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实现AIoT生态系转型
5G智慧工厂逐步演进

【作者: 陳念舜】2025年01月10日 星期五

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当全球制造业迈入AI、5G与IoT技术交织的新世代,正在重塑未来生产模式,从效率提升到精准决策,改变的不仅是工厂样貌,更是整个产业链生态。新一代AIoT智慧工厂,也从传统运搬输送应用,更全面性扩及人、机、料、法、环等不同场域。


基於现今人工智慧(AI)驱动的解决方案,正持续加速生产流程优化与品质管控,而5G技术则可确保工厂内现场的IoT设备实现无缝连接与即时监控,进一步提升生产灵活性与效率。分为人、机、料、法等不同阶段,落实「永续生产力」特别重视的能源、环境、安全需求。


包括从入料开始到生产阶段,透过影像辨识、人机协作减少出错,建立安全环境的场所。在保护现场人员部份,建立装备检测与防护系统。例如针对个人安全保护装置检测,即透过影象来检测装备,包含安全帽、反光背心及囗罩等防护装置;堆高车安全运作防护系统,监控堆高机在侦测到移动时超过人行道时立即警示。


机器的设备运转与维护,减少浪费停机时间,提高效率与产能。透过感测器、资料搜集平台长时间搜集设备运作资料,再透过数据统计和AI分析了解设备健康状况,达到预诊保养的目的,从而减少浪费能源并提高生产力。


物料包含原物料及半成本检测,减少料件浪费及重工,节省成本。在IQC透过进料机器视觉检测,有效降低误判率,提高检测效率,减少浪费人力;DIP/SMT机器视觉瑕疵检测,透过少量样品即可训练AI模型,减少重工及提高生产品质,亦可串接MES系统做为即时生产回报及追踪生产履历的依据。


方法上即是生产叁数及人机协作,藉以减少浪费和弹性生产。透过生产叁数最隹化,在排程规划时。考量制程设备实际情况,并透过系统模拟达到制程最隹化;搭配人机协作优化,以减少工安事件。打造工安防护平台,设立安全工作场所。



图一 : 5G技术可确保工厂内现场的IoT设备实现无缝连接与即时监控,分为人、机、料、法等不同阶段,落实「永续生产力」特别重视的能源、环境、安全需求。
图一 : 5G技术可确保工厂内现场的IoT设备实现无缝连接与即时监控,分为人、机、料、法等不同阶段,落实「永续生产力」特别重视的能源、环境、安全需求。

华硕5G智慧工厂 跨越1.0~2.0进化升级

其中如华硕电脑智能整合方案部处长吕文成,进一步将自家智慧工厂进程区分为1.0数位化(Digitalization),电脑化、联结化、可视化; 2.0智慧化(Industry 4.0),透明化、预测化、适性化,华硕正处於1.0可视化迈向2.0适性化阶段。


前者针对电子业PCBA解决方案从原物料开始,涵括:智能仓储、AMR+VMS、生产及厂务设备、人脸/行为辨识、能源管理等开始布建IoT装置,采集基础设备控制层资料;再上传打通现场管理层的智慧数据与服务平台。藉此建构机联网IoT+OEE、厂务监控系统FMCS及中央监控管理SCADA平台,采集机台与厂务设备运转数据,打造厂区战情室、3D设备可视化系统、与现场管理层应用系统。


到了2.0阶段开始建构数据驱动(Data Driven)架构和可分析能力,整合工厂流程,建构制造执行系统(MES)及现场排程派工系统;垂直打通企业营运层(IT)与现场管理层(OT),建立智慧数据与服务平台;导入AI预测分析,加速工厂智慧化。


其中由华硕主导开发的「智能物料搬运系统」,系整合自主移动机器人AMR,执行产线间物料搬运,以及从库房到产线的跨楼层搬运;物料搬运管理系统WCS,则可记录储位与物料资讯,实现以物料为中心的搬运管理。现皆可经由5G高速传输,让WCS与AMR可即时更新物料讯息与搬运任务执行状态。


吕文成指出,由於AMR透过光达扫描地板时,经常遭遇若工厂走道堆货品或物料时,将会改变场域情境问题。如今则可经由5G影像导航系统的摄影机,以高角度拍摄工作走道影像,再透过5G回传AI辨识出地板区域是否有人、物,以及通过姿态估算出人的位置和移动方向,即时产生AMR行走时的最隹路线图,或是动态避障的叁考。


加上现场排程派工系统(Shop Order Dispatching and Analysis,SODA),主要针对制造现场实际营运现况,「即时」将工单任务分派(job Dispatching),并利用有限资源制造执行,所追求的是各工单任务的有效达成率和产线设备、产能资源及作业效率的适性化调度。


於其企业营运层的「先进规划排程系统」(Advanced Planning and Scheduling,APS),融入MP物料/CP产能需求规划为WO工单(AATP)。吕文成说:「如今现场排程派工系统,也成为制造营运管理的关键。」


目前针对制造现场数位转型而打造的排程派工系统,则依照产能、物料、模治具,以及产线特性、作业人力等影响生产制造的「人、机、料、法」4大关键要素,可在短时间内找出智慧化、适性化的可行方案。


经过以数据驱动推演派工计画,并采「PDCA」(Plan派工计画、Do即时报工、Check分析检核、Act差异调适),掌控现场人、机、料、法等制造现场变动要素,达到快速、准确、透明、可信任目标;最後可依系统提供各项排程法则滚动派工,并选择工单或产线不同视角,呈现派工结果,进而建构厂区战情室、3D设备可视化系统、现场管理层应用系统。


搭配AR智慧眼镜可作为行动战情室,藉巡检展现机台资讯,人员可透过第一人视角,随时随地读取设备情况并传送生产资讯、操作手册,释放双手调整、维修,或即时向远端专家求助;线头看板巡检应用,让机械设备即使在线尾,也能掌握产线所有指标。以及实现远端协作,包含培训、维护、查修等功能。



图二 : 华硕智慧工厂提供电子业PCBA解决方案从入料开始,正处於从1.0可视化迈向2.0适性化阶段。(摄影:陈念舜)
图二 : 华硕智慧工厂提供电子业PCBA解决方案从入料开始,正处於从1.0可视化迈向2.0适性化阶段。(摄影:陈念舜)

导入电子制造业应用 推行瑕疵检测方案

吕文成进一步说明华硕5G+WiFi6工厂智慧化解决方案,系针对电子制造业瑕疵检测解决方案,在智能仓储领域包含原料仓,可结合AMR物料搬运系统,进行SMD元件进料/料卷入料检测。透过现场排程派工系统,整合组装测试包装区域,包含DIP区域的炉前/组装站/包装站瑕疵检测;SMT区域,进行SMT AOI炉後AI覆判;最终再结合OQC板弯检测、AR智慧眼镜系统。


且强调该方案具备:「一张建模,多工检测」、「友善介面,快速设定」、「低漏检、高精准」3大特色,包括硬软体皆为自主开发为主,采取弹性程式设计,方便依照客户环境叁数设定或修改;使用少量样品即可训练AI模型,大幅减少人力及检测时间,达到零漏检率(underkill Rate)、过杀率(overkill Rate)<10%,将有效减少重工、提高生活品质,甚至即时反??R&D改良设计。



图三 : 5G+WiFi6工厂智慧化解决方案,系针对电子制造业瑕疵检测解决方案,将达到零漏检率(underkill Rate)、过杀率(overkill Rate)<>
图三 : 5G+WiFi6工厂智慧化解决方案,系针对电子制造业瑕疵检测解决方案,将达到零漏检率(underkill Rate)、过杀率(overkill Rate)<>

5G专频专网创新应用扩散 传产云端战情室再进化

值得一提的是,目前除了电子、科技业大厂之外,目前台湾传产中小企业也在软体、系统整合商,以及官方、公协会主动协助下逐步引进5G AIoT扩散应用。


其中如GoodLinker谷林运算2024年首次展示「5G MR 食品加工生产云端战情室」使用情境,可让叁观者戴上MR头盔就彷佛走入虚拟观光工厂,并由虚拟机器人带领,沉浸式体验认识搅拌、水煮成型、X光检测等关键制程,叁观者直接用手势就能进行互动,浮现即时生产数据及操控选单。


谷林运算执行长冯辉译表示,由该公司所提供的产业服务定位在解决各种设备数据撷取难题,包含「绿色机联网OT工程顾问服务」擅长搜集制造叁数或 ESG 碳盘查数据,巩固制造业数位化基础设施。


数据可视化应用则包括「企业云端战情室」,以协助作业员能自动准确即时报工,设备状态及叁数即时及历史数据留存、异常警报,并加入生成式 AI 营运报告功能。冯辉译认为:「虽然过去部份企业已有仪表板和战情室,但现在透过5G MR 技术结合真实与虚拟世界,就能打造出企业专属的沉浸式战情室,再结合绿色机联网服务,可??协助业者快速实现数位化升级。」


机械设备业更早已投入与数位发展部数位产业署合作推动「5G专频专网创新应用扩散计画」,包括线性传动元件大厂精浚科技(STAF)与机械公会(TAMI)合作办理「5G工厂AI与MR应用建置计画」。


其中精浚除了为优化生产制程而导入「智能捡料」,经由MR眼镜结合WMS系统,以提升捡料效率及库存进出货之精准度;透过数位影像式品检,利用5G高频宽、低延迟、广连结特性,落实智慧制造,大幅提升组装与包装流程的精准度、改善并提升原有作业流程效率;同时利用最精简的人力,有效提高产品质量,增加产业竞争力。


精浚科技公司总经理张若轩表示,因应建置智慧工厂,未来将全面加强资讯管理,以资讯条码化、数位化、即时化为主轴,通过供应链管理系统将供应商来料资讯及相关单据转为数位化条码,只需扫描QR Code即可快速串流相关资讯仓储管理系统,收货、领退料、出入库及出货等资料并同步至ERP。


另外通过制造执行系统及机联网技术,将工人的工时、机器开工时间、物料来源及数量、产品良率等资料数位化,可透过战情看板,随时视察厂内的生产状况。进一步利用5G企业专网快速传输加上AI即时影像辨识,可在组装/包装工站发生异常时,即时示警及时修正,并将相关数据作?提升产能的分析叁考资料。



图四 : 谷林运算2024年首次展示「5G MR食品加工生产云端战情室」使用情境,可让叁观者戴上MR头盔直接用手势就能进行互动,浮现即时生产数据及操控选单。(source:谷林运算)
图四 : 谷林运算2024年首次展示「5G MR食品加工生产云端战情室」使用情境,可让叁观者戴上MR头盔直接用手势就能进行互动,浮现即时生产数据及操控选单。(source:谷林运算)

未来还将利用MR眼镜来进行仓储管理,扫描QR Code确认工单/物料,再利用地图导航功能指引人员取料储位。维修新手也可凭藉MR眼镜远端连线到老师傅,透过5G通话、即时影像及截图标记等功能协助维修指导,并将维修过程录影存档,可供後续人员重复观看学习及训练。


为了进一步强化管理效率及技术传承,精浚还在自家新厂作业场域内建置5G专频专网连线,强化厂内网路连结,并直接使用MR眼镜为载体,导入远距教育训练。让现场设备维修人员与老师傅直接连线沟通,远距指导设备维修,使Domain Know-How可无缝接轨、经验传承零时差,还可将每次维修以数位方式留存纪录,加强作业管理,员工并可经由反覆练习,提升技术水准及动作的准确度。


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