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技术趋势论坛剖析工业4.0浪潮
转型智慧制造势在必行

【作者: 編輯部】2017年05月23日 星期二

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工业4.0已是全球制造业必然趋势,从过去设备各自运作发展至今结合资通讯技术互相串联,新世代的制造系统从自动化转型为智动化,因应智慧机械趋势,SmartAuto智动化杂志於2017年台北国际工具机展(TIMTOS 2017)期间,特别举办「智动化时代来临-工业4.0技术趋势论坛」,邀请制造领域各指标性厂商与重点人士,剖析工业4.0的技术趋势发展。



图七 : 致茂电子智慧制造系统事业部处长吴枢俊观察,从串联资讯技术的工业3.0时代进阶到讲求智慧化的工业4.0,控制器的面貌也有了全新的发展。 (摄影∕廖家宜)
图七 : 致茂电子智慧制造系统事业部处长吴枢俊观察,从串联资讯技术的工业3.0时代进阶到讲求智慧化的工业4.0,控制器的面貌也有了全新的发展。 (摄影∕廖家宜)

全球制造业新风向

从全球制造业未来的发展趋势来看,工研院机械所智慧系统技术组组长锺裕亮表示可从四大方向来看,其一是大量客制化,锺裕亮认为将来客制化的需求程度将会非常高,种类式样繁多,但传统的制造方式恐怕已无法应付如此多样化的需求。而智慧制造讲求产业纵横向乃至於整个生态系统的整合,因而不再是单向模式的制造,而是透过上下串连整个供应链来藉此提升效率,更可进一步缩短交期。


其次是整体制造环境迈向以人为本的思考方向,锺裕亮以欧美大厂举例,其现今早已不再只是研究於怎麽开发成无人工厂,反而更聚焦於人跟机器间该如何互动与搭配才能有效提升效率。而未来产品导向则会逐渐走向客户高度叁与制造的模式,打造出个人风格,如客制化笔电、专属球鞋等。最後则是制程的可视化,在制造过程中存在着太多变数,因此若没有适当的监控将会影响整体制造效率。



图一 : 工研院资通所智能制造服务系统组副组长张维仁表示,工业4.0不再是未来趋势,现在已经成为制造业者的研发与策略核心。 (摄影/林鼎浩)
图一 : 工研院资通所智能制造服务系统组副组长张维仁表示,工业4.0不再是未来趋势,现在已经成为制造业者的研发与策略核心。 (摄影/林鼎浩)

复盛从空压系统看工厂能源设计趋势

空压机制造商复盛公司产品经理郭维仁以空压系统为切入点,分享工厂能源管理与节能改善策略。空压系统和工业4.0乍看之下好似无任何关联,但郭维仁分析,由於一般工厂最主要的能源来自於油、水、电、气四个面向,因此空压系统在工厂营运当中是不可或缺的一部分。而未来产线伴随对自动化设备需求的提升,相对也会使空压系统的需求随制程改善而一并提升,如何从工厂设备本身进行有效的能源管理,对於企业的整体营运有极大的助力,尤以近年因应工业4.0发展,「节能减碳」更是全球力行倡导的趋势。


而针对空压系统,郭维仁根据美国能源局针对空压机的统计数据来分析,若以五年期成本计算,其中购置成本只占了10~20%,而运转成本(也就是电费)则是占了70~80%,而郭维仁指出,这当中仍有15~35%的节电空间酝藏在里头。归纳出造成能源浪费的主因,郭维仁则是分依是因其设计不良、操作不当、管理不善等三大方向,其中,管理不善所占的比例更是高达55%。


那麽如何针对空压系统进行能源的改善与管理?郭维仁从九大方向深入解析,分别是摆放空间、机房的通风、冷却系统、空压机控制方式、保养、乾燥机、空气桶、精密过滤器及管路布置等,希??藉由改善能源的耗损浪费,提升工厂整体营运效率并降低成本。



图一 : SmartAuto智动化杂志特别举办「智动化时代来临-工业4.0技术趋势论坛」,剖析工业4.0的技术趋势发展。 (摄影∕邱倢芯)
图一 : SmartAuto智动化杂志特别举办「智动化时代来临-工业4.0技术趋势论坛」,剖析工业4.0的技术趋势发展。 (摄影∕邱倢芯)

NI实现工厂智慧管理

诸如发电机、变压器、马达等都是工厂常见的重要设备,是「赚钱的工具」,而如何维护这些有价值的产品对於工厂经营者来说也至关重要。智慧工厂的优势正是在於能够为设备预先进行健康状况诊察,以降低设备故障的发生机率,如同「防范甚於治疗」。但国家仪器(NI)业务工程师叶俊宽指出,传统人工巡检方式容易出现如易出错、费时、效率低等的缺点,未来可透过导入智慧维护系统的方式改善。


叶俊宽进一步指出,所谓的智慧化维护系统主要是透过先进的感应功能来侦测设备正常与否,并透过整合性系统,汇整搜集各产线的数据以观察问题设备的来源,最後透过与IT设备的整合达到线上连续监控,侦测退化以预防故障,透过上述三大面向来实现智慧化的监控环境。NI在自动化量测领域有超过30年的专业经验,且针对声音与振动分析也提供相应的专业软硬体产品,叶俊宽即以NI的设备状态监控系统InsightCM举例,说明智慧维护系统的整体运作,该产品是一套高整合度的软硬体解决方案,用於线上状态监控,可让公司在操作与维护设备时,增加对於机械健康状态的洞察力。


InsightCM透过CompackRIO系统为各种感测器资料撷取的平台,包括加速度计、位移、温度、电压和电流等感测器以及I/O控制器,协助管理人员有效收集与分析量测资讯,以便即时了解工厂机台的状况是否良好,使自动化设备发挥最大效率。



図6:デジタル製造の応用と産業4.0にその重要性のシーメンスの深さの議論。(写真/リャオ嘉義)
図6:デジタル製造の応用と産業4.0にその重要性のシーメンスの深さの議論。(写真/リャオ嘉義)

英特蒙软体控制 节省硬体成本

英特蒙亚太区业务与行销??总裁洪育浩观察未来工业4.0的发展,特别强调其最重要的关键在於软体而非硬体。因此,洪育浩即以英特蒙KINGSTAR平台为例,分析软体自动化平台的应用,洪育浩表示,透过软体自动化平台,未来可协助节省很多包括开发与维护等的硬体成本。


英特蒙以提供RTX64即时作业系统着称,许多国际知名大厂皆是其重要合作夥伴,而其所研发出的KingStar软体平台即是由於底层是此高阶即时系统,因此可展现绝隹的即时性能与执行效能。洪育浩指出,KingStar具有可高度整合的优势,由於各式硬体设备品牌众多,包括轴卡、影像撷取卡或摄影镜头等,在走向整合之路上定会遇到许多难题,而此平台可满足使用者将所有设备整合至一台电脑,充分使用其效能。


而KingStar平台可快速切入EtherCAT应用,用软体控制方式,满足运动控制、视觉、I/O等需求。而除了高度整合之外,KingStar平台的随??即用与工业标准完全弹性的特点,也为使用者带来更友善的使用环境。此外,由於KingStar以Windows系统为主,因此任一Windows base的电脑皆可使用。洪育浩指出,使用KingStar平台最大的好处是所有的硬体都可由使用者依需求自行决定,拥有非常大的弹性,使用者不会有被绑系统的问题,过去一旦遭受限制,其都是会直接反映在成本考量上,但如今选择弹性变得更加广泛,就可因此协助节省更多成本。



图八 : 宜鼎业务处软体技术服务部经理吴志清认为,对于工业4.0而言,最重要的部分应该是要如何将这些资料透过人工智慧加以分析。 (摄影∕邱倢芯)
图八 : 宜鼎业务处软体技术服务部经理吴志清认为,对于工业4.0而言,最重要的部分应该是要如何将这些资料透过人工智慧加以分析。 (摄影∕邱倢芯)

施耐德协助企业善用电力资产

在经营工厂的过程中,管理营运成本与提高制程良率多为经营者最为密切关注的两件事,然而施耐德电机亚太区能源管理系统行销经理陈如苟则认为,基础电力系统是否稳固、又或者关键设备是否可在稳固的电力状态下正常运行等面向,反而才是最基本的考量。而过去管理制程系统与厂务系统的人员各司其职,若要真正深入了解上述所说的面向,则双方须做到即时沟通与互相交流。


且过去厂务端的应用较着重在总务性质的工作内容,然而现今对於厂务的要求越趋多样化,从营运目标与效果检验、整体策略发展、预知未来能源用量与费用到与各层级的工作人员沟通等等内容十分繁复。陈如苟即以施耐德电力监控软体PME为例,进一步举例该软体可从能源成本管理、能源使用最隹化、电费单验证、扩增生产线时电力的负载管理到想办法降低断电时间等几大方向,并透过硬体的搭配,来协助厂务端找出最隹化策略以协助企业善用电力资产。


西门子打造数位制造愿景

自2000年以来,全球五百大企业中,已有超过半数企业消失在产业中,根据分析,没有顺应数位化转型的潮流,是造成「阵亡」的主要原因。在此趋势下,西门子则是深入探讨数位化制造的应用与其对工业4.0的重要性,西门子的目标,即是希??透过数位化,赋予制造业者实现产品创新。


凯德科技技术顾问蔡仕??则是认为,客制化的需求在未来将会大幅提高,同时这也是一块值得发展的重点领域。从施振荣的「微笑曲线」来加以说明,蔡仕??阐述西门子以数位化企业软体,透过数位化制造提升原先附加价值最低的加工制造领域。该软体涵盖产品设计、生产规划、生产工艺、生产执行与服务等整体生命周期,建立起单一整合性、数位化的企业平台,将虚拟与实体世界结合起来,并协助缩短产品从设计到上市的时程。


举例来说,西门子的产品组合协助义大利超跑车厂玛莎拉蒂数位化其生产制程,协助其产品发展和生产流程,从设计、计画、工程到生产和服务。玛莎拉蒂在导入西门子的数位化的解决方案後,大幅减少新车30%研发时间,从跑车开发到产品上市仅花了16个月,同时产能跃升3倍。



曽チョン仁、オムロン(オムロン)センサーのプロダクトマネージャーは、4.0、物事ビッグデータの収集・活用に向けた産業の時代が非常に重要になるだろうと述べました。(写真/コアチウ・ジー)
曽チョン仁、オムロン(オムロン)センサーのプロダクトマネージャーは、4.0、物事ビッグデータの収集・活用に向けた産業の時代が非常に重要になるだろうと述べました。(写真/コアチウ・ジー)

工业4.0之下的控制器发展趋势

从串联资讯技术的工业3.0时代进阶到讲求智慧化的工业4.0,控制器的面貌也有了全新的发展。致茂电子智慧制造系统事业部处长吴枢俊表示,过去工业3.0时代,由人单方面下指令进行资料搜集,基本上控制器的信号都是垂直的,也就是说仅能做到垂直沟通,且控制器只负责传递资讯,无法做逻辑判断,也只能依靠SCADA平台。


但吴枢俊观察,因应工业4.0的发展,未来的智慧控制器将具备诸多特点,即具备工业网路通讯的能力、各控制器间也能进行水平垂直式的相互沟通、且具有情境辨别与逻辑判断能力,此外,更具备多种通讯协议,使之可与不同种类的硬体设备进行通讯,并且内部的智慧核心还可自行更新等,使智慧工厂形成一能够资料上下串联整合的平台。


此外,吴枢俊也表示,未来工业4.0的智慧控制器亦可创造出许多新的应用方式,例如进行串联式的资料收集,控制器间可相互传递资讯,不用全部询问後台资料库以节省网路流量;或是产线SOP动态更新、收集制程资讯通知其他控制器自动调整制程叁数;此外,环境监控、人员管理 安防监控与门禁管理等亦可透过控制器变成物联网的一环。



**刊头图:(摄影/林鼎浩)
**刊头图:(摄影/林鼎浩)

工具机智慧化 结合机台特色

面对工具机智慧化的发展趋势,财团法人精密机械研究发展中心智慧应用技术部??理吴家进认为,在日本与欧洲两大地区的制造业方面,皆偏重以控制系统为基础,并搭配自主开发的控制器;以结合机台且具特色的智慧化机台;且偏好对话式、视窗式,以及可触控式的友善人机介面(HMI);希??工具机可搭配CAD或CAM软体,以进行加工模拟与最隹化。


另一方面,台湾制造业者爱好采用日、欧系的控制系统,但在人机介面则是喜好客制化的HMI,控制器则会采用国产产品,且会自主开发智慧化相关系统功能。


提到工业4.0就不得不提到工业机器人/手臂,在此一波工业机器人的应用趋势中,KUKA机械自动化产业业务经理郭青庭表示,手臂须也须具有连网功能,也就是说装置须具有开放性,藉此厂区资讯可被通透,搭配上可视化介面,更可完善智慧机械的愿景。


此外,郭青庭也提到,目前全世界工业机器人使用密度最高的行业是汽车厂,从零组件的装配与布线皆可使用机器手臂完成;不过因为汽车行业在欧美地区较为发达,在亚洲方面,机械手臂采用率最高的则是电子业,快速发展且使用率有上扬的趋势。


软硬整合开创智慧制造新商机

若是谈到物联网(IoT)或是工业物联网(IIoT),厂商第一个想法不外??即是前端设备产生数据,透过通讯协定(Protocol)的传输,上传至私有云或公有云等云端平台。「现阶段许多客户只有做到这个部分。」宜鼎业务处软体技术服务部经理吴志清说明,对於工业4.0而言,最重要的部分应该是要如何将这些资料透过人工智慧加以分析,因为这才是最具有价值的部分。


吴志清解释,在工业物联网中,可分为四个阶段:第一,设备的资料收集,这一部份大约从2016年开始,陆续已有多家厂商着手相关项目,无论是手臂或是设备的资讯收集,并上至云端;其二,资料的传递,资料有效地传输及过滤也相当重要。


第三,分析,也就是如何将数据分成为有效资讯,吴志清表示,此一阶段开始较少厂商会着墨;最後则是决策,为了达到此一阶段,企业必须要有自己的生产模式,才能加以判别需要哪些资讯,而後才能回??到设备应用端上。吴志清认为,这四个阶段实际上是一个循环。


吴志清表示,许多硬体制造商只单纯销售硬体,但是遇到软体问题却无法有效解决,面对全世界刮起了一阵工业4.0风,该公司成立软体团队以协助硬体制造商将软硬体整合,以完成一部可上线生产的智慧化设备。



图二 : 施耐德工业暨机械自动化事业部总经理李干玮指出,施耐德推出的EcoStruxure平台,将可协助制造业者快速建构完整个工业4.0系统。
图二 : 施耐德工业暨机械自动化事业部总经理李干玮指出,施耐德推出的EcoStruxure平台,将可协助制造业者快速建构完整个工业4.0系统。

台达绿色思维 让制造业更友善

智动化的时代来临,意味着能源的重要性,绿色智慧制造才是延续制造业生存的根基。台达电子绿色智慧制造事业处经理张家毅说明,该公司的台南与桃园研发中心自2005年开始,已采用绿色建筑方案。


为什麽工业4.0时代来临即需要导入机器人设备,这之中又会面临哪些挑战?张家毅表示,若是想导入机器手臂,首先须解决的即是能源的问题。且硬体背後仍须软体的支持,该公司导入了许多应用软体,例如能源管理、制造执行系统等,这些软体这才是工业4.0背後的精神所在,厂区中徒有硬体设备,而不去思考机械手臂要如何运作、效率为何,不只需要人员写入程式,软体也相当重要,因为软体及相当於设备的大脑。


Autodesk 3D平台 精准规划产线

此波工业4.0风潮也为制造产业带来了严峻的挑战,欧特克(Autodesk)制造业技术经理黎焕治表示,目前仍有高达70%以上的传统制造业者,设备产线仅用2D平面布局。


黎焕治认为,2D的工厂设计可能会忽略掉许多潜在问题,且此种传统提案方式难以胜出竞争对手,最重要的是,规划与实作所产生的落差将会导致设变成本增加。


黎焕治解释,厂商若是想要步入工业4.0之路,该公司可利用五种方式协助客户迈向产线3D布局。一是导入已规划制程及工时的Excel,以达到产线平衡分析即自动建模;二、利用既有的2D布局作为底稿,排布3D设备,也就形成积木式3D设备模型排布。


第三,厂商须针对人因工程加以模拟与作业研究,因为人因工程与作业研究对生产效率相当重要;四,逆向建构既有已竣工产线,也就是既有的产线可利用雷射扫描方式重建;最後则是以拟真的作业过程渲染动画呈现3D布局结果。以3D立体模拟布局的方式,来协助客户真正迈入工业4.0之路。


OMROM智慧制造 让设备更稳定

当德国喊出工业4.0的囗号之时,也意味着感测器的重要性将更在上一层楼。欧姆龙(OMROM)感测器产品经理曾重仁表示,迈向工业4.0的时代,物联网大数据的收集与活用将变得相当重要。


曾重仁认为,从现场收集大数据并使用云端加以存放这是一般人对於工业物联网的认知,但是该公司认为,进一步地资料分析与情报处理,并且利用现场设备控制情报加以反??,更是工业4.0的目的所在。


面对工业4.0所吹来的风潮,在新兴国家的技术人才不足无法对应急遽扩大的市场且全球竞争越趋激烈的背景下,对於产能的需求必须不断提升;在台湾方面,曾重仁表示,台湾在全球制造工业的角色落在生产技术研发、品牌代工OEM,以及品牌供应链上。该公司可提供台湾制造业者生产现场端的可视化技术、商品及服务,以制造业使用者达成「不停止生产」的期??。


曾重仁说明,该公司可提供客户工厂制造现场端的生产设备上控制器元件资讯智慧且可视化的技术。并透过设备的资料收集、分析制程数据、异常监视,以提升设备运转生产效能;也就是利用设备数据,以提供经营管理者活用。



図4:ナショナルインスツルメンツ(NI)の広いビジネスエンジニアYE6月は指摘し、高度なセンシング機能によって、統合されたシステム統合や集約されたデータやIT機器は、監視環境の知恵を実現することができます。(写真/リャオ嘉義)
図4:ナショナルインスツルメンツ(NI)の広いビジネスエンジニアYE6月は指摘し、高度なセンシング機能によって、統合されたシステム統合や集約されたデータやIT機器は、監視環境の知恵を実現することができます。(写真/リャオ嘉義)
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