當製造業碰上雲端 智慧製造浪潮來襲

作者:Kang   |   2016 / 09 / 08

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:股感知識庫


第一次工業革命背景下完成的鉅著《孤雛淚》中,寫實鋪陳了早期工業發展之下被忽略的環境與社會問題,污染、髒亂與粗重工作似乎已成為人們對於製造業工廠的既定印象。幸而在兩百多年來的逐步改進之下,科技的發展與社會法規的訂定已大幅改善工廠工人的作業環境與福利,有了較好的工作品質。而今即將迎來的第四波工業革命,與從前的製造業已大不相同。製造業即將朝向更彈性、並結合了雲端科技的智慧化生產,我們將身處於一個顛覆我們想像的「智慧製造」時代,而這波浪潮會如何重新形塑製造業的生產流程與人的工作型態呢?

智慧製造的關鍵要素

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奠基於上一波工廠設備自動化的改造,智慧製造的重點在於將數位資訊的力量融入生產流程中。因此,在物理上硬體的升級與軟體的加成都不可或缺,並且需要一個將虛擬與實體做有效連結的虛實整合系統(Cyber-Physical System)。

虛實整合系統(CPS)為一個包含了許多分散式的子系統的整合系統,包括製程管理系統、辦公管理系統或服務流程系統等,原先這些系統之間彼此獨立、互不關聯,現在在CPS幫助之下,能夠將一個企業的上下游端進行有效的串連,加速生產效率並提升效能。虛擬世界是數字、電腦與資訊的世界,而實體世界代表機器、設備與工廠,CPS就是利用虛擬的網路系統進行規劃與模擬,並在實體世界執行落實的一個中樞控制中心。

物聯網是CPS的基礎。在智慧化的生產設備、機器人與人機協同系統上,搭載物聯網、並利用雲端運算進行的資料擷取、傳輸與分析,能夠讓機器與機器之間、人與設備之間進行有效的溝通與整合。在這樣的生產系統之下,零件與零件之間可以進行數據共享、人可以下達指令給機器人進行個性化生產;工人不再是標準化生產流程中從事重複性環節的小螺絲釘、或者從事粗重辛苦的搬運工作的體力性勞動者,而是能多工在不同設備上進行溝通、指令傳達與監控機器的設備管理者。

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1  最佳化企業的生產流程

智慧化的生產線從以前的「反應式製造」轉為主動積極的「預測型製造」,機器設備在生產的過程中透過數據搜集,能夠預測故障以及需要修復的時間,及時進行維護,減低事故造成的成本。另外,資能源的使用也會隨著智慧化的操控,降低生產過程中的污染與能源消耗、進行有效回收,減輕環境污染之虞,並能以最小的人力、能源達成最高生產效率。整個智慧生產線透過網路進行有效連結之後,除了透過虛實整合,從過去「集中式」的生產工廠轉變為分散各地的生產單位,還能應付多元的生產要求,無論小批量、個性化製造或大量、標準化生產都能達成。

2  製造業服務化

過去行銷通路商掌握消費者數據與產業動態,往往會比製造廠獲得更多利潤,然而在新一波的智慧製造浪潮中,結合了軟體優勢的製造業將會重新取得話語權。由於智慧化的機器設備能夠進行彈性生產、並具備自我學習能力,能滿足現代產品生命週期越發快速、更加多樣的生產需求。並且零件、機具的智慧化使得製造廠商將這些設備販賣給客戶以後,還能進行遠端數據搜集與分析,並即時監控、修復。在整個企業的價值鏈中,除了生產流程、工業設備與管理的企業內部智慧化,產品與服務的智慧化能幫助企業對外整合,提供更完整的售後服務。

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德國「工業4.0」

德國是率先提出工業4.0的國家,過去一直堅守本國製造業的實體經濟發展,現在更要在堅實的基礎上,以CPS為主體,強調智慧工廠裡即時彈性、靈活的生產流程,打破過去設計、製造、加工的企業價值鏈,轉而以大數據平台做各項流程整合。

美國「先進夥伴製造計劃」(Advanced Manufacturing Partnership ;AMP)

和德國不同,美國的虛擬經濟佔了主要的經濟產值,大部分的企業皆將其製造部門外移。自2008年金融風暴過後,美國深切體認到「去工業化」的苦果,因此重新喊出「再工業化」,希望本國企業將製造部門回植當地,透過強化技術發展以及和學術機構的產學合作,進行創新研發、製造業優化,並形成產業聚落。

日本「工業4.1J」&「產業價值鏈計劃」

日本在因應勞動力短缺的狀況下,很早就開始發展機器人的研究,奠基優異基礎,並成為全世界工業機器人使用密度最高的國家,因此政府的目標為打造人機共存的工廠,致力發展智慧機器人與雲端系統。而除此之外,日本企業也針對數據搜集與分析的線上系統整合作形成聯盟,提出4.1J的口號,希望提升機器對機器(M2M)溝通系統的技術,兼顧穩定性與安全性。

台灣「生產力4.0」

台灣政府選定製造業、農業、零售業等幾項領航產業,透過CPS系統的研發與引進,希望藉由先深化選定企業的垂直智慧價值鏈,在工業製程、企業管理上進行整合,並逐步向水平價值鏈拓展。方法則是針對感測器、關鍵零組件等核心技術加強研發能力,並冀此運用於各項產業上、提升生產效能。

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Kang
喜歡觀察思考,喜歡充滿挑戰並且有趣的事,實踐的過程常感到很幸福。
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