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無懼疫情衝擊生產力!智慧工廠加速數位轉型戰略

智慧製造串聯OT與IT的虛實整合,打造智慧工廠無懼疫情衝擊生產力。

從去年美中貿易,吹響全球經貿警訊號角,接著迎來新冠肺炎(COVID-19)疫情,更是衝擊製造及多項產業,緩慢的復工潮隱隱浮現生產斷鏈危機。過去鴨子划水佈局「智慧製造」的企業,成為這波憂患的倖存者,凸顯過去全部仰賴勞力驅動的傳統工廠,製造模式的脆弱性已不合時宜。危機也是轉機,全面提升智慧工廠的部署,加速數位轉型的製造戰略,即刻啟動!

根據國際調研機構Gartner預測,疫情衝擊將造成工廠生產力下降至少20%,短期策略須進行供應鏈中斷監測和應對計畫,長期則要增強風險管理方案。換言之,今年是強化工廠體質,融合OT及IT以降低人力依賴度,打造智慧工廠的絕佳時機。

另一順勢打造智慧工廠的關鍵原因,則是受惠5G、AI及邊緣運算技術更為成熟。趁此機會,盤點工廠在工業4.0的5C成熟模型(Connect連接、Convert轉換、Cyber虛擬化、Cognitive認知、Configure配置)的進度,思索如何朝下一階段邁進。換言之,在生產設備智動化、製造資訊自動化雙軸線的製造戰略,目前有哪些最新技術應用、解決方案趨勢?

段標:5G+AIoT打造敏捷「智」造力

AI助力工廠IoT設備的運算能力,再搭配5G高速(Speed)、低延遲(Latency)、廣連結(Connection)特性,整合工廠OT端感測器等終端設備,及IT後勤ERP、倉管、物流支援系統,相關數據能更快速、即時反饋給雲端或資料中心,進行AI模型分析,更快速因應接單狀況,即時彈性調整產線流程。

美國設備製造商協會(AEM)認為2020年後,5G在智慧工廠搭配AIoT、AR/VR、預測性維護、穿戴式、資安等應用將有更成熟方案,主導製造業的發展趨勢。而台灣也在今年初完成5G頻譜第一階段競標,預計第三季開通5G服務,預計在電信、遊戲產業先行商轉,接著再擴散到零售、製造、醫療等重點行業。

換言之,受惠AIoT及5G,智慧工廠的OT與IT將加速虛實整合,感測元件聯網雲端、邊緣運算,大數據的蒐集更加完整、加速AI運算模型的成熟,並透過數位分身、AR/VR模擬,快速下指令給終端協作機器人、無人機。一連串步驟提升工廠系統的進度掌握,落實資訊可視化的完整呈現。

段標:資料中心從雲端走向邊緣端

當大量資料被蒐集以建立AI模型分析時,過去主流方式是把資料拋到雲端資料庫,進行運算後再把分析結果回拋到工廠營運現場。此模式耗費時間長,同時數據量大幅增加後,必須不斷擴大雲端容量,對業者而言是「好用但不夠實用」的方案。對此,邊緣運算(Edge Computing)的出現,猶如及時雨提供製造業,把較小型、少量的資料直接在終端的資料中心進行運算,降低網路傳輸的延遲。

因此,邊緣運算等於分擔過去雲端的工作,從集中式的雲平台架構,走向分散式的運算架構。現在工廠可直接在網路邊緣的節點(例如邊緣機房)或AIoT終端設備,加速整體數據運算程序,藉此達到更高效率的營運效能。同時邊緣機房又可降低工廠整體IoT架構在調校過程的時間成本,讓產能耗損降到最低。

段標:製造最後一哩:倉儲、物流智慧化

除了生產端,智慧工廠的最後一哩路還包含倉管、出貨等流程,因此在物流領域,近期也有工廠導入一系列倉儲、物流、配送無人化的方案,讓物流從人力搬運、機械式、自動化再進一步昇華為智慧物流。換言之,AIoT賦予物料、倉儲具備聯網及運算機制,讓生產端與倉儲管理彼此搭配更有效率。效率背後,即是來自資料的運算,透過AI預測模型「推算」產品入倉時間、倉儲剩餘空間、庫存控制、人機協同等面向,不僅達到自動化,更是提升倉儲管理的績效。

目前倉儲自動化方案,主要有自動化分揀系統、AGV穿梭車、分揀機器人等應用,現在智慧搬運車搭配AI及導航工具,透過機器視覺技術落實更精準的繪圖及定位,讓搬運車在路線移動規劃、搬運頻次調整,都能即時搭配現場工廠生產情況。這也讓倉儲、物流的管理,降低依賴第一線人員的經驗判斷,而是讓AI的機器學習持續深化,輔助後勤倉庫管理,落實事先預測功能。

段標:數位分身打造虛實整合工廠

上述的探討仍聚焦在OT方面的智慧佈局,至於IT系統方面,近期數位分身(Digital Twin)的虛實整合技術也逐漸被應用到製造工廠。數位分身的出現,正呼應全球產業鏈的趨勢,短鏈生產、彈性出貨,甚至產品生命週期的縮短,都讓製造端必須更即時因應訂單變化,甚至不斷推陳出新產品,快速調整製造產線的規劃。

對此,數位分身最大價值就是在OT落實Connect、Convert階段後,IT就能進行Cyber的部署。MES、PLC等數據傳送到IT端建立仿真的工廠模型,在虛擬系統內,重現真實工廠的生產狀態及運作模式,讓廠區的決策者即時掌握生產線進度。下一步就可針對生產系統進行模擬、驗證及最佳化資源調配,嘗試調整廠區的設定組合。因此數位分身讓工廠用較低的成本進行模擬測試,改善生產流程週期及設備稼動率。

段標:OT、IT資料匯流的資安對應

當OT與IT高度融合,工廠數據大量累積,其中的重要參數更是企業的重要商業機密,所以數據被蒐集、分析,如何完善保護及防禦同樣重要。近期趨勢科技執行一項製造工廠的調查發現,高達65%製造環境仍採用過時的作業系統,造成潛在資安漏洞。這份調查也發現,製造業比其他產業更高比例是藉由Downad及USB蠕蟲,在「autorun.inf」檔案進行病毒感染。

甚至過去就有實際案例,某大廠因為IT網路被LockerGoga勒索病毒攻擊,導致製造工廠停擺造成龐大損失。對此,智慧工廠OT與IT聯網的搭建,勢必需要更全面的資安防禦配套。相關報告也建議,工廠必須全面清查內部新增或現有的設備,其次進行員工教育遵守安全作業程序,最後則是部署網域或子網路更全面管制。製造業在迎向智慧工廠過程,不僅贏得運作效率,同時有效保障數位資產。

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