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【智慧工廠專題】工業4.0的體現 智慧工廠為傳統製造提出解方

作者:賴佩萱

製造業在台灣的經濟發展歷程中,一直扮演著相當重要的角色,隨著國內經濟與政治環境的更迭、國際局勢的演變,自 1950 年發展至今,歷經勞力密集型產業、技術密集型產業以及進入 21 世紀後,推行以知識經濟帶動產業發展等,面臨多次挑戰及轉型;時日至今,科技迅速發展,人工智慧、大數據、物聯網等新科技將如何為製造業及工廠注入新的活水、提升產品的附加價值呢?

傳統製造業與工廠面臨的困境

傳統工廠最大的問題在於其廠地、廠房、人員、設備及製程缺乏系統性的規劃及整合,儘管生產線已有機器來取代部分人力,但在數據分析/統計、人員調度/管理上,還是得由人力親力親為。

針對設備生產數據的採集,依靠人工統計的效率非常低、準確率也不高,如何保存巨量數據是一大問題,且若無法及時統計,將無法進行生產數據的更新,如此將使數據的時效性大幅降低,嚴重可能影響管理者的決策。

傳統工廠主要依賴人力作業(圖片來源:kknews

另一個傳統工廠的痛點在於,機器設備經常遭遇意外停機,這不僅會造成生產線的停滯,影響訂單出貨,對於設備本身造成的隱性破壞也不可估量;為了預防設備意外停機的情況發生,工廠通常會安排24小時的輪班人力巡檢,但透過手摸、耳聽等最原始的方式檢測,常常會忽略一些設備的小毛病,也無法做到全面的檢測,往往僅是造成工廠人力的耗損。

又或者很多工廠會購買大量的備用零件,以防止意外停機時設備維修的需要,但現實情況卻是一些設備的意外停機故障周期很長,導致大量的備用零件並沒有派上用場,造成成本浪費。

科技注入製造業  工業4.0正夯

綜觀工業發展的歷史,動力來源隨時代進步改變,第一次工業革命利用水力及蒸汽的力量作為動力來源,突破了人力與獸力的限制;第二次工業革命使用電力提供動力,實現機器大量生產的目標;第三次工業革命則是使用電子裝置及資訊技術(IT)來消除人為操作帶來的影響,以增進工業製造的精準化、自動化。

工業發展歷程(圖片來源:維基百科

工業 4.0(Industry 4.0)又稱為生產力 4.0,來自於 2011 年由德國政府提出的高科技計劃,也就是所謂的第四次工業革命,這個概念通常與自動化、智慧化、全面聯網以及生產效益提升等關鍵字劃上等號,指的是透過「物聯網」系統實現大量生產、生產全自動化、彈性化、自我優化和提高生產資源效率、降低生產成本的生產方式。

此技術基礎來自智慧型整合感控系統及物聯網,除了德國將其納入《高技術戰略2020》的十大未來專案中,在美國的《先進製造夥伴計畫》及《中國製造2025》中,也都有提及,目標便是期望透過科技技術的注入,改善原有工廠作業的問題。

智慧工廠新氣象

與工業 4.0 概念緊密相關的正是由資訊科技(information technology,IT)和營運技術 (operational technology,OT)形成的「工業物聯網」(industrial internet of things,IIoT),兩概念具體實踐的例子便是智慧工廠。

智慧工廠主要藉由網路,將工廠內各種自動化機器、設備、電力等基礎架構、單獨的管理系統等串連起來,透過「製造執行系統」(Manufacturing Execution System,MES)整合從設備蒐集來的各種數據,再經由軟體分析、統計後,顯示工廠的即時生產狀態,而數據實時傳送至雲端進行大數據分析對生產也有實質的幫助,不但可協助預備貨料、預測故障時間,減少維修成本,還可採取預防維護,提高產能。

智慧工廠包含感測、運算處理、邏輯推理判斷與反應(圖片來源:CTIMES

此外,智慧工廠的另一特色在於其背景感知能力,而這有賴於網宇實體系統(Cyber-Physical System,CPS)這個強大的後台控制力量,其整合網路、電腦運算、感測器及實體物件,讓智慧工廠能使用從周邊環境收集的資料作為基礎,對內部與周圍可能發生的任何變化做出自主、靈活的反應。

小結

在中國與東南亞等廉價勞力的國家興起之際,台灣的傳統製造業目前正被迫轉型,工業 4.0 與智慧工廠的概念或許提供了一個新的解方,期許台灣製造業能透過現代科技技術的注入,解決當前面臨的問題,並展開一個嶄新的面貌。


參考資料

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vMaker編輯部

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