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产官学联手推动 工业4.0加速上路

  • 洪千惠
德国工业4.0战略要点。

DIGITIMES企划

工业4.0掀起智能制造浪潮,除了德国制定出一系列政策之外,其它国大也动作频频,台湾的智能机械政策的第一阶段在2018年开始启动,透过产官学的合作,台湾制造业将加速转型。

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智能制造主要效益。

工业物联网架构。

台湾智能机械产业策略。

工业4.0带来的智能化概念,改变了全球制造产业,过去的自动化制造系统主要由马达、控制器等设备所组成,设备所产生的数据有限,更不用说彼此之间的讯息互通,后期以太网络虽开始被导入工业领域,不过与上层的IT系统链接仍然有限,工业4.0则是让所有厂房内所有设备的状态都可被撷取、传输、储存、分析,系统再依据分析过后的数据,设定出最佳化策略,由于智能工厂包含制造端的产线设备与厂房端的厂务系统,现在这两者面对的作业环境,变动的频率都相当高,因此智能化系统必须随时掌握设备状态,弹性调整出最佳的运行模式。

德国绵密计画,有效提升智能制造效益

从德国政府的工业4.0政策就可看出相关架构(图1),德国的政策主要是以CPS涵盖软硬两端的制造系统,透过绵密的通讯技术,集成系统中不同环节、体系的设备,并制定出检视目标,落实智能制造愿景;德国的完整政策,让制造系统的效益可以进一步提升。

根据资策会MIC的调查报告指出(图2),对制造业者来说,智能制造最主要的效益还是在于生产力的提升,导入智能制造系统后,生产力提升所产生的效益百分比将达32%,之后依序为显示关键流程的实时性与透明度的20%、改变集成与信息交换能力的16%、协助管理需求12.5%、流程最佳化9.42%、帮助企业创新8.42%、帮助企业达成永续目标1.33%。生产力提升主要来自原有的自动化设备被进一步强化,受惠于表列下方的其它效益,如关键流程实时性透明度、改变集成与信息交换能力...等因素,制程的速度与良率都可有效提升,让现场作业人员的工作掌握更轻易且更有效率。

除了德国外,各国也在2012年开始,陆续推动自己的智能制造政策,例如美国的AMP(Advanced Manufacturing Partnership)、日本产业重振计画与大陆的中国制造2025、韩国智能工厂普及与扩散推动等,台湾之前以工业4.0为蓝图制定出生产力4.0政策,新政府上任后,又将政策延伸改制为智能机械的推动,并将之纳入「5+2」产业创新计画之一,希望可以协助产业界由工业2.0跨越至工业3.0,积极推动智能机械产业(图4)。

工业物联网将成未来核心骨干

从架构面来看,无论制造端或厂务端,都是透过上层云端平台,分析底层的设备所传来的讯号,就此来看,这两类系统都是以物联网为主架构,但由于应用于工业领域,必须针对制造现场而有特殊设计,因此此一类型的物联网被称为工业物联网(Industrial IoT;IIoT),工业物联网被视为未来工厂的核心运行骨干,目前各制造设备供应商的产品研发,也都以此为目标设计。

从图3可以看出,与一般的物联网相同,工业物联网也需先在底层架构感测网络,不过除非是导入全新的产线,否则所有制造业者都必须处理既有机台的传感器建置问题,由于生产系统属于制造业的长期投资,使用年限动辄10年起跳,因此绝大多数之前采购的生产设备,都不会有传感器的设计,因此就有系统业者指出,如何在既有的设备上设置传感器撷取讯号,是现在制造业导入工业物联网系统最困难的挑战,后续的讯号连网、分析,甚至是AI的导入分析,对系统业者来说,反而不是太困难的事。

不过在厂商的努力下,现在市场上已有可从制造设备外部设置传感器,快速取得设备数据的解决方案,除了从设备外部侦测的方式外,在经过几年来的市场教育下,现在制造业对智能化不但已有认识,而且开始有导入动作,也因此制造设备供应商也纷纷推出已内建感测网络的工业产品,台湾2018年开始启动的智能机械政策,就将针对制造业推动此类产品。

台湾启动智能机上盒政策

根据智能制造办公室的计画,2018年推动9千台以上机器安装智能机上盒Smart Machine Box(SMB),加装SMB后,让业者的设备可立即实现联网功能,以进行机器联机及收集生产资料,让生产管理变成可视化、生产排程优化,透过设备智能化功能,将同时提升产品的精度、质量、效率以及可靠度,降低生产成本,提高获利及增加业者的竞争力。

目前台湾航天产业龙头厂商汉翔公司就以该公司8号厂为示范场域,透过SMB加工设备联网,结合厂内多机联机管理,达到生产信息透明化、人机协作、机台健康诊断等,并延伸应用至台中水湳、沙鹿及冈山等三个厂区的机台联网,合计已扩充超过100台,提供3个厂区机台实时生产监控,后续可提供汉翔公司与参加「台湾航天产业A-Team 4.0联盟」的众多协力厂商应用,可有效提升生产力,降低生产成本。

经济部在2018年已编列新台币2,000万元经费帮助企业导入智能制造,将推动1,000台以上机械设备导入SMB实现设备联网,协助台湾业者立即具备设备联机设定管理、资料撷取与储存管理、完工计量管理等功能,政府并委托精密机械研究发展中心担任计画执行单位,就此来看,台湾的智能制造脚步已经加快。

不过也有设备厂商指出,多数台湾中小企业在智能化前身的自动化建置,非但尚未完整,甚至连初步规画都没有,对此状况,业界人士指出,随著消费性产品型态的改变,传统的生产模式已难以因应市场所需,包括大陆在内的各国制造商,都已开始积极布局智能制造,未来的产业竞争将更严峻,近年来台湾政府与产业都有相关计画协助制造业转型,台湾业者可善用此一力量,提升降低企业转型的磨合期,深化本身竞争力。

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