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產官學聯手推動 工業4.0加速上路

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德國工業4.0戰略要點。

工業4.0掀起智慧製造浪潮,除了德國制定出一系列政策之外,其他國大也動作頻頻,台灣的智慧機械政策的第一階段在2018年開始啟動,透過產官學的合作,台灣製造業將加速轉型。

工業4.0帶來的智慧化概念,改變了全球製造產業,過去的自動化製造系統主要由馬達、控制器等設備所組成,設備所產生的數據有限,更不用說彼此之間的訊息互通,後期乙太網路雖開始被導入工業領域,不過與上層的IT系統鏈接仍然有限,工業4.0則是讓所有廠房內所有設備的狀態都可被擷取、傳輸、儲存、分析,系統再依據分析過後的數據,設定出最佳化策略,由於智慧工廠包含製造端的產線設備與廠房端的廠務系統,現在這兩者面對的作業環境,變動的頻率都相當高,因此智慧化系統必須隨時掌握設備狀態,彈性調整出最佳的運作模式。

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智慧製造主要效益。

工業物聯網架構。

台灣智慧機械產業策略。

德國綿密計畫,有效提升智慧製造效益

從德國政府的工業4.0政策就可看出相關架構(圖1),德國的政策主要是以CPS涵蓋軟硬兩端的製造系統,透過綿密的通訊技術,整合系統中不同環節、體系的設備,並制定出檢視目標,落實智慧製造願景;德國的完整政策,讓製造系統的效益可以進一步提升。

根據資策會MIC的調查報告指出(圖2),對製造業者來說,智慧製造最主要的效益還是在於生產力的提升,導入智慧製造系統後,生產力提升所產生的效益百分比將達32%,之後依序為顯示關鍵流程的即時性與透明度的20%、改變整合與資訊交換能力的16%、協助管理需求12.5%、流程最佳化9.42%、幫助企業創新8.42%、幫助企業達成永續目標1.33%。生產力提升主要來自原有的自動化設備被進一步強化,受惠於表列下方的其他效益,如關鍵流程即時性透明度、改變整合與資訊交換能力...等因素,製程的速度與良率都可有效提升,讓現場作業人員的工作掌握更輕易且更有效率。

除了德國外,各國也在2012年開始,陸續推動自己的智慧製造政策,例如美國的AMP(Advanced Manufacturing Partnership)、日本產業重振計畫與大陸的中國製造2025、韓國智慧工廠普及與擴散推動等,台灣之前以工業4.0為藍圖制定出生產力4.0政策,新政府上任後,又將政策延伸改制為智慧機械的推動,並將之納入「5+2」產業創新計畫之一,希望可以協助產業界由工業2.0跨越至工業3.0,積極推動智慧機械產業(圖4)。

工業物聯網將成未來核心骨幹

從架構面來看,無論製造端或廠務端,都是透過上層雲端平台,分析底層的設備所傳來的訊號,就此來看,這兩類系統都是以物聯網為主架構,但由於應用於工業領域,必須針對製造現場而有特殊設計,因此此一類型的物聯網被稱為工業物聯網(Industrial IoT;IIoT),工業物聯網被視為未來工廠的核心運作骨幹,目前各製造設備供應商的產品研發,也都以此為目標設計。

從圖3可以看出,與一般的物聯網相同,工業物聯網也需先在底層架構感測網路,不過除非是導入全新的產線,否則所有製造業者都必須處理既有機台的感測器建置問題,由於生產系統屬於製造業的長期投資,使用年限動輒10年起跳,因此絕大多數之前採購的生產設備,都不會有感測器的設計,因此就有系統業者指出,如何在既有的設備上設置感測器擷取訊號,是現在製造業導入工業物聯網系統最困難的挑戰,後續的訊號連網、分析,甚至是AI的導入分析,對系統業者來說,反而不是太困難的事。

不過在廠商的努力下,現在市場上已有可從製造設備外部設置感測器,快速取得設備數據的解決方案,除了從設備外部偵測的方式外,在經過幾年來的市場教育下,現在製造業對智慧化不但已有認識,而且開始有導入動作,也因此製造設備供應商也紛紛推出已內建感測網路的工業產品,台灣2018年開始啟動的智慧機械政策,就將針對製造業推動此類產品。

台灣啟動智慧機上盒政策

根據智慧製造辦公室的計畫,2018年推動9千台以上機器安裝智慧機上盒Smart Machine Box(SMB),加裝SMB後,讓業者的設備可立即實現聯網功能,以進行機器連線及收集生產資料,讓生產管理變成可視化、生產排程優化,透過設備智慧化功能,將同時提升產品的精度、品質、效率以及可靠度,降低生產成本,提高獲利及增加業者的競爭力。

目前台灣航太產業龍頭廠商漢翔公司就以該公司8號廠為示範場域,透過SMB加工設備聯網,結合廠內多機連線管理,達到生產資訊透明化、人機協作、機台健康診斷等,並延伸應用至台中水湳、沙鹿及岡山等三個廠區的機台聯網,合計已擴充超過100台,提供3個廠區機台即時生產監控,後續可提供漢翔公司與參加「台灣航太產業A-Team 4.0聯盟」的眾多協力廠商應用,可有效提升生產力,降低生產成本。

經濟部在2018年已編列新台幣2,000萬元經費幫助企業導入智慧製造,將推動1,000台以上機械設備導入SMB實現設備聯網,協助台灣業者立即具備設備連線設定管理、資料擷取與儲存管理、完工計量管理等功能,政府並委託精密機械研究發展中心擔任計畫執行單位,就此來看,台灣的智慧製造腳步已經加快。

不過也有設備廠商指出,多數台灣中小企業在智慧化前身的自動化建置,非但尚未完整,甚至連初步規畫都沒有,對此狀況,業界人士指出,隨著消費性產品型態的改變,傳統的生產模式已難以因應市場所需,包括大陸在內的各國製造商,都已開始積極布局智慧製造,未來的產業競爭將更嚴峻,近年來台灣政府與產業都有相關計畫協助製造業轉型,台灣業者可善用此一力量,提升降低企業轉型的磨合期,深化本身競爭力。

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