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智慧机械成台湾跨入工业4.0的尖兵
产官学研全力冲刺

【作者: 籃貫銘】2018年07月17日 星期二

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制造业是台湾的经济命脉,可以说没有制造业,就没有当前的经济发展。即便目前产业面临转型的挑战,但制造业仍会是推动台湾产业升级与转型的发动引擎。


也因此,台湾在导入工业4.0架构的首要之务,就是达成制造业的升级与智慧化。而台湾制造业要迈入智慧制造的时代,甚至进一步实现工业4.0的愿景,第一步就是推动智慧机械的发展。换句话说,智慧机械就是台湾发展工业4.0的基础所在。


然而,??文生义,其实多数人对於智慧机械的实际内涵是似懂非懂,其具体涉及的目标与技术细节,并不是那麽的清楚。那究竟什麽是智慧机械?



图1 : 发展智慧机械是台湾升级智慧制造的关键所在。
图1 : 发展智慧机械是台湾升级智慧制造的关键所在。

根据台湾国家发展委员会的定义,智慧机械是整合各种智慧技术元素,让传统机械设备具有故障预测、精度补偿、自动叁数设定与自动排程等智慧化功能,更重要的是,能够提供完整解决方案(Total Solution),及建立差异化优势的功能。


而其涉及的实务范围,则包含建立整机设备、零组件、机器人、物联网、大数据、网路实体系统(Cyber-Physical System;CPS)、感测器网路等。


至於产业应用方面,也就是能导入智慧机械的领域,则包含了绝大多数的制造业,如:航太、半导体、电子资讯、金属运具、机械设备、食品、纺织、零售、物流和农业等。


工研院机械所许文通组长便指出,台湾的智慧机械策略与工业4.0的概念,在内涵上其实是一样的,都是要带动起智慧制造的目标,且不论大量或者少量生产,都能进一步达成先进客制化的能力,如此才能因应未来的客户与产业需求。



图2 : 工研院机械与机电系统研究所企划与推广组组长许文通,不仅在工具机机械领域拥有丰富的学识,且长期投入产研合作计画的执行与推广。(工研院提供)
图2 : 工研院机械与机电系统研究所企划与推广组组长许文通,不仅在工具机机械领域拥有丰富的学识,且长期投入产研合作计画的执行与推广。(工研院提供)

目前担任工研院机械与机电系统研究所企划与推广组组长的许文通,他不仅在工具机机械领域拥有丰富的学识,且长期投入产研合作计画的执行与推广,对於台湾机械产业的现况与需求十分的熟悉。


他进一步表示,相对於国际间所推行的工业4.0,台湾的智慧机械政策乃是针对台湾制造业独有的产业背景与需要所规画的策略,它是以规模落在中小型的工具机与机械业者为对象,而应用的领域则以加工制造为主体来逐步落实的一个计划。


他解释,台湾仅有很少数的机械设备业者拥有提供完整解决方案的能力,绝大多数的业者都是以特定产业的特定机台为主。因此,台湾若要发展智慧机械一定要从这些业者的产品升级开始。


「其实并不是所有的产业都需要做到工业4.0。以台湾来说,多数产业都只需要到工业2.0,最多就到3.0,真正需要或者能做到工业4.0的业者非常少数。」许文通说到。


「即便台湾最先进的台积电,也大概只能做到工业3.7或3.8。」他强调。


旧机具导入连网控制与智慧感测为首要之务

所以,应对到智慧机械的发展规划上,首先就是要让机具拥有满足工业2.0和3.0应用的功能,而那就是连网与感知的能力,以及进一步的整合控制的自动化能力。


许文通指出,要让机具拥有连网和感知能力其实并不困难,这里头并没有特殊的新技术,但是要考虑到既有旧机具升级的问题,尤其是台湾目前产业仍多数是使用旧机具。所以让旧机具升级是目前的工作重点。


而为了协助台湾工具机业者让旧机具可以具备连网和感知的能力,工研院机械所正结合产官研的力量,以补助提供数位机上盒(Smart Machine Box;SMB)的方案,协助中小型业者把旧有的机具增加连网的能力。


SMB是一种附加在机械设备上的装置,它能提供资料处理、储存、通讯协定转译和传输,以及应用服务模组功能的软硬体整合系统。


许文通表示,透过采用SMB的方式,就能让既有的旧机具实现连网通讯与资料处理的功能,是目前中小型业者升级智慧机械的一大利器。预计今年会先行导入约1000台,後两年再导入约3000台。


他强调,SMB的导入数量虽然不多,但会起到示范与带领的作用。此外,这也是一个阶段式的计画,也就是初期会以提供连网通讯的可视化控制为主,并达成稼动率管理和资料储存管理的功能;至於中长期,则是透过SMB来整合所有的生产资讯,达成设备与产能的优化,并进一步做到预测与诊断的功能。最後才是达到人工智慧AI的阶段。


以盟立自动化的导入情况为例,该公司的射出机就是透过采用SMB的解决方案来实现智慧机械的目标。使用SMB的方案,为盟立自动化建立了生产资讯模型,同时其机具也取得了EUROMAP 77标准,能符合欧洲的产业规范。


至於感测功能的实现,业者则可选择国内自主开发的方案,或者直接购买国外产品来使用。目前国内开发的工业感测器约有八大类,预计会在2至3年内陆续推出。其功能的目的则是达到机具流程、精准度与故障的预测与诊断。


智慧制造得适才适性 工业4.0不是人人都要

至於台湾的工业4.0发展,许文通表示,在工业4.0阶段已不再采用传统的资讯流。它是一种从接单到出货都完全智慧化运作的一种生产方式,而且无论订单的大小都能够进行客制化生产。因此,工业4.0整个资讯的传递,商业决策和生产管理,甚至是商业模式都会有所不同。


也因此,工业4.0时期的发展重心便不再是硬体的设施,取而代之的是软体与服务平台的建立,尤其是资料的分析与应用,例如结合企业资源计划(Enterprise Resource Planning;ERP)和制造执行系统(Manufacturing Execution System;MES),以及云端平台的导入。


许文通指出,工业4.0的生产流程都会通过类似ERP和MES这类的系统来控制,并透过云端平台和APP来执行,而其间所产生和收集的资料数据也可进一步进行研究和分析,并再回过头来改善生产系统与产品设计,达成一种平台即服务(PaaS)和软体即服务(SaaS)的目标,而最终则是实现一个包含硬体、软体与平台的完整应用方案。


而针对台湾机械产业以加工生产为主的需求,目前政府也正结合产研的力量,发展一个公版的生产资讯管理平台,其适用的产业范围大致包含工具机、PCB、车件、扣件和纺织等。这个平台是以这些台湾产业的规模与应用为开发的基础,将更能符合台湾业者的实际应用需求。



图3 : 智慧工具机能运用在各式的生产制造产业中。
图3 : 智慧工具机能运用在各式的生产制造产业中。

至於企业如何评估自己是否需要布建工业4.0,或者该如何实施相关的软硬体建设,许文通则建议业者可以叁考德国机械及制造商协会(VDMA)所提供的一份指南,其内采表格勾选项目的方式,针对产品与企业来给予发展工业4.0的建议。


不过许文通也强调,不是每家企业都需要发展工业4.0,要依据各自的规模和属性来规划最适合的升级方针。


「台湾目前的现状就是,大家都知道要做工业4.0,但该如何做?以及谁可以协助?是大家最困惑的地方。」许文通说。


事实上,目前也有一些大型的外商公司有提供工业4.0的导入顾问服务,但一般的台湾中小型企业并无法透过这类型的服务来启动,尤其是外商的顾问服务经常需要额外的费用,导致一般企业??之却步,或者运作不顺利。


针对这个问题,政府目前则有设置一个辅导团,采补助实施的方式,以提高中小企业实施的动力和信心,同时也降低初期导入的成本。


台湾智慧机械将快速发展 但须提升基础技术实力

对於台湾智慧机械产业的未来发展,许文通则持非常乐观的态度,他认为,在产官学研目标一致的驱动下,台湾的智慧机械将会快速的发展。而依据政府单位的预估,台湾智慧机械产业年复合成长率,预计108年为2%、至112年为5%以上,相较过去10年的2.4%,成长近2倍。


不过台湾的机械产业也面临升级的挑战,因为台湾的工具机产业虽位居全球出囗排名第5名,但主要产品皆为强调高CP值的中低阶产品,在精密度、稳定度及耐用性上,仍距离前段班的日本、美国、义大利和德国有一段差距。


尤其是进入智慧机械或者工业4.0的时代後,数据的分析与资料的使用才是竞争关键所在,一旦最原始的产品精度无法达到要求,或者一致性不足,对於後续的应用与分析都会造成影响,甚至根本无法作为叁考。



图4 : 工业4.0并不是人人都适用,还是要依据自身的特性来评估导入的层级。
图4 : 工业4.0并不是人人都适用,还是要依据自身的特性来评估导入的层级。

因此,台湾若要进一步提升自己在国际上的竞争力,在发展智慧机械的同时,也需要在基础技术和产品面上下工夫,特别是精准度与耐用度。


许文通就指出,德国的工业4.0是以「持续领先」为发展目标。反观台湾,以中低阶产品为主的市场定位,势必会遭到中国等其他开发中国家的挑战,因此如何进行一步提升自有产品的竞争力,以拉开与竞争者间的差距,则是业者们需要思考的问题。


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