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彈性生產求新求變 Digital Twin為製造業快速驗證產線可行性

數位雙胞不僅可驗證工序與原來預期效果是否一致,還可以嘗試使用不同技術讓工序最佳化。李建樑

在製造業數位轉型的過程中,創造數位雙胞(Digital Twin)為物料、產品乃至於工廠建立高度仿真系統,被視為虛擬世界與真實物理系統的完美融合。做為大力推動數位雙胞在產業落地的西門子,不僅在市場中推出完整的軟硬體方案之外,現階段也已實際在位於中國大陸成都工廠的單板工業電腦IPC 227產品線中導入數位雙胞,並獲得具體成效。

而數位雙胞究竟可為製造業創造何價值?西門子數位工廠事業部副協理王聖林表示,很多人都以為數位雙胞是以產品或設備而建立的虛擬分身,但實則不然。一項產品從無到有,需歷經概念設計、生產製造,直到最後投入市場中使用,如果用產品生命週期詮釋,則是包括產品設計、生產計畫、生產工程、生產執行與售後服務等5個階段。可以想見的是,不論是單一產品或是設備,都僅僅只是構成某一階段的其中一個環節。

簡言之,數位雙胞的目的旨在建立實體的虛擬分身,能夠在虛擬分身與實體同步的條件下,即便虛擬世界中缺少實體的存在,也能準確預測實體的行為。而西門子所定義的數位雙胞,涵蓋的則是整個產品生命週期的模擬與複製。

王聖林表示,未來透過數位雙胞將這5個不同的產品生命週期串聯,除此之外,數位雙胞亦能夠縮短每個階段之間的落差,過去這5個階段分別由不同部門與單位負責,若非如像半導體產業這樣的高科技產業,傳統的製造業者在資料的傳遞上往往是透過非系統化的傳輸,如郵件、Excel表格,甚至是手抄的紙本記錄。

王聖林進一步表示,數位雙胞的價值,最關鍵的部分則是透過架構企業共通協作平台,在虛擬世界中除了串聯產品生命週期外,更縮短各部門資訊傳遞的落差,也能跟供應商的資料銜接,除此之外,藉由資料採集,由後往前,回饋每一階段生產的狀況,將數據反饋給前端作為改善依據。

做為大力推動數位雙胞在產業落地的西門子,現階段已實際在位於中國大陸成都工廠中單板工業電腦IPC 227產品線中導入數位雙胞,並獲得具體成效。以產品生命週期中的生產計劃與工程舉例,藉由創造產品與工序的數位分身而進一步建構生產線數位雙胞,能夠在允許不換線的情況下,直接在電腦上進行換線模擬,待虛擬產線可行性完成驗證後,再進一步導入到實際產線中使用。

西門子將生產線上包括機械設備、機器人、工作檯、輸送帶等的生產設備,在電腦中進行虛擬化的擺放與設計,並將機台設備的規格與尺寸連結到供應商進行下單採購。此外,也揮別過去生產線必須在實體樣機上反覆修改動線設計與調整工序的麻煩,允許其直接在虛擬環境中進行驗證。甚至除了硬體設備外,也能進一步虛擬化人類作業員的視野與動作是否符合標準流程,或是在良好環境下作業。

王聖林指出,在模擬規劃與驗證的結果下,西門子也發現某道工序的耗時從原先用人力作業需要15.49秒,而採用機器人僅需要12秒就可完成。透過數位雙胞不僅可驗證工序與原來預期效果是否一致,還可以嘗試使用不同技術讓工序最佳化,如此效益可在未來應對彈性生產需求下,快速按照新產品需求進行換線,避免影響產品交期,降低企業的市場競爭。

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