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实现智能制造 虚实集成要落实

  • DIGITIMES企划
工业4.0概念的发展核心即为智能工厂,目前已经有愈来愈多的解决方案及具体范例供业界参考。VGTCommunity

在工业4.0的趋势发展下,制造服务化的重要性不但与日俱增,各种解决方案等于也强化了制造业本身的竞争力,甚至可能带动企业的变革及转型,面对未来的竞争及更多的商机。

目前的智能制造解决方案,不管是纯软件如制造信息管理,或是软硬件集成如数码监控等,都已经有具体实绩供业界参考,甚至已经发展到整厂输出解决方案,从模拟、体验到实施,提供一气呵成的建置过程,尤其是未来的产品设计将会朝少量多样的方式发展,产线势必会愈来愈复杂,现场调校的难度势必大增,为了降低沟通成本,整厂输出解决方案的重要性,未来势必会更加受到重视。

不管采用哪里一种解决方案,智能制造与物联网、云端服务、大数据分析及工业标准网络等技术与应用,都会有密切的关系。如物联网(Internet of Things;IoT)技术,加上智能感测与通讯,可以让原本不智能,不能连上网的工厂设备,变成智能上网产品或机器。

但随著数量的增加,也会增加管理上的困难,为了能够快速部署,同时兼顾安全控管,类似AWS IoT的平台服务,因为可以让用户透过注册身分来管控设备,若要汰换设备可以直接在平台上处理,可望成为非常重要的管理平台解决方案。

从产线监控、车辆及人员的管理、入口或大厅等公共区域、周界围篱、库房管理等,这些攸关制造现场的许多信息,都需要适当的视讯监控解决方案。如为了维持产线动作不中断,不仅要能透过视讯监控机台运行及人员情况,更需要透过双向影音等功能,让监控人员可以迅速跟现场操作人员沟通,才能应付产线发生的各种状况。

由前述例子可知,软件在智能制造的领域中,将会扮演非常重要的角色,如透过MES来串连ERP及现场控制系统,业者可以快速反复运算试制验证,设计资料透过结构化及同源,让流程更顺畅,制造程序∕档也可自动转换,再透过BOP及虚拟制造模拟,配合在线监控与闭环回馈,将相关信息打通,让产品从研发到功能调试的数码化,能够做到研发制造一体化。

软件自动化平台的系统架构,具备简化布线、可扩展性、可支持多个硬件供应商、多重数据层等优势,运动和I/O控制都可在同一个骨干上运行。

但由于在软件平台上运行的硬件,分属不同品牌,建议业者应该选择如EtherCAT之类的标准工业通讯环境,配合软件平台的自动设定功能,可以随意连结任何驱动器品牌,并使用标准工控机来控制,专家估计,可节省30~60%的硬件成本。

且不只是软件需要关切,制造现场的管理及设备控制,也需要加以重视。唯有做到虚实集成,有效集成IT(Information Technology)、OT(Operational Technology)及CT(Communication Technology),才能实现智能制造的目标。

但3T往往分属不同的独立系统,要跟其它独立系统交换信息,做好水平及垂直集成,可以透过一个可靠稳定的第三方平台来处理,并透过渐进的方式发展,如先从自动化切入,减少对人力的依赖,再透过机台联机、资料采集及生产信息可视化,掌握更多需要控管的信息,最后资料集成到客户ERP系统内,随时掌握生产状况,快速反应营运策略。

理想的智能工厂情境,最上层要跟ERP系统结合,集成企业流程与工厂目标,然后机器与机器(M2M)之间的信息交换,必须要更快更实时,再透过互联网集成产品订购到客制化的制作流程的串接,让制造端的信息流通更加透明,可以达到物料预测与管理,集成机器云,还可以进一步做到异常回报与预测维修保养。

MES与ERP系统之间必须要有非常完整的关联串接,生产订单、计划订单等信息,才能顺利送到管理在制品追踪、生产过程管理的系统上,才能进一步产生计划订单反冲或报废等信息,送回到ERP系统,进一步管理工厂设备维修保养、库存管理等信息,才能提升准交率及生产效率,缩短制造周期,减少产品库存。

除了软硬件解决方案及平台,要实现智能制造的目标,网络环境也必须加以配合。值得注意的是,工业网络必须要能够应付各种不同的恶劣环境。

而现有的企业网络标准,未必能符合工业标准,因为企业网络掉几个封包可能不要紧,但发生在制程中就可能会造成严重的损失,智能制造环境需有符合工业网络的规范和标准设计,如IEEE及ISO∕IEC 11081等。

尤其是针对防止机械冲击及震动、防水及灰尘、防气候及化学及防电磁这4种不同的环境,都要使用不同性质的线材,并根据工厂厂房不同的区域分区,做好环境分级,配置不同的产品,才能确保系统性能、安全性和可测试性。

另一个往往被忽略的智能制造解决方案,就是智能物流。智能工厂要能够随时透过网络去追踪物料在生产在线的动态,就不能用人去检视物料状况,有缺料时才会手工填单采购,而是要能针对智能装置回报的信息,进行自动实时的大量信息分析。

只要物料低于安全库存,就可让供应商透过云端系统很快地收到订单,包括下单、交货等流程,都可以自动确认,才能更敏捷的反应缺料状况,帮助业者能够实时掌握物料等重要信息的需求,并藉此做出最适当的决策分析。

目前政府也正积极以精密机械导入智能技术,透过智能化产线进行智能制造,并以台湾产业如航天、机械设备、金属运具、电子信息、能源、3C、食品、纺织、水五金∕手工具等,为主要的练兵对象,并针对已经达到生产线数码化的大型厂商,加速推动建立典范案例迈入智能制造,同时协助中小型厂商,藉由典范案例观摩学习,协助在生产过程导入数码化。

政府及公协会未来也必须加速盘点各领域次产业发展智能机械与智能制造,在企业内、供应端及客户端所需的术开发与应用的共通性缺口,以及产业相关标准如网络通讯等,提供集成解决方案,不足之处再由政府资源挹注,且透过跨部会协调统合的方式,一并解决资安、法规及人才等基础架构等问题,未来更将朝整厂整线输出国外为方向,建构智能机械产业的生态体系。