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智慧工廠成顯學 全球產業積極追求轉型

  • DIGITIMES企劃
西門子安貝格數位化工廠具備生產1,000多種不同型號產品的能力,每月可生產100萬個可程式設計控制器產品,便譽為是數位化企業的典範。圖片來源:西門子

隨著各種精密機械設備的發明,以及資訊科技的進步,從1950年代開始,全球產業發展正逐漸從工業2.0進入工業3.0時代,過去60年間製造業引進具備自動化生產的各式設備,藉此取代減少對大量勞動人力的依賴,達成大幅提升商品生產效率與品質的目的,讓人類能夠以更低成本取得高品質商品。

然而隨著歐、美、日等主要國家經濟發展陷入泥沼,自1990年代開始全球製造業版圖開始產生變化,跨國企業開始將生產線轉移到大陸、東南亞等國家,除希望藉由人力成本較低優點,強化商品在市場上的競爭力外,也希望能夠更貼近當地市場,搶佔龐大人口帶來的商機。

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積極發展智慧工廠的賓士,推出客製化生產服務多年,現今在德國工廠的生產線上,幾乎找不到兩輛完全一樣的S-Class。圖片來源:Mercedes Benz

此種製造業外移的狀況,讓美國、歐盟、日本等國家,飽嘗經濟率下滑、失業率攀升之苦,讓政府部門重新開始正視製造業存在的重要性。如前美國總統歐巴馬在2011年喊出美國先進製造夥伴計畫(AMP)的用意,期望強化在先進材料、生產技術、先進製程面向的投資,以便吸引高階製造業者回到美國,藉此改善國內工作機會不斷流失的困境。

而德國政府推出的工業4.0計畫,則訴求運用物聯網技術貫通生產流程,建構虛實整合的生產環境,協助中小型企業運用資訊科技升級,持續坐穩全球製造業龍頭的地位。而日本則是主打機器人新戰略,藉由大量部署感測器、引進雲端服務等作法,打造人機共存的未來工廠,藉此達到降低生產成本的目標。

致茂電子智慧製造系統事業部行銷處處長吳樞俊認為,已融入資訊科技的工業3.0,管理者在收集到來自生產設備發送的資訊後,都會運用分析工具找出生產過程中的缺點,最為後續改善製程的參考。

然而此種生產模式最大缺點,在於仍然得仰賴現場人員的經驗與智慧,才能達成改善生產流程、提升產能與品質的目標,但卻仍然不足應付消費者意識抬頭帶來的採購行為改變。

消費者意識抬頭  少量多樣化成主流

無論是德國政府推動的工業4.0,又或者是日本政府主打的未來工廠,都是期望能夠運用資通訊科技,將原本獨立運作的生產設備、資訊架構等整合,並將設備運作狀況、產品生產過程等訊息,快速且精準的傳送到智慧MES系統中,形成虛實整合的智慧化工廠,滿足消費市場對少量、多樣商品的強烈需求。

如30年前在全球經濟蓬勃發展之際,德國賓士汽車便觀察到傳統大量生產模式已無法滿客戶需求,所以早自1980年代便開始提供個性化批量生產服務,讓高收入消費者可藉由客製化服務,能夠取得與眾不同的專屬汽車。

而相同情形也發生在行動裝置大量問世的今日,消費性電子產品平均壽命僅剩下6個月,一旦功能、外型不符消費者期待,便可能短短3個月內在市場上消失,製造商被迫得開始針對不同族群推出專屬產品,以少量、多樣化的行銷模式,搶攻競爭日益激烈的紅海市場。

長期觀察全球高科技電子產業發展趨勢的西門子軟體發現,在傳統高科技電子產業最大的問題,在於產品設計部門生產線之間的溝通不良,產品開發人員在專案過程中,往往沒有考慮到生產設備的現況,而現場人員也沒有深入了解產品結構與設計理念,最終形成產品專案延宕的窘境,長期下來更將導致企業競爭力衰退的問題。

台灣西門子軟體總經理陳敏智認為,在相關資訊技術成熟,各國政府積極推動工業4.0的狀態下,現今已陸續有智慧工廠問世,預計2020年之後將會成為市場主流,這代表高科技產業需進化成符合工業4.0規範的智慧化企業,否則將面臨被市場淘汰的命運。

換言之,台灣高科技產業得要加快轉型速度,大量運用物聯網、人工智慧等創新科技,將各種生產設備整合為一,才可建構出滿足個性化需求的彈性生產機制。

自主調配生產進度  原料、人力配置最佳化

在工業4.0議題備受關注之際,至今尚且沒有任何組織為先進製造制定標準,各國政府主推動政策多是以協助製造業升級為主,期望藉由讓生產設備融入物聯網功能,搭配人工智慧、巨量資料技術,達成建置智慧工廠的目標。

在此狀況之下,負責統合生產設備的MES(Manufacturing Execution System;製造執行系統),自然需具備串連異質平台的生產設備、機械手臂等等,才可能達成提高產品品質、降低生產成本、少量多樣化的生產能力,讓商業組織能夠順利轉型為數位企業。

致茂電子認為一座符合工業4.0定義的智慧化工廠,應該要具有自主調整廠區與產線之產能配置、自主調整上下游供應配送、自主優化生產環境之資源與能源配置、可輔助人員正確完成各種操作與組裝測試、可即時逆向追蹤生產進程與履歷等等。

唯有如此,企業才能將多元管道收集而來的資訊,融入生產設備之中,進而依照消費市場的變化,自動調整訂單配置、原料派送等工作,讓公司能夠應付來自四面八方的商業挑戰。

至於專注在影像監控的晶睿通訊指出,多數企業都專注在引進智慧化生產設備,卻忽略隨著監控系的技術不斷進步,新世代智慧監控系統帶來效益將遠超過想像,更是達成工業4.0目標不可獲缺的重要拼圖。

一套完善智慧影像監控系統,可有效整合廠區的數十台攝影機,協助管理人員精準掌握廠區人員的進出狀況,乃至於生產線中的人員行為監控、投料管理等等,可大幅降低人力費用支出。

不過,元智大學工業工程學系副教授鍾雲恭認為,儘管智慧工廠設備已具備學習能力,有助於優化整體生產流程,但是仍然恐怕欠缺自主修復錯誤的能力。因此,日後智慧工廠的發展重點,應該會朝向讓設備具備修復錯誤能力的方向發展,才能達成無人工廠的願景。