智能制造翻转制造业新思维从技术创新到制程创新鉴频器

2022-06-28

智能制造翻转制造业新思维从技术创新到制程创新

通过物联网，以及配合云端运算、海量数据分析应用，制造体系能够以更低的成本获得更充分与实时的资料，并将其转化成有利于生产及企业运作的制造智能。以飞机组装为例，需要使用超过1,100种不同的工具来完成40万个点的锁固工作。为了增加飞机组装效率，Airbus集团与Bosch等公司将传感器、物联网与制程工具结合，建构出新的智能工具与应用系统；这些工具能大幅提高工具使用信息透明度，成为改善工作效率与质量的重要基础，同时还可以提高工具使用及管理能力。分析此案例，IEK认为：对物联网产业来说，可以先从提高工厂运作可视化、提高工厂与企业运作自动化等，从能解决制造现场普遍面临的问题着手，通过跨领域厂商的合作来提出能改善问题的解决方案。　　　　智能创造全新用户价值　　　　智能制造是一种如何完成制造过程的概念。智能制造能在包括单一企业与供应链的整体制造过程中加入更多智能，使整个制造体系能在正确的时间点、选择更适当与有效率的方法来完成既定工作或是妥善的处理突发状况。在制造体系中，智能除了来自于领域专家、有经验的工程与管理人员，还可能来自于生产线长期的运作经验以及制造程序改善结果。而要获取这些经验与结果，首先需要撷取大量的数据，然后赋予格式及意涵使原始数据变成有用的信息，最后再经过系统化的分析、萃取成为能协助制造体系运作的知识与智能。

过去企业与工厂管理者必须耗费相当长的时间与极高的成本才能获取少量的制造知识与智能。而现在通过物联网，以及配合云端运算、海量数据分析应用，制造体系能够以更低的成本获得更充分与实时的资料，并将其转化成有利于生产及企业运作的制造智能。　　　　物联网使制造体系中的人（People）、制造程序（Process）与各种数据（Data）能完成广泛与深层次的链接，并进一步产生以下的新价值：　　　　1.借助在制造体系中普遍设置的各种传感器，人们对于工厂运作与供应链流程的了解与掌握度将可获得大幅度提高。　　　　2.制造体系中的物联网使人们能从正确的设备与装置、供货商与经销商、设备维修伙伴等管道获得实时与正确的信息，这对于提升企业经营效率将具有极大的帮助。　　　　3.结合物联网、移动设备与多元化的数据显示软件，让人们能从各地进行各种实时信息撷取，包括设备使用状态、生产效率、设备运作警示等，这让管理者能更有效的管理工厂。　　　　4.增进人们对于工厂运作与供应链流程的了解与掌握度，属于物联网应用第一阶段的效益。当物联网的使用范畴逐渐扩展时，通过将各种数据链路设备融入到工厂运作与商业管理软件程序中，企业将能更快速的掌握关键信息，也能更快速地进行反应，以及因应更大规模的市场需求与变化。此外，机器对机器（M2M）间的通讯能力也能提高各种自动化的层次与广度。　　　　5.物联网使各种设备能彼此链接与交换信息，随着各种传感器、致动器、摄影机与照相机、RFID读取器加入物联网，企业能从制造体系中获取大量多变化的数据，这些数据再通过海量数据（BigData）分析，将能萃取出有助于增加制造效率、改善营运能力的企业智慧。　　　　Airbus集团：以智能工具提升制程质量　　　　大型飞机组装是一项繁杂、却又必须十分谨慎的制造工作。为了确保质量，欧洲Airbus集团在英国Filton的制造工厂需要针对不同的加工站与工件使用特定的工具。在过去，每天一早需要耗费大量时间为30位工人进行登记，以及安排取用当日制程所需的工具。现在，在整合大量RFID卷标、数据读取机及物联网后，新的工具管理系统能自动验证工人身分，以及安排各工作站位所需的工具。同时在工具接近需要重新校验的日期时，系统会自动发出提醒。　　　　一架飞机在组装过程中，有40万个点需要进行锁固，而完成这些工作需要使用超过1,100种不同的工具。为了增加飞机组装效率，必须设计出更智能的锁固工具，以及更方便的数据输入与品管工具。因此Airbus集团正在发展可应用在钻孔、量测、品管数据纪录以及锁固等多种制程上的智能工具。　　　　这些新的智能工具能通过视觉技术了解完成制程所处的环境，以及自动进行工具效能检查与校验。智能钻孔工具还有以下功能：确认将要钻孔的材料种类；针对每一种材料层进行钻孔条件更新；监控钻孔深度；纪录当前位置的钻孔结果；钻孔工具健康状态监控。新的智能型量测工具能从数据库中重新读取已被接受的量测值；检查测量结果是否在既定的数值范围中；纪录量测结果，并在必要时提供后续活动建议。智能型品管数据纪录工具能通过手指滑动、眼球追踪与声音控制等方式进行人机互动，以及纪录量测结果，并在必要时提供后续活动建议。智能型锁固工具则可以依据工作位置设定适当的扭矩／速度／角度；显示锁固时的扭矩；将锁固时的扭矩值纪录到制造执行系统（MES）或企业资源规划系统（ERP）的数据库内。　　　　为了发展智能工具，Bosch、TechMahindra、Cisco及NationalInstruments四家公司在2015年2月开始推动进行工业物联网联盟追踪与追溯测试平台（IndustrialInternetConsortium’sTrack&TraceTestbed）计划。此计划目标是让新一代的工业用动力手工具能自动了解需要执行的工作，并能在相关联的制造体系中达到最高的质量与效率标准。追踪与追溯测试平台计划希望能在一个受到控制的真实制造环境中，实验物联网相关技术与系统的应用效果，同时也借此厘清新的需求，以及孕育出新的产品与服务。动力手工具追踪与追溯测试平台计划希望达到的智能功能包括：确定每个工具在工厂内所处的位置；侦测工具被使用的位置；确认操作者是否已受过充分的训练来使用此工具（也就是验证工具使用者的身分与技能）。其最终目的包括确保工具能安全与有效率的被使用，并通过工具使用位置与使用方式等数据来找出更有效率的厂内工作流程。此计划将使企业未来在使用动力手工具时具有以下的效益：自动监控与分析关键工作程序的安全性；自动化进行工具状态与可用性监控及管理；在制造过程的早期阶段进行自动化质量控管；确保工具正确与合乎规定使用。　　　　对中国物联网产业发展的意义　　　　Airbus集团开发与应用智能工具只是众多以物联网为架构的智能制造应用案例之一。这个案例显示：单单只是将传感器、物联网与制程工具结合，就能大幅提高工具使用信息透明度，并成为改善工作效率与质量的重要基础，同时还可以提高工具使用及管理能力。　　　　对中国物联网产业来说，由于制造业中个别产业的特性不同，要提供一套通用的物联网与智能制造解决方案并不容易，但是却可以先从能解决制造现场普遍面临的问题着手，并提出能改善问题的解决方案：　　　　一、提高工厂运作可视化　　　　以传感器搜集工厂内的环境、机台设备、重要零组件、原料及产品，以及各层级人员的实时状态数据并通过物联网传输给需要的人员与系统，协助更快速有效的产生工厂与企业运作所需的高正确性、实时性决策。　　　　二、提高工厂与企业运作自动化　　　　目前大多数企业与工厂的现况是个别设备与系统虽然已经具备不同程度的自动化，但是却因为不同设备间缺乏水平的信息联系而形成信息孤岛。这也使工厂与企业运作自动化程度与广度受到限制。通过物联网，企业与工厂内部的环境控制设备、机台设备、重要零组件、原料及产品能够形成垂直及水平的信息网络，再配合相关的制造与管理软件系统，就能够使各类自动化功能辐射到更广大的范围，使工厂及企业运作效率能持续提升。　　　　在发展智能制造应用解决方案时，由于涉及到制程设备、物联网架构与应用服务系统，因此必须结合不同领域的专业能力。Bosch等公司正在进行的追踪与追溯测试平台计划就是最好的例子。也就是说，如果物联网产业在发展智能制造应用解决方案时，能通过企业合作或联盟的方式，建构完整的、跨领域的专业能力，将有机会更快、更顺利的建构出具有商业价值的技术方案与产品。除了整合各企业间的专业能力外，如何通过类似追踪与追溯测试平台计划中的实验场域，在中国选择适当的制造业来建构与验证智能制造应用解决方案，也是物联网产业发展的重要步骤。

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