智能工厂成显学 全球产业积极追求转型

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西门子安贝格数码化工厂具备生产1,000多种不同型号产品的能力,每月可生产100万个可程序设计控制器产品,便誉为是数码化企业的典范。图片来源:西门子

随著各种精密机械设备的发明,以及信息科技的进步,从1950年代开始,全球产业发展正逐渐从工业2.0进入工业3.0时代,过去60年间制造业引进具备自动化生产的各式设备,藉此取代减少对大量劳动人力的依赖,达成大幅提升商品生产效率与质量的目的,让人类能够以更低成本取得高质量商品。

然而随著欧、美、日等主要国家经济发展陷入泥沼,自1990年代开始全球制造业版图开始产生变化,跨国企业开始将生产线转移到大陆、东南亚等国家,除希望藉由人力成本较低优点,强化商品在市场上的竞争力外,也希望能够更贴近当地市场,抢占庞大人口带来的商机。

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积极发展智能工厂的奔驰,推出客制化生产服务多年,现今在德国工厂的生产在线,几乎找不到两辆完全一样的S-Class。图片来源:Mercedes Benz

此种制造业外移的状况,让美国、欧盟、日本等国家,饱尝经济率下滑、失业率攀升之苦,让政府部门重新开始正视制造业存在的重要性。如前美国总统欧巴马在2011年喊出美国先进制造伙伴计画(AMP)的用意,期望强化在先进材料、生产技术、先进制程面向的投资,以便吸引高阶制造业者回到美国,藉此改善国内工作机会不断流失的困境。

而德国政府推出的工业4.0计画,则诉求运用物联网技术贯通生产流程,建构虚实集成的生产环境,协助中小型企业运用信息科技升级,持续坐稳全球制造业龙头的地位。而日本则是主打机器人新战略,藉由大量部署传感器、引进云端服务等作法,打造人机共存的未来工厂,藉此达到降低生产成本的目标。

致茂电子智能制造系统事业部营销处处长吴枢俊认为,已融入信息科技的工业3.0,管理者在收集到来自生产设备发送的信息后,都会运用分析工具找出生产过程中的缺点,最为后续改善制程的参考。

然而此种生产模式最大缺点,在于仍然得仰赖现场人员的经验与智能,才能达成改善生产流程、提升产能与质量的目标,但却仍然不足应付消费者意识抬头带来的采购行为改变。

消费者意识抬头  少量多样化成主流

无论是德国政府推动的工业4.0,又或者是日本政府主打的未来工厂,都是期望能够运用资通讯科技,将原本独立运行的生产设备、信息架构等集成,并将设备运行状况、产品生产过程等讯息,快速且精准的传送到智能MES系统中,形成虚实集成的智能化工厂,满足消费市场对少量、多样商品的强烈需求。

如30年前在全球经济蓬勃发展之际,德国奔驰汽车便观察到传统大量生产模式已无法满客户需求,所以早自1980年代便开始提供个性化批量生产服务,让高收入消费者可藉由客制化服务,能够取得与众不同的专属汽车。

而相同情形也发生在行动装置大量问世的今日,消费性电子产品平均寿命仅剩下6个月,一旦功能、外型不符消费者期待,便可能短短3个月内在市场上消失,制造商被迫得开始针对不同族群推出专属产品,以少量、多样化的营销模式,抢攻竞争日益激烈的红海市场。

长期观察全球高科技电子产业发展趋势的西门子软件发现,在传统高科技电子产业最大的问题,在于产品设计部门生产线之间的沟通不良,产品开发人员在专案过程中,往往没有考虑到生产设备的现况,而现场人员也没有深入了解产品结构与设计理念,最终形成产品专案延宕的窘境,长期下来更将导致企业竞争力衰退的问题。

台湾西门子软件总经理陈敏智认为,在相关信息技术成熟,各国政府积极推动工业4.0的状态下,现今已陆续有智能工厂问世,预计2020年之后将会成为市场主流,这代表高科技产业需进化成符合工业4.0规范的智能化企业,否则将面临被市场淘汰的命运。

换言之,台湾高科技产业得要加快转型速度,大量运用物联网、人工智能等创新科技,将各种生产设备集成为一,才可建构出满足个性化需求的弹性生产机制。

自主调配生产进度  原料、人力配置最佳化

在工业4.0议题备受关注之际,至今尚且没有任何组织为先进制造制定标准,各国政府主推动政策多是以协助制造业升级为主,期望藉由让生产设备融入物联网功能,搭配人工智能、巨量资料技术,达成建置智能工厂的目标。

在此状况之下,负责统合生产设备的MES(Manufacturing Execution System;制造执行系统),自然需具备串连异质平台的生产设备、机械手臂等等,才可能达成提高产品质量、降低生产成本、少量多样化的生产能力,让商业组织能够顺利转型为数码企业。

致茂电子认为一座符合工业4.0定义的智能化工厂,应该要具有自主调整厂区与产线之产能配置、自主调整上下游供应配送、自主优化生产环境之资源与能源配置、可辅助人员正确完成各种操作与组装测试、可实时逆向追踪生产进程与履历等等。

唯有如此,企业才能将多元管道收集而来的信息,融入生产设备之中,进而依照消费市场的变化,自动调整订单配置、原料派送等工作,让公司能够应付来自四面八方的商业挑战。

至于专注在影像监控的晶睿通讯指出,多数企业都专注在引进智能化生产设备,却忽略随著监控系的技术不断进步,新世代智能监控系统带来效益将远超过想象,更是达成工业4.0目标不可获缺的重要拼图。

一套完善智能影像监控系统,可有效集成厂区的数十台摄影机,协助管理人员精准掌握厂区人员的进出状况,乃至于生产线中的人员行为监控、投料管理等等,可大幅降低人力费用支出。

不过,元智大学工业工程学系副教授锺云恭认为,尽管智能工厂设备已具备学习能力,有助于优化整体生产流程,但是仍然恐怕欠缺自主修复错误的能力。因此,日后智能工厂的发展重点,应该会朝向让设备具备修复错误能力的方向发展,才能达成无人工厂的愿景。