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智慧機械成台灣跨入工業4.0的尖兵

2018-08-09 12:42智動化

【作者: 籃貫銘】

2018年8月(第39期)打造台灣工業4.0智慧機械、廠房、廠線
2018年8月(第39期)打造台灣工業4.0智慧機械、廠房、廠線
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製造業是台灣的經濟命脈,可以說沒有製造業,就沒有當前的經濟發展。即便目前產業面臨轉型的挑戰,但製造業仍會是推動台灣產業升級與轉型的發動引擎。

也因此,台灣在導入工業4.0架構的首要之務,就是達成製造業的升級與智慧化。而台灣製造業要邁入智慧製造的時代,甚至進一步實現工業4.0的願景,第一步就是推動智慧機械的發展。換句話說,智慧機械就是台灣發展工業4.0的基礎所在。

然而,望文生義,其實多數人對於智慧機械的實際內涵是似懂非懂,其具體涉及的目標與技術細節,並不是那麼的清楚。那究竟什麼是智慧機械?

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根據台灣國家發展委員會的定義,智慧機械是整合各種智慧技術元素,讓傳統機械設備具有故障預測、精度補償、自動參數設定與自動排程等智慧化功能,更重要的是,能夠提供完整解決方案(Total Solution),及建立差異化優勢的功能。

而其涉及的實務範圍,則包含建立整機設備、零組件、機器人、物聯網、大數據、網路實體系統(Cyber-Physical System;CPS)、感測器網路等。

至於產業應用方面,也就是能導入智慧機械的領域,則包含了絕大多數的製造業,如:航太、半導體、電子資訊、金屬運具、機械設備、食品、紡織、零售、物流和農業等。

工研院機械所許文通組長便指出,台灣的智慧機械策略與工業4.0的概念,在內涵上其實是一樣的,都是要帶動起智慧製造的目標,且不論大量或者少量生產,都能進一步達成先進客製化的能力,如此才能因應未來的客戶與產業需求。

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目前擔任工研院機械與機電系統研究所企劃與推廣組組長的許文通,他不僅在工具機機械領域擁有豐富的學識,且長期投入產研合作計畫的執行與推廣,對於台灣機械產業的現況與需求十分的熟悉。

他進一步表示,相對於國際間所推行的工業4.0,台灣的智慧機械政策乃是針對台灣製造業獨有的產業背景與需要所規畫的策略,它是以規模落在中小型的工具機與機械業者為對象,而應用的領域則以加工製造為主體來逐步落實的一個計劃。

他解釋,台灣僅有很少數的機械設備業者擁有提供完整解決方案的能力,絕大多數的業者都是以特定產業的特定機台為主。因此,台灣若要發展智慧機械一定要從這些業者的產品升級開始。

「其實並不是所有的產業都需要做到工業4.0。以台灣來說,多數產業都只需要到工業2.0,最多就到3.0,真正需要或者能做到工業4.0的業者非常少數。」許文通說到。

「即便台灣最先進的台積電,也大概只能做到工業3.7或3.8。」他強調。

舊機具導入連網控制與智慧感測為首要之務

所以,應對到智慧機械的發展規劃上,首先就是要讓機具擁有滿足工業2.0和3.0應用的功能,而那就是連網與感知的能力,以及進一步的整合控制的自動化能力。

許文通指出,要讓機具擁有連網和感知能力其實並不困難,這裡頭並沒有特殊的新技術,但是要考慮到既有舊機具升級的問題,尤其是台灣目前產業仍多數是使用舊機具。所以讓舊機具升級是目前的工作重點。

而為了協助台灣工具機業者讓舊機具可以具備連網和感知的能力,工研院機械所正結合產官研的力量,以補助提供數位機上盒(Smart Machine Box;SMB)的方案,協助中小型業者把舊有的機具增加連網的能力。

SMB是一種附加在機械設備上的裝置,它能提供資料處理、儲存、通訊協定轉譯和傳輸,以及應用服務模組功能的軟硬體整合系統。

許文通表示,透過採用SMB的方式,就能讓既有的舊機具實現連網通訊與資料處理的功能,是目前中小型業者升級智慧機械的一大利器。預計今年會先行導入約1000台,後兩年再導入約3000台。

他強調,SMB的導入數量雖然不多,但會起到示範與帶領的作用。此外,這也是一個階段式的計畫,也就是初期會以提供連網通訊的可視化控制為主,並達成稼動率管理和資料儲存管理的功能;至於中長期,則是透過SMB來整合所有的生產資訊,達成設備與產能的優化,並進一步做到預測與診斷的功能。最後才是達到人工智慧AI的階段。

以盟立自動化的導入情況為例,該公司的射出機就是透過採用SMB的解決方案來實現智慧機械的目標。使用SMB的方案,為盟立自動化建立了生產資訊模型,同時其機具也取得了EUROMAP 77標準,能符合歐洲的產業規範。

至於感測功能的實現,業者則可選擇國內自主開發的方案,或者直接購買國外產品來使用。目前國內開發的工業感測器約有八大類,預計會在2至3年內陸續推出。其功能的目的則是達到機具流程、精準度與故障的預測與診斷。

智慧製造得適才適性 工業4.0不是人人都要

至於台灣的工業4.0發展,許文通表示,在工業4.0階段已不再採用傳統的資訊流。它是一種從接單到出貨都完全智慧化運作的一種生產方式,而且無論訂單的大小都能夠進行客製化生產。因此,工業4.0整個資訊的傳遞,商業決策和生產管理,甚至是商業模式都會有所不同。

也因此,工業4.0時期的發展重心便不再是硬體的設施,取而代之的是軟體與服務平台的建立,尤其是資料的分析與應用,例如結合企業資源計劃(Enterprise Resource Planning;ERP)和製造執行系統(Manufacturing Execution System;MES),以及雲端平台的導入。

許文通指出,工業4.0的生產流程都會通過類似ERP和MES這類的系統來控制,並透過雲端平台和APP來執行,而其間所產生和收集的資料數據也可進一步進行研究和分析,並再回過頭來改善生產系統與產品設計,達成一種平台即服務(PaaS)和軟體即服務(SaaS)的目標,而最終則是實現一個包含硬體、軟體與平台的完整應用方案。

而針對台灣機械產業以加工生產為主的需求,目前政府也正結合產研的力量,發展一個公版的生產資訊管理平台,其適用的產業範圍大致包含工具機、PCB、車件、扣件和紡織等。這個平台是以這些台灣產業的規模與應用為開發的基礎,將更能符合台灣業者的實際應用需求。

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至於企業如何評估自己是否需要佈建工業4.0,或者該如何實施相關的軟硬體建設,許文通則建議業者可以參考德國機械及製造商協會(VDMA)所提供的一份指南,其內採表格勾選項目的方式,針對產品與企業來給予發展工業4.0的建議。

不過許文通也強調,不是每家企業都需要發展工業4.0,要依據各自的規模和屬性來規劃最適合的升級方針。

「台灣目前的現狀就是,大家都知道要做工業4.0,但該如何做?以及誰可以協助?是大家最困惑的地方。」許文通說。

事實上,目前也有一些大型的外商公司有提供工業4.0的導入顧問服務,但一般的台灣中小型企業並無法透過這類型的服務來啟動,尤其是外商的顧問服務經常需要額外的費用,導致一般企業望之卻步,或者運作不順利。

針對這個問題,政府目前則有設置一個輔導團,採補助實施的方式,以提高中小企業實施的動力和信心,同時也降低初期導入的成本。

台灣智慧機械將快速發展 但須提升基礎技術實力

對於台灣智慧機械產業的未來發展,許文通則持非常樂觀的態度,他認為,在產官學研目標一致的驅動下,台灣的智慧機械將會快速的發展。而依據政府單位的預估,台灣智慧機械產業年複合成長率,預計108年為2%、至112年為5%以上,相較過去10年的2.4%,成長近2倍。

不過台灣的機械產業也面臨升級的挑戰,因為台灣的工具機產業雖位居全球出口排名第5名,但主要產品皆為強調高CP值的中低階產品,在精密度、穩定度及耐用性上,仍距離前段班的日本、美國、義大利和德國有一段差距。

尤其是進入智慧機械或者工業4.0的時代後,數據的分析與資料的使用才是競爭關鍵所在,一旦最原始的產品精度無法達到要求,或者一致性不足,對於後續的應用與分析都會造成影響,甚至根本無法作為參考。

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因此,台灣若要進一步提升自己在國際上的競爭力,在發展智慧機械的同時,也需要在基礎技術和產品面上下工夫,特別是精準度與耐用度。

許文通就指出,德國的工業4.0是以「持續領先」為發展目標。反觀台灣,以中低階產品為主的市場定位,勢必會遭到中國等其他開發中國家的挑戰,因此如何進行一步提升自有產品的競爭力,以拉開與競爭者間的差距,則是業者們需要思考的問題。

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