實現智慧製造 虛實整合要落實

2017/07/31 - DIGITIMES企劃

在工業4.0的趨勢發展下,製造服務化的重要性不但與日俱增,各種解決方案等於也強化了製造業本身的競爭力,甚至可能帶動企業的變革及轉型,面對未來的競爭及更多的商機。

目前的智慧製造解決方案,不管是純軟體如製造資訊管理,或是軟硬體整合如數位監控等,都已經有具體實績供業界參考,甚至已經發展到整廠輸出解決方案,從模擬、體驗到實施,提供一氣呵成的建置過程,尤其是未來的產品設計將會朝少量多樣的方式發展,產線勢必會愈來愈複雜,現場調校的難度勢必大增,為了降低溝通成本,整廠輸出解決方案的重要性,未來勢必會更加受到重視。

不管採用哪一種解決方案,智慧製造與物聯網、雲端服務、大數據分析及工業標準網路等技術與應用,都會有密切的關係。如物聯網(Internet of Things;IoT)技術,加上智能感測與通訊,可以讓原本不智能,不能連上網的工廠設備,變成智能上網產品或機器。

但隨著數量的增加,也會增加管理上的困難,為了能夠快速部署,同時兼顧安全控管,類似AWS IoT的平台服務,因為可以讓用戶透過註冊身分來管控設備,若要汰換設備可以直接在平台上處理,可望成為非常重要的管理平台解決方案。

從產線監控、車輛及人員的管理、入口或大廳等公共區域、週界圍籬、庫房管理等,這些攸關製造現場的許多資訊,都需要適當的視訊監控解決方案。如為了維持產線動作不中斷,不僅要能透過視訊監控機台運作及人員情況,更需要透過雙向影音等功能,讓監控人員可以迅速跟現場操作人員溝通,才能應付產線發生的各種狀況。

由前述例子可知,軟體在智慧製造的領域中,將會扮演非常重要的角色,如透過MES來串連ERP及現場控制系統,業者可以快速反覆運算試製驗證,設計資料透過結構化及同源,讓流程更順暢,製造程式/檔也可自動轉換,再透過BOP及虛擬製造模擬,配合線上監控與閉環回饋,將相關資訊打通,讓產品從研發到功能調試的數位化,能夠做到研發製造一體化。

軟體自動化平台的系統架構,具備簡化佈線、可擴展性、可支援多個硬體供應商、多重數據層等優勢,運動和I/O控制都可在同一個骨幹上運作。

但由於在軟體平台上運作的硬體,分屬不同品牌,建議業者應該選擇如EtherCAT之類的標準工業通訊環境,配合軟體平台的自動設定功能,可以隨意連結任何驅動器品牌,並使用標準工控機來控制,專家估計,可節省30∼60%的硬體成本。

且不只是軟體需要關切,製造現場的管理及設備控制,也需要加以重視。唯有做到虛實整合,有效整合IT(Information Technology)、OT(Operational Technology)及CT(Communication Technology),才能實現智慧製造的目標。

但3T往往分屬不同的獨立系統,要跟其他獨立系統交換資訊,做好水平及垂直整合,可以透過一個可靠穩定的第三方平台來處理,並透過漸進的方式發展,如先從自動化切入,減少對人力的依賴,再透過機台連線、資料採集及生產資訊可視化,掌握更多需要控管的資訊,最後資料整合到客戶ERP系統內,隨時掌握生產狀況,快速反應營運策略。

理想的智慧工廠情境,最上層要跟ERP系統結合,整合企業流程與工廠目標,然後機器與機器(M2M)之間的資訊交換,必須要更快更即時,再透過互聯網整合產品訂購到客製化的製作流程的串接,讓製造端的資訊流通更加透明,可以達到物料預測與管理,整合機器雲,還可以進一步做到異常回報與預測維修保養。

MES與ERP系統之間必須要有非常完整的關聯串接,生產訂單、計劃訂單等資訊,才能順利送到管理在製品追蹤、生產過程管理的系統上,才能進一步產生計劃訂單反沖或報廢等資訊,送回到ERP系統,進一步管理工廠設備維修保養、庫存管理等資訊,才能提升準交率及生產效率,縮短製造週期,減少產品庫存。

除了軟硬體解決方案及平台,要實現智慧製造的目標,網路環境也必須加以配合。值得注意的是,工業網路必須要能夠應付各種不同的惡劣環境。

而現有的企業網路標準,未必能符合工業標準,因為企業網路掉幾個封包可能不要緊,但發生在製程中就可能會造成嚴重的損失,智慧製造環境需有符合工業網路的規範和標準設計,如IEEE及ISO/IEC 11081等。

尤其是針對防止機械衝擊及震動、防水及灰塵、防氣候及化學及防電磁這4種不同的環境,都要使用不同性質的線材,並根據工廠廠房不同的區域分區,做好環境分級,配置不同的產品,才能確保系統性能、安全性和可測試性。

另一個往往被忽略的智慧製造解決方案,就是智慧物流。智慧工廠要能夠隨時透過網路去追蹤物料在生產線上的動態,就不能用人去檢視物料狀況,有缺料時才會手工填單採購,而是要能針對智慧裝置回報的資訊,進行自動即時的大量資訊分析。

只要物料低於安全庫存,就可讓供應商透過雲端系統很快地收到訂單,包括下單、交貨等流程,都可以自動確認,才能更敏捷的反應缺料狀況,幫助業者能夠即時掌握物料等重要資訊的需求,並藉此做出最適當的決策分析。

目前政府也正積極以精密機械導入智慧技術,透過智慧化產線進行智慧製造,並以台灣產業如航太、機械設備、金屬運具、電子資訊、能源、3C、食品、紡織、水五金/手工具等,為主要的練兵對象,並針對已經達到生產線數位化的大型廠商,加速推動建立典範案例邁入智慧製造,同時協助中小型廠商,藉由典範案例觀摩學習,協助在生產過程導入數位化。

政府及公協會未來也必須加速盤點各領域次產業發展智慧機械與智慧製造,在企業內、供應端及客戶端所需的術開發與應用的共通性缺口,以及產業相關標準如網路通訊等,提供整合解決方案,不足之處再由政府資源挹注,且透過跨部會協調統合的方式,一併解決資安、法規及人才等基礎架構等問題,未來更將朝整廠整線輸出國外為方向,建構智慧機械產業的生態體系。



圖說:工業4.0概念的發展核心即為智慧工廠,目前已經有愈來愈多的解決方案及具體範例供業界參考。(VGTCommunity)