就必須透過有競爭性的工業環境,來增加產線的彈性、做出更大的區隔性。


有效提升產線效率

在更為複雜的工業環境中,如何才能有效滿足效率、彈性與上市時程的要求呢?軟體似乎就是這些問題最好的答案。軟體最能凸顯出與對手間技術層次的差異性。回頭看看一開始,競爭對手間會十分在意硬體的發展速度,希望能在硬體層面領先其他競爭者。不過當硬體已經逐漸發展到了並駕齊驅的程度,能不能做出好的軟體,反倒成為了能否突顯一家公司優勢的關鍵。發展出強勢的軟體,也有助於呈現該企業對於產業的整體思考與想法。


其次,透過資源的有效利用,來營造出公司的整體形象,也是很重要的一環。地球只有一個,因此善用資源,減少損耗與浪費,成為近年來工業發展的重要議題之一。包括京都議定書、碳排放限制、綠足跡規範等,都是希望在有限的資源下,達到更大的產出。


在台灣,目前正積極推動與節能相關的ISO 50001規範。目前節能方面的規範,包括了ISO 10004、ISO 9000等,許多工廠在產品出口時,都會被要求必須要符合這兩項規範。而相信在下一階段,所有工廠的產出,將必須進一步符合ISO 50001標準,以求從生產到製造面,都能滿足節能的要求。


最後則是高度整合。產品在生產的過程中,會有許多不同的連結,這些不同層次的連結,如何有效整合,來提昇效率,是許多產線規劃人員所重視的。工廠產線從如何製造出一個產品的發想開始,直到後期的產品完工、上市與服務等,必須是一個完整的構思,透過有效的串聯來達到最好的效率。整合,扮演了關鍵的角色。這些,都是對於下世代產線的期待,讓生產流程,能夠更完美,並擁有更高的效率。


圖三 :  智慧工廠的終極目標,就是大幅提升產線效率。
圖三 :  智慧工廠的終極目標,就是大幅提升產線效率。

串聯生產五大階段

一般來說,產品在生產線上,都會經歷五個階段:


1. 設計階段,也就是產品的發想與設計;


2. 計畫階段,例如要做手機時,要先把所有在生產手機過程中所需要的機台設備,規劃出最順暢的進行流程,並與相關設備廠商來進行整合;


3. 執行階段,不論買方或賣方,都必需要透過相關的程式,來將整體設備機台串聯起來;


4. 生產與製造階段,這個階段除了要能大量生產之外,還必須做出區隔化,並兼顧節能、形象與環保等議題;


5. 在產品售出之後的後段服務,產品除了上市之外,最重要的就是後段的服務。


羅龍翔認為,對於未來的製造業,不論走向全自動化,或是智慧化,最關鍵的,就是將這五個必要的步驟緊密地銜接在一起。當然,這樣的想法在實現上,會牽涉到許多不同的技術層次,從產品的發想,到生產的落實,都將面對許多挑戰。不過,讓產品更快實現、更快上市的想法,驅使新一代智慧工廠的願景更快實現。


在智慧工廠的架構之下,未來的產品,從設計發想階段的所有資料數據與內容想法,都將能無縫接軌到生產與上市階段,讓產品生產一氣呵成,加速上市,也能提高產線效率。智慧工廠希望能做到的,不就正是這樣的理想嗎!



圖四 :  智慧工廠的落實,還有很多挑戰必須克服。
圖四 :  智慧工廠的落實,還有很多挑戰必須克服。

從快速生產到彈性製程

自動化的機械人,對於提高產線生產速度是絕對的關鍵力量。從工業4.0到智慧工廠,自動化機器人在其中將扮演怎樣的角色呢?CTIMES特別專訪了Universal Robots亞太區總經理Shermine Gotfredsen,來釐清其中的關連性。


問:物聯網對於智慧工廠來說,是否有密不可分的關連?貴公司如何看待物聯網對於工業自動化的重要性?


Shermine Gotfredsen:物聯網無疑是智慧工廠一個重要的角色,使各個設備,甚至是上下游之間能互相快速地「溝通」以分享自己所感測到的資訊,並分析資訊做出相應的回應。


物聯網的加入對於自動化設備的靈活性要求也增大許多,資訊快速的傳遞導致需求不再像以往一樣固定,反而容易變動,所以物聯網也改變了工業自動化設備的管理程序,企業將會希望在工廠中以更先進的技術來簡化製程,使他們能更輕易達到目標的產能,並減少成本支出。例如將工業機器人的操作或設定裝置設計為一台平板電腦,加速設定製程的時間,並使操作模式更加直覺化。


物聯網與工業自動化息息相關,所以我們認為,這兩者其實是相互帶動與進步的,我們期待看到更多相關的應用與發展。


問:智慧工廠的重要性受到關注,未來在機械自動化領域的競爭對手是否也將隨之增加?


Shermine Gotfredsen:智慧工廠使機械自動化的需求越來越大,除了高科技產業自動化,其餘產業也慢慢往這塊發展,也有越來越多廠商想要進入機械自動化這塊領域,不過因為物聯網和資料管理是智慧工廠是一大重點,其資訊的快速傳遞使得對於自動化設備的技術要求越來越高,過去自動化要求快速地大量生產,現在追求的則是「彈性製程」以應對少量但多樣的訂單需求。


機械手臂的靈活性一直是Universal Robots產品的一大特色,但每家廠商的經營方針都有所不同,所以我們無法斷言是否會因為智慧工廠而在這領域上增加競爭對手。


問:貴公司是否將透過與更多商業夥伴的合作,來擴展對於智慧工廠的發展力道?


Shermine Gotfredsen:Universal Robots的目標無疑是放在最先進的科技上,我們期許自己成為全球協作型機器人的領導者,讓企業在安全的基礎上,可以自己輕鬆且快速地使用這項技術,協作型機器人在智慧工廠中扮演的著重要的角色,在這個產業蓬勃發展的時代,任何與我們有相同理念的企業,Universal Robots都渴望找尋合作的機會。



圖五 : Universal Robots亞太區總經理Shermine Gotfredsen
圖五 : Universal Robots亞太區總經理Shermine Gotfredsen
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