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四零四
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善用ICT靈活配置資源 打造C2B客製化生產模式

  • DIGITIMES企劃

眾所周知,過往台灣製造業之所以崛起,乃是奠基於有效率實踐量產經濟所致,挾大量生產、便宜銷售而形塑經濟規模,從而將不具競爭力的對手逼至市場邊緣;惟近年消費者意識抬頭,市場風潮變動快速,使「少量多樣」、「即時交貨」的客製化生產模式躍為王道,連帶迫使製造業必須轉型升級。

時至今日,工業4.0已躍為產、官、學、研跨界一致關注的熱門課題。回顧工業4.0這個詞彙之源起,乃是在2011年漢諾威工業博覽會首度提出,其奠基於德國政府所擬定的高科技戰略計畫,意在驅使製造業運用ICT技術提升能量,進而打造出深具適應性、資源運用效率及人因工程學基因等特質,全面智慧自動化的智慧工廠,甚至進一步藉由重新建構供應鏈、商業模式與服務流程,據以挖掘到更多新的商業夥伴以及新的客戶。

事實上,大約從1969年揭開序幕的工業3.0時代,當時便已觸發製造業的重大變革,其訴諸電子設備及資訊技術的運用,以實現增進工業製造的自動化,首次為製造業融入電腦數位化、網路化等嶄新元素。

至於如今被喊得震天價響的工業4.0,則以虛實整合系統(Cyber-Physical System;CPS)為關鍵核心,其為一套結合電腦運算、感測器與致動裝置的整合控制系統,藉由新一代網路技術鏈結各項機台設備、數位系統,透過這些物件彼此之間的溝通與交互作用,達到無縫整合物理與虛擬世界的妙效。

藉由CPS的穿針引線,使得大量運算與通訊等能量帶入實體生產系統,讓原本僅會依照既定排程、工單、製令,而按部就班行事的生產線或工廠,開始被賦予即時感知、動態控制等全新能力,同時亦可提供智慧型即時訊息服務,並且形塑了以數據分析為基礎概念的先進製造模式。


以CPPS為軸心 彈性改變機器作業能力

環顧工業4.0箇中內涵,除了前述所指的CPS外,尚有其餘重要元素,包括了大數據、智慧機器人(IR)與智慧機械(IM)等現今已備受討論的項目,除此之外還有幾個不容忽略的重點。

其一是工業虛擬化/自動化,在工業4.0時代,每當建置新工廠、或在既有廠區生產新產品之際,業者可透過虛擬工廠或產品,進行實際量產的事前準備,換言之,只要任何一個流程預先在虛擬環境中經由模擬驗證後確認無誤,便意謂最終的解決方案已然妥當就緒,包括相關軟體、參數、數值矩陣,都將一一上傳至控制量產的實體機器,此即所謂的虛擬工廠概念。

另值得一提,製造業不僅可善用虛擬工廠來優化生產設計,甚至可藉由其中蘊含的3D技術,將工人與機器的互動予以視覺化,藉以增進生產效率,也連帶提高工業安全。

其二是IT系統。在工業4.0時代,IT系統儼然成為生產系統的核心,其多方援引雲端運算、行動化、大數據等技術,確使其所涵蓋的子系統、處理流程、各種功能模組,乃至與供應商、客戶之間的網路連線,都較以往更加緊密串聯;而在工廠裡頭,IT系統會依循明確的標準規範,將軟硬體、儲存設備及週邊系統整合成為「智慧整合感控生產系統」(Cyber-Physical Production Systems;CPPS),其具備即時控制能力,可按照產品特性,據此與製程設備的感測元件進行互動,繼而伴隨不同類型的生產製程,彈性變更機器作業程式,使生產製程得以迅速調整完畢,不致因為製程變動而釀成停機,可有效維持整體設備的可用性,大幅提升生產效率。

也就是說,主要含括自動交換訊息、觸發動作、交互自動化控制的智慧型機械、儲存系統與生產設備的CPPS,無疑是促使工廠或生產線彈性變換作業能力的關鍵所在,因此不少倡議工業4.0的業者,之所以藉由AOI/ATE/視覺測試訴諸全面自動量測,為的正是對於機器手臂或機械設備執行細微的校準調整,以便於隨時能夠因應訂單的改變,終至迎合「消費者對廠商」(Customer to Business;C2B)商業模式,意即環繞於最終客戶需求,藉以推動少量多樣的客製化生產與銷售活動。

綜上所述,所謂的C2B,與過去製造業擅長的B2C商業模式著實大相逕庭,只因B2C所象徵的主要意涵,係指標準性產品的大量生產與銷售。而C2B之所以能夠付諸實踐,乃是隨著網路技術的成熟普及,輔以物聯網崛起,帶動電腦、自動化、通訊等不同技術領域的融合,使相關技術得以灌注到整個生產線與供應鏈,進而讓強調彈性生產、無庫存生產特色的C2B模式成形。

業者認為,製造企業若欲成功推動C2B模式,必須充分善用藉由生產流程所採集到的大數據加以分析,以利內部產品開發及行銷團隊,得以精準掌握客戶需求脈動。


減少換線過程中浪費 從容因應C2B生產模式

持平而論,以往製造業所談論的自動化,幾乎完全指向大批量生產,唯有如此始可帶來高效率、高產量、低成本等多重效益,如果針對少量多樣化生產需求進行自動化投資,往往被視為完全不符合經濟規模,效益較低且投資回收慢,堪稱不可能的任務;既然如此,也難免讓人納悶,如何才能成功打造出符合工業4.0精神的少量多樣自動化環境?

對此某機械業者分析,意欲實現上述目標,即需針對少量多樣自動化的兩大優點(換線速度快、生產彈性高),把一些可能導致這些優點豬羊變色的不利因素加以排除。舉例而言,論及目前加工廠的單機生產模式換線程序,第一步需要先完成夾治具的校直、固定、座標基準等等設定,緊接著執行刀具更換、刀長設定、搪刀調整、確認刀具號與刀套位置等各種攸關於刀具的設定,再來輸入作業程式,經由首個工件試加工無誤,才能視為換線完成,而每次換線過程所需時,快則半小時,慢則2∼3個小時。

顯而易見的,進入C2B少量多樣生產模式,換線頻率勢必水漲船高,此時如果還有諸如客戶抽單、插單等突發事故來攪亂一池春水,必然會讓換線與折損利潤兩者間劃上等號,意即換線次數愈多,利潤就愈薄,因而使得加工廠對於少量多樣生產趨勢備感惶恐。

欲解決上述癥結,即需設法驅使換線停機間大幅縮短,並顯著提高機台設備的稼動率,而要想如願實現這個目標,則必須滿足一些前提要件,其中最重要的項目,便是必須詳加記錄整個換線現況的過程與時間,以作為優化換線流程、創造全新換線作業標準的依據,如此一來,便可望藉由不斷的檢討與討論,找出能夠實現工具標準化的契機,並確保工具、人員、流程記錄表、原材料、墊片、規尺等所有物件,皆能在正確時間被置放於正確的位置,進而可藉助效率更佳的平行作業、工具尺寸統一、螺釘頭尺寸統一,乃至改良設定以避免費時調試等種種變革,有效排除換線過程當中的浪費因子。

曾有業者闡述一個饒富意義的哲理,直指快速換線絕非技術議題,而是思維議題,成功關鍵取決於人的觀念與態度,因此建議製造業宜先從推動教育訓練開始著手,再循序讓同仁明瞭快速換線作業的運作技巧,如此便可優先針對單一或少數示範線推動快速換線作業,待彰顯成效後再逐步擴展至全廠。

當然,將原本工廠以生產線為最小單位的配置模式,改以單一機台為最小單元,即可透過此一「模組化工廠」型式,靈活配置生產資源,如此亦有助於降低換線成本。


透過「智慧整合感控生產系統」(CPPS),製造企業得以依據訂單產品特性,彈性變更機器作業程式,迅速調整生產製程。(來源:SAP)


藉由模組化工廠概念,改以個別機台、而非整條生產線作為最小製造單元,將有助於減少換線成本。(來源:MULTISTATION)