台湾生产力4.0发展方案:设备智动化与工厂智能化,带动制造业竞争力提升

导读:

现今全球制造工厂都由工业物联网(iIoT)、大数据分析、虚实整合系统(CPS)、人机协同作业来实现智能化,以灵活调整产能规划、上下游供应配送、实时逆向追踪生产进度,强化大量客制化生产能量;台湾则透过生产力4.0计划,助制造业打造智能工厂。

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继德国工业4.0、美国AMP等计划之后,台湾在2015年期间拍板定案,决意全力推动「生产力4.0发展方案」,然而此举绝非跟流行,实有不得不然的迫切性。事实上,综观全球各国,不只是德、美,放眼日本、南韩、大陆等其他国家,亦有蕴含类似推动目标的计划,足见各国全都面临市场快速变化、制造版图重新洗牌、全球生产要素资源有限等多重艰巨挑战,故而期望带动制造业转型升级。
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台湾推动制造业升级的急迫性,更甚于上列多个经济体,只因为台湾面临开发中国家、欧美先进大厂前后包抄挤压——开发中国家抢占台湾以往擅长的量产市场、欧洲先进大厂抢占中阶市场——导致既有优势与光环已然出现褪色,再加上与前述各国相同,皆面对人均产值成长趋缓、劳动人力不足、营运模式待转型等严峻课题,因此急需透过生产力4.0计划的实施,协助制造业导入智能型技术应用,藉以提升生产效能,进一步化解缺工危机,终至实现「扩大市场内需,创造外销契机」之长远目标。

落实生产力4.0,需借重IIoT与智动化

与此同时,经济部工业局也设立了生产力4.0推动办公室,以智慧自动化为基础,运用物联网、智能机器人及大数据等技术,佐以精实生产管理模式,引导台湾产业生态转型,推动智能制造及智能服务之联网服务制造系统,以达成生产力4.0愿景与目标,宣示推动台湾制造业成为「亚太优质生产力典范」,逐步提升制造业人均生产总额。换言之,举凡「工业物联网」(IIoT)、「工厂智动化」,都可谓生产力4.0智能制造的关键元素。

为何对于所有制造企业而言,推动智慧工厂是如此重要之事?只因为展望今后,全球制造业将逐步朝向五大趋势发展,首先是在生产模式方面,出现「单一工厂产能缩减化」现象,以往代工厂自动化导入程度低,属于劳力密集型态,故需在低薪地区扩大单一工厂产能,满足经济规模之要求,惟一旦发展智慧工厂,将有效减少直接人力需求,致使单一生产据点产能逐渐缩小,连带改变人力配置。

其次在供应模式方面,出现「供应链管理弹性且透明化」现象,藉由智慧工厂可有效掌握厂内库存与生产进度,并带动供应链上下游之深度链结,使供货讯息更加实时与透明;此外,下游客户透过系统便可决定订单价与量、交易方式及下单对象,也提高临时加(抽)单之弹性。

第三在聚落模式部份,形成「产业聚落分散化」新趋向。藉由导入机器手臂与机器视觉,除可简单工序取代人力外,更可应用在更多任务序之生产流程;更重要的,导入机器人将使直接劳力成本占制造成本比重下滑,生产区位选择将更趋向多元化,产业聚落模式将从「集中式」转换为「分布式」,间接影响产业价值活动的移动。

再者在管理模式部份,凸显「运筹管理重要性增加」。受到智慧工厂逐步导入之影响,将使得传统「一地生产、全球消费」的管理模式,为「在地生产、在地消费」的区域化经营模式所取代;生产模式由集中转向分散,且可利用云端数据中心将将生产数据分享至各地,因而凸显一个事实,意即掌握原料、半成品、制成品及物流配送的运筹管理,无疑至为重要。

最后在商业模式方面,出现「品牌厂商议价力提高」现象,藉由缩短产品推向市场的时程、可有效掌控实际生产进度与库存、可临时因应插单或抽单,且可满足少量多样化客制生产需求,有利于品牌商强化与市场需求之间的落差,从而提升议价能力。

物联网+机器人+大数据,为先进制造核心内涵

总体而言,环顾生产力4.0推动架构,具有3个推动重点,依序是堪称生产力4.0核心的「设备智动化」,前已述及的「工厂智能化」,终至实现「系统虚实化」,此外也有3个推动内涵,包括物联网(IoT)、智慧机器人(IR)、大数据(BigData),也就是利用这3个内涵,以进行先进制造与服务。

就其中的智慧机器人而论,尤其在智慧工厂形成要素中占有关键地位,且未来应用潜力极大,包括机器视觉可取代人眼判读,进而提升整体生产良率;结合机器手臂可有效完成高重复性、需要人手拾取的工序;结合穿戴式装置,可辅助业者完成检修、故障排除、操作训练等必要工作,消弭人为操作疏失的风险。

以高阶航天零组件制造业为例,以往多面临零组件孔位精度不足、焊/铆接位置偏移、检测良率不高等棘手难题,可藉助导入智能机器人,发展动态感测与控制、雷射对位检测等技术,快速改善上述问题。紧接着藉由物联网整合工厂端、仓储端与客户端,以便于针对从零组件生产工厂出货到下单客户之中每一道环节,实施全程管理,继而坐收客户零距离、设备高稼动、人员高效率、财货高流通等综效。

至于大数据分析,则可协助该类型制造业者,精准掌握生产数据,仿真出优化制程路径,亦可藉此进行应用动力学套件加工策略、NC程序设计,从而开发最佳技术,以期快速响应客户需求,顺势提供完整服务方案。

前述内容,对于台湾工具机产业着实重要。台湾是全球第四大工具机出口国,惟碍于产品结构稳定性、刚性与精度亟待加强,所以始终无缘将产品品级提升至高阶市场层次,连带抑制了单机的价值。

工具机产业升级,可望挺进航空业商机沃土

只要藉助物联网、智能机器人与大数据分析等三大内涵,便可依序注入虚拟化控制技术、结构优化设计技术、高准确性物性分析,以及虚拟切削模拟技术等崭新能量,有助于将原本历时1个月的机台设计开发时程,缩减六成而至12天左右,亦可将原先需时3天的产品试制时间,急速缩短为短短1天。

除此之外,经由结构优化设计,可望使得既有机台门型结构因而减重三成,连带致使每座机台的材料与运输成本,节省约新台币百余万元之多,另拜在线侦测、大数据分析等技术所赐,也利于业者推估最佳的机台产能利用率,选定最佳机台维修时间,进而提升至少一成以上产能,可谓一举数得。

更重要的,随着工具机业者功力大跃进,运用虚拟工具机设计技术而提升先进制造实力,也意谓其终于有机会切入附加价值更高的航空市场商机,让自己成功转型为高阶航天零组件制造商。

而这股设备智动化、工厂智能化的风潮,亦已吹向过往自动化程度并不高的产业,例如民生用纸,与工业计算机、机器人等厂商结盟推动智能化,针对程序繁琐的湿纸巾后端贴盖作业,部署Delta机器人以取代早先多达8名的作业人力,并藉由EtherCAT主站居中协同PLC控制系统、感测装置、传送带系统、喷胶机、贴标机等一干设备,有效带动每秒钟湿纸巾产量骤增,称得上是生产力4.0典范案例之一。

来源:信息化顾问团

整理发布:工业创新智库

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