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融合人工智能、AR/VR技术 智能制造前景可期

  • 洪千惠
Mercedes Benz运用多种创新技术缩短新产品设计周期,及让生产过程可更快速、灵活且高效能,如扩增实境便有助于提升组装时的精准度。Mercedes Benz

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根据波士顿顾问集团(Boston Consulting Group;BCG)研究报告指出,工业4.0带来优点不仅止于提高生产力,还有增加制造弹性、提高生产速度、增进产品质量等三大好处,如当产品在制造前都经过精密计算,且在制造过程中亦透过各种传感器监测生产动态时,即可达成提高良率的目标。尤其随著各感测元件、生产机器和人员之间的互通性加强,生产流程速度和效率将分别能提升30%和25%,自然吸引不少企业斥资投入产业升级之列。

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资策会设计的AR智能眼镜内建通话功能模块,巡检人员在设备巡检过程中发现维修问题时,便能透过通话设备寻求支持,立即在现场直接进行故障排除工作。资策会

只是企业要跨入工业4.0之列,绝非仅仰赖单一技术可成,得由多种创新技术相互搭配,波士顿顾问集团认为至少得仰赖机器人、3D打印、云端、工业物联网、模拟、扩增实境(Augmented Reality;AR)、水平和垂直集成、网络安全、巨量资料分析等9类技术,才可能实践智能制造的愿景。

国立高雄应用科技大学讲座教授周至宏说,由多项技术集成而成的智能机械,是实现工业4.0环境中的重要拼图,而依照经济部工业局的定义,又可分成智机产业化、产业智机化等两大主轴。智机产业化即是指协助台湾机械工业升级,成为具备生产智能机械的能力,使设备具备故障预测、精度补偿、自动参数设定,与自动排程等智能化功能,藉由提供整体解决方案方式,建立质量与服务差异化的竞争优势。

至于产业智机化,则是诉求协助台湾产业尽速导入智能机械,建构具高效率、高质量、高弹性的智能生产线,再透过云端及网络与消费者快速连结,提供大量客制化之产品,形成联网制造服务体系。然而无论是哪里种发展面向,都须仰赖人工智能协助,才能达成预测故障、优化流程、提升竞争力的目标。

运用人工智能技术协助  有效改善生产流程

尽管相较于欧洲,台湾在发展工业4.0成果尚不明显,然而已有不少研究团队投入改善生产流程的人工智能算法之中,且已获得相当不错的成果。如国立成功大学郑芳田研究团队开发的全自动虚拟量测(Automatic Virtual Metrology;AVM)系统,即是一套精准可行、架构成熟的虚拟量测技术,且已在台积电、奇美、茂迪与联电等高科技产业的生产在线成功验证过。

传统典型加工精度量测为离机量测或机上量测,只是离机量测为工件加工后,取样部分的加工件至三次元量床测量,以获得取样件的实际加工精度。然而此作法之最大缺点,为量测延迟时间长,且当加工质量劣化时,无法及时得知并改善,也容易产生大批废料。至于机上量测的缺点,则是将占用机台可加工时间,将会导致机台稼动率降低,无形中提高生产成本。而运用人工智能技术发展的全虚拟量测技术,则可提供在线且实时之加工精度预测,能较离机量测更具效率,亦较机上量测更具有成本上的优势。

至于高雄应用科技大学与高雄第一科技大学携手合作,共同开发的多目标最佳化扣件生产排程系统,则是看准企业现有生产系统仅能排出个别订单交期,无法考虑生产制造的产能与工务、厂务所面临的问题,以至于每月生产排程订单都必须由人工手动完成,且需要耗费相当长时间。而以人工智能为核心的多目标最佳化技术开发智能排程系统,则能融入生产排班人员累积多时的宝贵经验,解决各订单交期、生产量、产品种类不同的问题,达成将生产排班产能最佳化的目标。

提升组装质量  Mercedes Benz运用AR有成

在2017年台北国际工具机展高峰论坛上,台湾奔驰总裁迈尔肯曾公开表示,为巩固公司在全球汽车市场上的领导地位,Mercedes Benz多年前便积极投入发展工业4.0,运用多种创新技术缩短新产品设计周期,及让生产过程可以更快速、灵活且高效能。如运用扩增实境可提升组装时的精准度,而虚拟装配测试可提升组装制程的效率,也凸显出AR/VR技术的重要性。

因为,传统制造流程无论是在新产品设计或是厂房建置,在传统二维平面图之外,顶多只能搭配3D模型、动画进行展示,或许已足以了解机具内部零组件、厂房规划动线、机台运行空间等基础信息,但毕竟缺乏临场感与互动性,无法有效掌握新厂房整体结构或生产流程,难保不会发生意外事故。

而现今透过AR技术协助,则能透过智能眼镜收集多个生产设备的资料,进而提供设备诊断和检修,而VR技术则能应用在产品设计研发、使用过程的拟真展示及操作教学等阶段,达成营运成本节省、效率与创新提升的目标。因此,根据IDC研究报告预估,VR装置销售金额将从2016年21亿美元,扩增至2021年的186亿美元,而主打商业应用的AR装置,尽管2016年出货量仅有2.09亿美元,但到2021年时将大幅成长到487亿美元。

资策会智能网通研究所组长林敬文认为,AR装置后续成长看好的原因,在于可为工作创造更大价值,所以企业斥资购买意愿相对较高。以资策会针对工业应用设计的AR智能眼镜为例,便可提供影像传输功能、语音通讯功能、姿态侦测功能、热影像分析功能、远程标记功能,智能眼睛不仅能主动标记温度过高的位置,并将资料回传到后台外,也能对现场维修人员提出示警,避免过于靠近危险区域,让工安意外发生机率降到最低。

另外,智能眼镜因具备通话功能,所以巡检人员在设备巡检过程中发现维修问题时,便能透过通话设备寻求支持,立即在现场直接进行故障排除工作。如此一来,除设备维修效果比过去更优异外,也能避免发生因人为疏忽所造成的意外,有助于实践零工安事件、提高工作效率的多重目标。

随著全球商业环境的快速改变,少量多样、客制化跃为主流,尤其欧洲、日本、台湾等主要制造重镇,都面临少子化、高龄化问题,在劳动人力持续降低下,让制造业面临升级转型的压力。而工业4.0正是满足市场需求,解决劳动人口不足的最佳方案,也是台湾企业重拾竞争力的解决之道。