新書宣傳
活動+
 

轉型智慧製造 帶動製造業營運體質大躍進

「快速時尚」之所以在全球成衣市場蔚為主流,背後的智慧製造機制堪稱居功厥偉。來源:Her Campus

伴隨工業4.0概念深植人心、多項技術漸趨成熟到位之下,製造企業從傳統生產模式轉型為智慧製造模式,已經不只算是當今顯學,而是務必要付諸實踐的基本功課,只因智慧製造不僅有助提升生產效率、降低營運成本,還可幫助企業妥善因應客製化生產趨勢。

近幾年來,包括ZARA、H&M、UNIQLO等國際知名的平價成衣品牌,屢屢在世界各地攻城掠地,成功掀起一股沛然莫之能禦的「快速時尚」(Fast Fashion)風潮,讓時尚不再高不可攀;深究這些公司之所以引領風騷,締造銷售佳績,主要是因為能夠觀察當季時尚品牌的流行元素,再觀察與分析消費市場上的銷售態勢,隨時調整產品發展方向,繼而搭配高度整合的工廠進行即時生產。

 點擊圖片放大觀看

環境汽車工廠,擁有多不勝數的組裝、焊接與裝配等等作業程序,是典型的「骯髒」(Kitanai)、「危險」(Kiken)、「辛苦」(Kitsui)的3K產業,非常適合導入人機協同的智慧情境。來源:ABB

綜觀上述各成衣品牌快速回應市場時尚風向味的模式,看似容許,但實踐過程毫不輕鬆,從感測消費市場需求,快速決定產品開發方向並完成設計,此後接續進入下單採購、原料確認、投入生產,直到最終的出貨。

整個歷程當中,每一道環節皆是環環緊扣、一氣呵成,其間需要緊密串聯生產、原料供應鏈等所有資訊,才能快速而靈活地依照訂單需求,調整或合併多條生產線的產能,再透過物聯網技術隨時傳送原料需求資訊,凡此種種,必須有一套匯聚運算、通訊與控制的系統居中運籌,好讓前述看來急如星火、又顯得有些零亂的生產細節,能夠在快中有序的前提下,一個接著一個執行到位。

而這套扮演關鍵樞紐的系統,正是虛實化系統(Cyber-Physical System;CPS),它結合了工業物聯網、雲端運算、大數據分析等技術,形成了智慧製造與智慧服務的全新營運模式,此即為邇來被喊得響徹雲霄的工業4.0概念;快速時尚之所以能蔚為主流,背後最需要借重的關鍵力量,便是智慧製造。

憑既有自動化基礎  補上CPS缺口邁向智慧化

當然,集結設備自動化、工廠智慧化、系統虛實化等多重概念於一身的工業 4.0,放諸各類型製造業態皆準,意即不管是食品業、工具機業、金屬加工業、汽車業等範疇,都可藉由工業4.0來驅動產業升級。

持平而論,製造業一向是支撐台灣經濟發展的關鍵支柱之一,尤以電子製造業、機械製造業為甚,而多數製造企業早年為了提振生產效能,即已經在設備自動化方面多所著墨,迄今也打下不弱的根基,所以距離實現工業4.0概念下的智慧製造目標,雖然仍有亟待努力邁進的歷程要走,但絕非遙不可及的夢想。

眼下當務之急,即是思考如何援引資通訊科技的輔助,加緊實現智慧工廠及系統虛實化等階段性目標,也就是說,企業要設法先讓不同的系統與設備之間,都能夠順暢無礙地傳遞資訊,再藉由經過優化的運作流程,把這些系統與設備、甚至再加上人的因素,全都串在一起,讓這些物件可以協同合作,齊力完成一次又一次的任務。

換言之,意欲落實智慧製造,重點在於必須借重自動化與智慧化系統的力量,善加解決人、機器人設備與整體系統間的溝通協作問題,俾使設備與設備、設備與人之間,都能夠智慧互通,再加上為機台設備融入主動反應、自我調整的能力,藉此幫助企業得以如願降低支出、提升效率與擴增產值,也藉機為員工塑造更為高效、精準且安全的工作環境。

另值得一提的,部份人士總以為在推動機器設備智慧化、工廠智動化過後,原本生產線上所配置的人力需求,便會瞬間消失,但其實工業4.0所訴求的終極願景並非如此,而是講求促進人與機器之間的協同合作,機器主要處理的工作內容,多偏向一些執行過程繁瑣耗時、甚至帶有較高危險性質的工作,從而讓人的勞力、工時獲得徹底解放,如此一來,人就可以逐漸從勞心勞力的黑手,轉換為管理者與決策者的角色定位,因而保留更多的時間與精力,好整以暇地推動更具目標性、建設性與創新性的工作內容,所以不管是機器設備、生產線、工廠乃至整個企業的智慧化,並不會導致人力需求的大幅縮減,最終結局不是「機器換人」,而是「人機協作」。

運用人機協同  提振作業效能與品質

以汽車製造廠為例,要從無到有產生一輛汽車產品,其間所涉及的組裝作業程序多不勝數,譬如需要對汽車的車門進行絕緣與防水處理,過去整段工序都仰賴人力費時執行,所以工作者往往需要花費長達1到2小時來搬移笨重的車門,如果上層主管臨時要求加快作業進度、而又未投注更多人力資源,可想而知,對現有工作者的身體健康所造成的傷害,無疑相當巨大,到頭來也未必能讓整個工作進程提升多少速度。

然而一旦轉變為人機協作情境,改由機器人快速移動車門,即可大幅卸除工作者的勞力與時間負擔,接著工作者僅需要朝向車門噴灑膠水,再由機器人靈活調整車門的開合,便可確保膠水能精準地灑向正確位置,終至讓原本略嫌冗長的車門絕緣與防水處理工序,得以迅速執行完畢,且執行的品質較過往顯著精進,單單從個例子,即不難讓人領略到智慧製造的妙效。

至於其他的組裝作業,同樣可仰賴機器人加快作業速度與品質。拜機器人控制軟體技術、以及諸如視覺、聽覺、壓覺、熱覺與力覺等感測技術的同步長足進步,現在的機器人已被注入了剛柔並濟的新風貌,使得機器人與人類的運動模式愈趨相近,也就是說,機器人在搬運重物之餘,亦可在運動方向上,展現高棈度的運動控制,從而確實完成焊接、噴塗等等對位移精度要求甚高的工作。

不僅如此,新一代的機器人,亦可感知其與工件之間的互動,繼而順暢地導引工件的運動方向,甚至進一步將工件正確地裝載在夾治具之上。此外如同前述,現今機器人受惠於視覺、力覺等等多重感測器技術的整合,等於已具備了一定規模的感知系統,所以即使身處一個複雜、動態且高度不確定的環境,也能展現相當程度的行動自主性,意即因應外在環境的變化,即時、準確而又靈活地做出適當的行為反應。

總而言之,對於製造企業來說,邁向智慧製造,儘管是一段不可能蹴手可幾、過程中也難免遭逢諸多挑戰的歷程,但只要歷經這般修練,即可藉由較以前更自動、更智能也更協同的手段,帶動製造現場生產效率、訂單快速交貨能力,以及庫存運轉效率等三大營運軸心的同步進化,從而更能游刃有餘因應全球市場與產業的變動趨勢,適時做出快速反應,終至讓營運績效恆常繫於高檔。

更多關鍵字報導: 工業4.0 智慧製造 CPS