生產力4.0,關鍵技術躍升
專題故事

隨著雲端、感測技術、大數據、機器學習等科技趨於成熟,臺灣進入全面數位化革命時代,各領域製造業無不遭受前所未見的衝擊。為加速各產業具備智慧化實力,經濟部技術處針對生產力4.0關鍵核心技術,推動「生產力4.0關鍵技術躍升先導計畫」,鎖定「智慧感測」、「異質網路整合與標準」與「物聯網基磐與應用技術」3大關鍵技術,並選定智慧紡織、工具機、金屬扣件、運用產業、PCB載板5大領域的製造產線,完整建構台灣生產力4.0的全方位系統解決方案與應用創新,建立臺灣發展先進智慧製造的基礎實力。

1 啟動智慧製造之路 臺灣PCB產業世界第一再造新巔峰

工研院
走進欣興電子位於桃園廠房,一片片電路板代表台灣電子的競爭力,也表示國際外匯不斷進入台灣帶動國內經濟發展,PCB板扮演台灣電子業的溝通平台,有了PCB板才能使台灣半導體與系統上下游串接走出國際創造持續上升國際出口產值。然而面對中日韓競爭,使台灣PCB產業競爭力動能逐漸減緩,因此推動PCB智慧化生產模式將是重振台灣電子業競爭力重要做法。

走進欣興電子位於桃園廠房,一片片電路板代表台灣電子的競爭力,也表示國際外匯不斷進入台灣帶動國內經濟發展,PCB板扮演台灣電子業的溝通平台,有了PCB板才能使台灣半導體與系統上下游串接走出國際創造持續上升國際出口產值。然而面對中日韓競爭,使台灣PCB產業競爭力動能逐漸減緩,因此推動PCB智慧化生產模式將是重振台灣電子業競爭力重要做法。

傳統PCB生產線由於機器設備本身缺乏感測、聯網與智慧分析機制,難以應付現在人力資源不足、產業競爭加劇以及客戶對智慧化生產的要求。利用PCB智慧化生產模式,使每一台機器設備都內建感測器並且具備聯網功能,機器與機器之間可以互相溝通,透過預警減少產線發生問題,而且當產線發生問題時,工程師還可以藉由智慧分析,快速找到問題發生的原因,進而做出調整措施,以維持產品出貨順暢,讓國際客戶持續大量採購,賺進滿滿的外匯,創造超過9千億元的產值。

缺乏智慧化 無法滿足多樣變量生產需求

有鑑於台灣PCB產業都有高度的智慧製造需求,在經濟部技術處的支持下,一場由工研院主導的跨法人與組織合作正式啟動,全力將PCB供應鏈上下游廠商從「自動化製造」,推向「智慧製造」。期望藉此達到提高臺灣在PCB製造、材料與設備人均產值的目標,持續鞏固臺灣在PCB產業上全球第一的優勢地位。

負責統籌整體計畫推動的工研院電光系統所所長吳志毅指出,PCB產業之所以急著推動智慧製造,主要因為電子產品已逐漸從過去的標準化規格,轉變為以彈性客製化規格為主的形態。面對未來科技產品「少量多樣」的趨勢,臺灣PCB產業全體必須加速朝智慧製造邁進,才能快速滿足客戶多變的需求,完勝日韓與中國的競爭。

吳志毅所長進一步解釋,PCB產業的生產線繁複,生產程序可多達超過300道製程,而且每個站點的設備與製程問題,皆可能影響產品品質。因此生產過程中如果沒有及時、智慧化的監控製程狀況,便會一直有品質不如預期、拉長製造時間以及浪費材料成本等問題,當然也難以應付「少量多樣」對產線所需的彈性生產需求。

四大關鍵技術為基底 實現智慧製造
「由於現階段PCB廠大多只能達到自動化生產,機台間無法互相聯網溝通,因此PCB產業走向智慧製造,還有很多事情要努力。」吳志毅所長說,產業必須加速將感測、異質聯網、雲端PaaS平台、大數據分析等智慧製造的四大關鍵技術,融合運用在工廠產線上。透過感測技術,可以對產線機台進行生產資訊的蒐集;利用異質網路整合,可解決機台通訊資料格式雜亂的現況,準確的把資料上傳送到雲端PaaS平台上;藉由所收集之大數據分析,可達到即時製程分析與回饋檢測機制。

不過目前仍有許多問題要克服。在感測環節,現階段臺灣PCB廠商的產線機台,採用的通訊介面都不一樣,使資料蒐集與上傳都面臨挑戰,缺少資料就無法達到” 智慧製造”之目標。因此產業除需儘速建立機台通訊介面的共同標準之外,也需要導入異質網路整合技術,才能建立PCB產線的資料儲存與分析平台,讓製造資料筆筆留存並扮演”智慧製造”催化劑。

小規模試驗 初步成果顯著
為找到解決既有問題的方法,計畫團隊目前已在臺灣PCB大廠欣興電子的載板產線中,進行小規模試驗。吳志毅所長也指出,過往PCB產業的AOI檢測,仍需耗費許多時間,以人工判讀的方式進行品質把關。不僅耗費人工與時間,且難以即時回饋缺陷狀況到生產製程上進行立即修正,因此難以提升產線生產效率,也無法快速回應客戶問題。

如今,在欣興電子的驗證結果顯示,透過異質網路整合,不但能快速收集各種機台感測器的資料,也可大幅縮短由資料平台擷取大量資料的時間。另外,透過工研院研發的自動光學檢測輔助設備,可大幅降低AOI機台對於載板些微差異所造成的假點率,進而節省檢驗站的人工需求與檢驗時間;更重要的是,透過以資料探勘與機器學習所開發出來的「缺陷肇因分析確認」系統,可大幅縮短找出製程問題肇因所需的時間,達到快速反應品質問題的效益。

產業整合凝聚 加速迎向智慧製造
在欣興電子的載板產線進行驗證,只是整個PCB產業邁向智慧化的一小步。為加速把智慧生產模式擴散到軟板、車用板、軟硬結合板等其他產品領域,由TPCA(台灣電路板協會)與資策會主導的異質網路標準制定,也正如火如荼推動之中。

顯然,為實現PCB產業的智慧製造發展,產官研各界已經攜手為PCB產業找出方向、釐清產業邁向智慧製造的製程與技術缺口,並且透過在實際產線上的小規模試驗,得到明顯成果。再加上目前PCB產業與法人組織正緊密攜手合作,相信臺灣PCB產業迎向智慧製造,已經建立一條康莊大道。

展望未來,隨著智慧感測技術到位、異質網路整合標準完成制定、IoT平台分析技術趨於成熟,臺灣PCB廠商進入智慧製造階段,指日可待。屆時不僅可提高PCB廠商的生產力,同時將協助PCB製程設備與材料商,建立其在智慧製造時代的競爭力,整體帶動臺灣在PCB產業鏈的上下游產值,為臺灣在2020年打造PCB成為兆元產值的目標,奠定深厚的基礎實力。(經濟部廣告)

每日精選科技圈重要消息

2 一機在手 啟動運具產業邁向智慧製造之路

工研院
走進全球排名前五大之汽車後視鏡供應商福華明鏡位於彰化的廠房,一條產線旁的顯示面板上,可以清楚看到產線的所有生產情況,這時剛好有一塊形切完成的鏡片,經過檢驗區段時,被線上複合影像檢測系統發現輪廓尺寸異常,對其進行檢出;同時,產線所有生產資訊也正不斷蒐集傳送到汽機車關鍵零組件製程可視化虛實整合CPS平台(CPS, Cyber-Physical System),一旦分析出機台設備有異常,系統會馬上將異常資訊回饋到形切機,形切機便會自動調整加工參數,維持後續產品的生產品質。

走進全球排名前五大之汽車後視鏡供應商福華明鏡位於彰化的廠房,一條產線旁的顯示面板上,可以清楚看到產線的所有生產情況,這時剛好有一塊形切完成的鏡片,經過檢驗區段時,被線上複合影像檢測系統發現輪廓尺寸異常,對其進行檢出;同時,產線所有生產資訊也正不斷蒐集傳送到汽機車關鍵零組件製程可視化虛實整合CPS平台(CPS, Cyber-Physical System),一旦分析出機台設備有異常,系統會馬上將異常資訊回饋到形切機,形切機便會自動調整加工參數,維持後續產品的生產品質。

福華明鏡建玻事業處處長黃悅書指出,上述智慧化生產流程,只是該公司走向智慧製造的第一步,未來福華明鏡將進一步把即時問題發現、分析回饋、自動調整等智慧動態生產模式,擴散到福華明鏡所有廠房的所有產線,並且藉由製程可視化虛實整合CPS平台上分析長期累積之生產資料,讓福華明鏡製造部門的負責人,未來不管人在什麼地方,只要滑著手機或平板電腦連網,就可以全面掌控集團所有產線的運作狀況。

4大問題亟需智慧化解決
其實,福華明鏡導入智慧製造,只是臺灣運具產業邁向工業4.0的一個開端。負責協助福華明鏡導入智慧製造的工研院機械所經理蔡雅惠指出,臺灣汽車零配件在內的運具產業,一直以來憑藉優異製造技術與完整的產業聚落,努力建立堅強的國際競爭力,只是近年來產業面臨人力資源不足、國際大廠訂單需求日益複雜且品質要求日益增高等問題,對運具產業的生產製造帶來挑戰,臺灣廠商如要維持國際競爭力,必須儘速邁向智慧製造的生產模式。

因此,工研院在經濟部技術處的支持之下,跨部門整合資源,協助運具產業迎向智慧製造,期能為運具產業建立產線製程可視化之虛實整合CPS平台,再以IoT結合雲端、大數據分析等技術等打造更強智慧製造能力,而福華明鏡只是計畫開始的第一個技術驗證示範場域,未來,針對高反光性零組件包括離合器組件、板金模具、金屬零組件、輪圈、車燈…等廠商的生產線,都可以快速複製福華明鏡的經驗,開啟智慧製造之路。

然而,智慧製造範疇甚廣,產業邁向智慧製造,必須循序漸進。「廠商要先檢視自身想要解決的問題,找出需求點之後,再投以相對應的藥方。」蔡雅惠經理以福華明鏡後視鏡產線的後段製程為例指出,後視鏡後段製程一直以來都面臨四大挑戰:第一:產線部分製程尚未自動化,上下料、生產仍多採人工作業,不僅會有生產時間不穩定、需夾治具、易破片、工安危險的問題,在目前嚴重缺工的趨勢下,人工不足也是很大的困擾;第二:原生產機具與設備皆無聯網功能,因此生產資訊無法有效傳遞,製程資訊無法即時掌握,也無法遠端控制調整。第三:在產品輪廓品質控管方面,由於鏡片具有高反光曲面之特性,目前市售難以尋得自動線上檢測之解決方案,產線只能採取人工或離線量測設備檢驗,人工檢驗有品質認定不一之問題,而離線檢驗則要6~8分鐘才能完成1片產品的檢驗,時間冗長無法符合線上6秒/片之生產速度,難以做到全檢及檢測異常資訊回饋,而由於後視鏡產品外銷品質要求甚高,只要有1件不良品,便得整批退貨,因此產品線上全檢一直是福華明鏡亟需解決的問題。第四:缺乏智慧自動化及虛實整合製造的情況之下,難以迅速滿足市場少量多樣的生產模式。

導入感測、自動化、雲端、大數據 一次邁向智慧製造
針對既有問題,工研院透過感測、雲端PaaS、自動化設備與大數據分析等技術,逐一為福華明鏡解套。首先,針對作業人員不足的問題,示範產線藉由導入內建雷雕與雷射檢測功能的機器手臂系統解決方案,除可無需整列的自動供料外,可自動在產品上雕刻各種語文的警示語,更可自動檢查產品是否有異常;同時,透過「高反光曲面物件輪廓投影取像」、「輪廓尺寸品質指標檢測」等技術,在製程中導入「高反光曲面2.5D自動線上輪廓品質指標回饋」,不僅達到提升檢測準確率達99%以上的效益,並且實現每6秒內完成1片產品檢測回饋的成果,較原本離線尺寸檢測每片需時6~8分鐘,提升百倍,自動化效益明顯。

而為進一步實現智慧化,工研院透過嵌入式設備聯網控制模組,可達成異質聯網,使舊有機器設備都能連上網路及可授控之狀態,再於機器設備上裝設各種感測器,然後將生產資訊不斷蒐集上傳到雲端伺服器中的虛實整合CPS平台,實現產線監控、模擬與產能預測分析機制,之後再經由大數據對製程資訊進行分析,即時掌握製程機台的參數資訊,一旦雲端虛實整合CPS平台發現異常時,會即時把資訊回饋到製程加工設備如:形切機,做加工參數調整提醒訊息,作業人員即可依指示即時調整修正,降低不良品及廢料,不久將來,還可以達到設備生產參數自動回饋調整的智慧化目標。

藉由導入智慧製造,不僅可望解決福華明鏡招工不易的問題,也大幅提升產品品質及生產效能,把不良產品流出的損失降到最低,對福華明鏡的品質保證,帶來很大的幫助;另一方面,透過導入製程可視化虛實整合CPS智慧生產模式,未來國際品牌客戶前來參訪,也會因為福華明鏡走在智慧化潮流之上,加深與福華明鏡緊密合作的意願。

加速擴散 全面啟動運具產業智慧製造之路
當然,福華明鏡跨出智慧製造的第一步,只是臺灣整體運具產業的一小步,未來工研院將快速把福華明鏡已經實現的線上智慧檢測回饋、智動化、製程資訊可視化與虛實整合智慧生產模式,快速複製到金屬、車燈等零組件廠,加速臺灣整體運具產業朝智慧製造邁進。

展望未來,福華明鏡不僅將持續擴大後視鏡產線的智慧化程度,做臺灣最大後視鏡片廠商,福華明鏡也非常樂於把自己建立智慧製造的經驗做為示範分享,讓臺灣更多運具廠商發現智慧製造的好處,進而積極邁向智慧製造,相信這將為原本在全球市場就已經具備堅強實力的臺灣汽車零配件與金屬運具產業,建立更強大的競爭力。(經濟部廣告)

每日精選科技圈重要消息

3 智慧製造 把螺絲機變印鈔機,穩固臺灣螺絲王國地位

世德工業
小小扣件看似不起眼,卻是各類產品不可或缺的零件。因此一分鐘可以生產1,400個扣件的螺絲機,經常被比喻成印鈔機,人們也總是把生產螺絲的過程,想像成不斷在吐鈔票一樣。但是,在競爭愈來愈激烈的全球扣件市場中,真要把螺絲機變印鈔機,廠商得先達成許多任務,包括:要能滿足高階市場少量多樣的產品需求;產品品質要零缺點,客戶才會買單;生產資訊要透明且老師傅經驗能傳承等。凡此種種,都可以靠智慧製造來實現。

小小扣件看似不起眼,卻是各類產品不可或缺的零件。因此一分鐘可以生產1,400個扣件的螺絲機,經常被比喻成印鈔機,人們也總是把生產螺絲的過程,想像成不斷在吐鈔票一樣。但是,在競爭愈來愈激烈的全球扣件市場中,真要把螺絲機變印鈔機,廠商得先達成許多任務,包括:要能滿足高階市場少量多樣的產品需求;產品品質要零缺點,客戶才會買單;生產資訊要透明且老師傅經驗能傳承等。凡此種種,都可以靠智慧製造來實現。

佔高階市場 智慧生產不可少
由於智慧製造是現階段臺灣扣件產業維持競爭力的關鍵,因此經濟部技術處委託工研院、金屬中心等法人研究機構,透過技術與應用整合,協助扣件產業導入感測、雲端、大數據分析等新穎科技,從扣件產業從自動化推向智慧製造,期能穩固臺灣「螺絲王國」的寶座。

負責協助計畫推動的金屬中心能源與精敏系統設備處副處長林崇田指出,高雄岡山素有「螺絲窟」之稱,是全球廠商密度最高、供應鏈最完整的扣件產業聚落,然而,近年來隨著國際生產基地變遷,臺灣廠商在中低階標準品市場上,受到新興國家廠商的削價競爭,已逐漸失去競爭優勢,因此扣件廠商要生存下去並且經營的更好,就必須加速升級轉型,朝發展汽車、軌道、航空等產業所需的扣件產品邁進。

然而,轉進高階產品門檻不低,因為客戶的要求非常多,近年來在高階扣件領域發展良好的世德工業董事長陳光裕指出,除了產品少量多樣化與生產資訊要透明等需求之外,品質零缺點更是成功邁向高階市場的關鍵。因為汽車、航空等產業所需的高階扣件,對產品要求非常高,因此扣件製造者若無法提升彈性製造能力,同時確保生產品質,達到高階客戶的信賴,就無法進入高階產品供應鏈。

然而,扣件產品生產從盤元的球化處理、成型、搓牙、熱處理、表面處理到包裝出貨,需經過近九道工序,每個過程都需要嚴密品管才能保證品質,目前一些生產環節仍須倚賴人工作業,難以實現產品瑕疵0ppm的要求,因此加速導入智慧製造,以智慧化整合技術達到產品瑕疵0ppm,變得非常重要。

智慧檢測 實現產品零瑕疵
由於計畫團隊與世德工業看法一致,因此雙方很快取得共識攜手合作,開始在世德工業進行扣件智慧製造的小規模驗證。計畫團隊與世德工業先從產品發想、模具設計、盤元材料選用、模具製造、成形模擬、扣件試量產到正式量產的每一個階段,釐清現階段產線的智慧化需求,最後決定優先在模具製造與產品生產過程品質監測環節,導入智慧製造相關技術,希望藉此促成產線達到產品瑕疵0ppm的目標。

林崇田副處長強調,扣件成形是影響產品品質最關鍵的環節,然而,傳統人工巡檢周期為一至兩個小時,此期間已可能混入瑕疵料近千顆所生產的良品之中,因此急需導入智慧檢測。對此,計畫團隊運用「成形製程即時感測技術」,智慧檢測材料成形與受力變化,對扣件成形鍛造壓力曲線進行嚴密監控,達到扣件成形品品質的異常預警與資訊可視化,如此便可在設備上對每一個扣件都做檢查,可完全避免瑕疵品混入產線之中,提升成形成品的良率。

而為進一步實現智慧預擬與分析,未來輔導團隊將協助世德工業將產線上感測資訊上傳至雲端管理系統,再加上「品質預測與虛擬量測分析技術」,提早掌握機台狀況,預估產品即將發生瑕疵的時間點,達到及早反應預警的目的之外,還可在瑕疵品發生前排除臨時停機的可能性,有效安排問題診斷時程,避免無預警停機所造成的設備、模具、產品物料、供應鏈中斷損失。

智慧量測與經驗數位化 傳承老師傅技藝
另一方面,高階扣件產品量少但品質求更高,產線必須可以快速反應以因應訂單需求,然而,目前產線換樣過程中,仍然高度仰賴老師傅經驗,才能快速換模,達到高品質、高效率生產。陳光裕董事長指出,有時就算是具備精深調機技術的老師傅,仍需花半天時間才能完成換模調機,除此之外,由於市場競爭趨於激烈,世德一直面臨師傅人才被挖走的問題,因此如能透過智慧製造,將調機師傅的經驗數位化,進而建立製程知識庫,即可突破過度依賴師傅經驗的問題。

針對既有問題,輔導團隊以虛實整合技術,開發國內首創的「扣件成形機模具智慧化調教系統」,將老師傅的操作經驗數位化並程序化,讓新手可依照電腦指導,快速精準的完成模具調整,不僅達到智慧傳承目,也可改變產業操作型態,讓扣件產業製程的產線,可以快速換模,反應客戶訂單少量多樣的需求。

展望未來,計畫團隊將持續為世德導入更多的智慧技術,使其鍛造品質良率在2016年底提升到99%,並且完成產線聯網分析預警機制,減少停機損失的狀況,以及透過設計模擬虛實整合技術,將調機時間由4小時降到2小時,並且建立機台調教知識庫;同時,計畫團隊也將把世德工業建立的智慧製造模式,推廣給更多扣件廠商,讓臺灣更多扣件產業可以藉由智慧製造,建立更穩固的競爭力。(經濟部廣告)

每日精選科技圈重要消息

4 臺灣發展智慧機械的第一哩路-打造「工具機產業製造雲」

工研院
台中精密機械園區的一家工具機廠商,一個掌管全球業務的營運長,一早上班打開電腦,進入客戶關係管理系統,馬上跳出一張全球地圖,地圖上覆滿綠點,他安心的打開信箱,準備發一封重要的mail,這時手機同時收到一個訊號,他切換回剛剛的畫面,發現萬綠叢中,在美國出現一個紅點,原來剛剛的手機訊息是告知他:銷售給美國加州某個客戶的工具機出現問題。接著,他在系統上看到工程師已介入處理,因此就放心進行下一個工作。

台中精密機械園區的一家工具機廠商,一個掌管全球業務的營運長,一早上班打開電腦,進入客戶關係管理系統,馬上跳出一張全球地圖,地圖上覆滿綠點,他安心的打開信箱,準備發一封重要的mail,這時手機同時收到一個訊號,他切換回剛剛的畫面,發現萬綠叢中,在美國出現一個紅點,原來剛剛的手機訊息是告知他:銷售給美國加州某個客戶的工具機出現問題。接著,他在系統上看到工程師已介入處理,因此就放心進行下一個工作。

這是未來臺灣工具機產業,以智慧製造雲為全球客戶提供即時線上服務的情境,也是臺灣邁向智慧機械的必經過程工研院工具機科技中心組長羅佐良組長出,透過智慧製造雲,臺灣工具機業者便可以克服距離障礙,從遠端即時提供客戶技術服務,實現製造業服務化的目標,再創產業新價值。

**工具機為工業之母 需率先迎向智慧化 **
工具機俗稱工具母機,負責切削、加工各式金屬零組件,被廣泛應用在許多製造領域,包括航太工業、汽車工業、IT模具、紡織工業、光學面板、鐘錶工業、醫療工業的生產線上,都需要工具機設備,因此工具機素有「製造業之母」的美稱,可以想見,一個國家發展智慧製造與推動智慧機械產業,在工具機設備的智慧化發展,重要性不言可喻。

羅佐良組長指出,智慧製造生產包含兩大部分,第一部分是,產線上的自動化機械設備,本身就應該具備感測、聯網、分析等智慧化功能;第二部分則是透過異質網路、雲端平台、大數據分析等ICT系統平台,為生產線建立智慧化分析能力。而工具機為工業母機,因此機器設備本身必須率先建立智慧化能力,臺灣工業才能朝向智慧製造的第一步邁進,也才能成就智慧精密機械產業的發展。

**工具機不應只賣設備 也要提供服務 **
不過,儘管臺灣工具機在過去數十年來,已從傳統製造與產業設備,逐漸發展出更高精密、更自動化的製造技術與高階產業設備,而且也已將市場推廣到光電、半導體等高階領域,同時也因應全球化、客製化、綠色環保的需求,發展出相對應的產品,逐漸在全球市場建立舉足輕重的競爭力。但是相較於德、日品牌廠的工具機產品皆已具備智慧化能力,臺灣工具機產品的智慧化程度,仍相對落後許多,是臺灣工具機產業亟待改善的部分。

「日本Mazak及德國DMG公司兩大國際品牌大廠的產品,都已經具備智慧化功能,建立提供全球客戶遠端網路服務機制。」羅佐良組長說明,Mazak透過提供客戶完整的智慧化製造系統,可遠距監控客戶生產現場的機台、為客戶提供最佳化加工參數以提升產線產能,藉由系統整合,Mazak提高單機附加價值3~5倍、新增服務系統收入20%;再看DMG,該公司同樣透過機台訊號回傳到總部雲端系統,協助客戶進行遠距監控機台、遠端異常排除、參數調整及關鍵模組的預兆診斷服務,加值服務系統不僅使DMG的高階機種價格比臺灣工具機高出3~5倍,更為該公司創造30%以上的服務營收。

臺灣整合跨單位資源 加速發展智慧工具機
反觀臺灣,國內工具機家數多且分工綿密,廠商規模普遍較小,80%以上廠商員工數少於100人,因此多數廠商缺乏分析技術及IT人才,當然也無能力發展智慧化機台設備。

有鑑於此,在經濟部技術處的支持之下,工研院啟動跨法人組織與跨單位的技術研發與應用開發資源,協同廠商一起發展工具機產業的智慧設備,希望藉由在工具機產業導入更多新穎的ICT科技,實現工具機設備智慧化,創造臺灣工具機更強大的競爭力,達到工具機產業追德、趕日的目標之外,也加速臺灣其他工業朝智慧製造邁進。

啟動工具機設備智慧化的任務之後,計畫團隊一開始先釐清國內工具機產業問題,歸納出產業在既有3大環節中,都有的相關課題需要解決。首先,在研發設計端,廠商與協力廠之間缺乏協同設計機制、產業聚落產品同質性高、產品性能進化演變進度緩慢,因此難以與國際大廠競爭;在製造端,有不易掌握供應鏈生產進度、生產工法與品質仰賴經驗傳承,以及整機廠為配合客戶緊急維修需求,需儲備大量關鍵模組水位,具有高營運風險等問題;在售後及應用加值服務端,產品設計到服務未緊密串連、人員經驗傳承等,使得國外市場仍需仰賴代理商服務,國內市場則是VIP客戶採駐廠服務,一般客戶採取隨傳隨到的服務機制,人力資源吃重。

工具機設計雲 開放平台加速創新
針對上述各環節的問題,計畫團隊一一透過ICT科技的導入,逐一為產業界找到解決方案。在設計端,目前工具機科技中心已為產業開發出一套機電整合模擬的「設計雲」平台,提供業者模擬設計的軟體與硬體,以及協助業者建立工具機設計流程,讓工具機產業能夠像台積電一樣,透過開放式創新系統平台,協同產業鏈合作夥伴,以更低的成本達到更具前瞻的產品創新設計。

具體而言,設計雲平台將提供廠商應用導向的自主設計服務,讓廠商可以透過遠端感測訊號回饋,分析性能優劣,自行演變發展次世代產品機種結構,加速創新研發。 羅佐良組長指出,目前國內已有12家會員廠商加入工具機設計雲平台,產值共佔國內工具機60%,預計可到到降低軟硬體環境建構成本70%以上的效益。另外,計畫團隊也搭配平台核心技術進行教育訓練與推廣,至今已完成200人次以上高階工程師培訓,廠商透過雲平台也已開發出自有機型6款。

工具機製造雲 產業朝服務化邁進
在製造端與售後服務端的既有問題,則有賴工具機設備本身的智慧化來解決。對此,計畫團隊觀察到,目前臺灣工具機設備智慧化不足之處,共有以下幾大部分。首先,台廠工具機設備內嵌的感測器,缺乏智慧感測能力;其次,工具機連網通訊介面缺乏共通標準,不同機台之間難以相互連結;在缺乏資料收集與聯網的情況之下,當然無法透過後端智慧分析平台,對已售出的機台進行即時狀況掌控。

由於設備智慧化能力不足,因此目前國內工具機業者在售後段服務,仍採取被動式報修服務,即客戶發現機台有問題之後提報維修,負責製造工具機的廠商才派技術人員到現場診斷。

針對設備智慧化不足的現況,計畫團隊的解決方法為:發展主動遠距服務需要建置的感測器、串聯異質網路的通訊介面,以及創新核心應用技術等方向,積極為產業建置「工具機雲端應用服務中心」(後簡稱工具機製造雲),讓產業能運用物聯網(IoT)技術特性,讓每一台銷售到客戶端的生產設備,都具資料蒐集、分析與預測的能力,如此一來,工具機業者不僅可以降低設備維護的成本,根據市場需求調整設備產能與物料庫存,提高製造端的生產競爭力。

更重要的是,透過開發共用型遠端服務軟體及硬體平台,更可進一步降低臺灣工具機業者,跨入網實(CPS)整合的遠端服務應用門檻,讓工具機業者可把售後服務從過去被動式轉為主動式,達到遠端製程優化的加值應用服務,提升臺灣廠商在全球市場的競爭力,也藉此創造更多服務收入。

4大環節打造工具機製造雲
擬訂具體策略方向之後,計畫團隊分頭並進,從4大環節著手,落實打造「工具機製造雲」。

第一:工研院微系統中心開發智慧感測器,讓工具機設備可以具備蒐集馬達負載、轉速、聲紋、震動、電流等資料的功能。

第二:工具機科技中心、工研院機械所共同開發採用增強式學習(Reinforcement learning)技術的「最適化參數調校」系統,讓系統自動學習最佳參數,並自動建立知識庫,如此便可以對設備切削參數進行最佳化、診斷加工路徑、提供刀具參數推薦,以及讓設備具備自我精度診斷分析能力,之後再搭配 「遠端異常診斷及虛擬調機技術」,讓管理者可以對製程進行遠端診斷。

第三:由工研院工具機科技中心、機械所與巨量資料中心共同開發的「關鍵模組保養預測與資產最佳化」系統,透過數據篩檢、資料分析以及建模技術,可以達到預估關鍵模組精度、刀具壽命的智慧化應用,進而對供應鏈提供關鍵零件的最佳化管理,以及擬定最佳保養、維修排程。羅佐良組長具體說明,「關鍵模組保養預測與資產最佳化」系統主要透過深層機器學習(Deep learning)預測保養需求,並藉由雲端巨量資料運算分析平台,達到遠端及時預測與建議的機制,藉此,未來工具機廠商將可提供客戶遠距診斷分析服務,在維修人員到達現場之前,就預先知道故障原因,準備零件,縮短維修時間。

第四:透過工研院巨量資料中心所開發的IoT智慧分析平台,透過歷程訊號回饋、關鍵模組性能監測等,可即時掌控設備狀況,提高工具機製程效率。

兼顧各個環節的完整物聯網解決方案,可拉近臺灣工具機產業與國際大廠的競爭距離,也為國內工具機邁向服務化打下基礎。

**3年內達成10家業者進入工具機製造雲 **
目前,上述各項技術已經導入工具機科技中心的切削機台,達到縮短加工切削時間,以及提升製程效率10%的效益。未來幾年,工研院希望進一步透過成立工具機智慧化遠端服務產業聯盟,協助10家以上業者進入工具機製造雲,實現超過100部機台連線的目標,讓臺灣工具機廠商可以透過雲端服務平台及加值軟體,提供全球客戶遠端機台監控與維修服務,協助客戶提升製程效率30%以上,以及減少客戶機台維護成本。

羅佐良組長進一步強調,當工具機製造雲所連結的設備機台愈來愈多,未來將會需要龐大的數據中心與大數據分析能力,因此推動工具機智慧化的相關計畫,後續將尋求與國網中心的整合,解決未來智慧化應用快速擴充之後,所衍生出的龐大運載量問題。

另外,由於製造產線上混有多家品牌及規格,無法透過單一一家整機廠,進行衍生應用加值服務,因此目前直接由工具機應用服務中心主導提供服務,並加裝感測器,後續如果服務量持續擴大,需要更龐大的工程服務人力資源,工研院也不排除衍生一家新創公司,負責營運製造雲行平台;又或者,也可直接協助規模夠大的國內工具機業者,採取建立私有製造雲的方法,讓國內工具機廠商自行建立提供全球客戶遠端服務的機制。

工具機智慧化 臺灣智慧精密機械的根本
隨著臺灣工具機產業不斷發展出更智慧化的設備機台,不僅將使國內工具機廠商擁有提供遠端智慧化服務的能力,國內各領域製造業者也可擺脫對國外工具機設備的依賴,用較低的成本採購國產設備機器,同時取得客製化服務,提升臺灣製造工業的競爭力。可見,工具機作為製造業之母,它率先發展智慧化,對臺灣整體工業邁向智慧製造有相當大的助益,因此也是臺灣發展智慧機械產業的發展里程碑。

「在計畫團隊全力發展工具機設計雲與工具機製造雲的過程中,工研院各單位所創新研發的各種智慧系統與科技,未來也可用來帶動臺灣發展智慧精密機械產業。」工研院工具機中心智慧製造技術組組長羅佐良提到,臺灣中部精密機械聚落的工具機產業,不僅產值世界第七、出口值世界第四,群聚規模更是世界第一,因此如能加速導入ICT科技發展更高精密的技術能力,以及建立遠端服務化機制,不僅可以提高工具機本業的發展,也將為臺灣打造智慧精密機械聚落,建立更穩固的基礎。

產官學研動起來 加速臺灣發展智慧機械
事實上,為推動臺灣發展智慧精密機械聚落,協助工具機與機械產業朝高階市場邁進,2015年12月工研院推動智慧製造的「智慧團隊」(Intelligence Team;I Team),鏈結工具機與零組件廠商如台中精機、永進、台灣麗馳、德大機械、百德機械等業者所組合的「機械團隊」(Machine Team;M Team),以及國內航空製造業者漢翔、長榮航宇與中興電工等上百家供應鏈將籌組「航太聯盟」(Aerospace Team;A Team),共同結合組成「A-I-M航太工具機產業技術大聯盟」。

羅佐良組長指出,2015年初經濟部技術處核准工研院工具機中心輔導「A+淬鍊計畫」發展航太級工具機,史無前例由12家工具機廠商組成,共投入7.2億研發經費,為航太市場鋪路,之後成立A-I-M聯盟,目的在於協助工具機產業強化競爭力,加速工具機產業實現跨設備通訊、雲端網路連線的目標,以及透過建立共通性標準介面,使工具機產業邁向網實(CPS)整合的智慧化階段,促使工具機產業能以客製化高品質設備、高效率生產機制、客製化遠端服務,進入航空業的供應鏈體系,搶攻全球高階市場訂單。

2016年5月,工研院工具機中心再與致力於發展智慧製造相關技術的中興大學合作,整合雙方在智慧製造領域的相關研發能量,加速輔助國內產業發展智慧機械相關技術。羅佐良組長強調,目前工具機中心也已經採用國廠設備與控制器,在台中打造智慧機械示範產線,協助推動台中機械精密園區轉型為智慧機械聚落。

綜觀來看,臺灣正面臨人口結構老化、勞動人力縮減、產業競爭優勢流失等諸多問題,而這些都可靠智慧製造與智慧機械產業的發展,達到相當程度的解決,值得慶幸的是,過去一段時間以來,國內在各法人機構與產業界的積極努力之下,已在工具機與機械產業的智慧製造與技術創新上,展現具體成果,啟動臺灣邁向智慧機械產業的第一哩路。展望未來,由於政府已將智慧機械列為重點發展產業之一,相信會有更多的資源與能量挹注,加速為臺灣工業迎向智慧製造與發展智慧機械產業,帶動臺灣新經濟的發展。(經濟部廣告)

每日精選科技圈重要消息

5 以智慧製造打造先進「織聯網」-紡織業穩住全球第一的祕密武器

資策會
我國歷經半世紀的化纖產業奠基,具備自原料合成至纖維紗線與布種開發之高水平產業能量,產品頗獲國際市場青睞。近幾年台灣紡織業為擺脫大陸、印度等新興市場崛起,發展機能性布料,戰勝大量生產與價格競爭的市場,至今,甚至成為臺灣重要出口產業。2015年紡織產業工廠多達4,232家,為台灣帶來5,320億產值,創造超過16萬的就業機會,吸引Adidas、Nike、Under Amour、H&M、ZARA…等品牌商,來臺採購紡織品,讓臺灣成為全球紡織業研發重鎮。

我國歷經半世紀的化纖產業奠基,具備自原料合成至纖維紗線與布種開發之高水平產業能量,產品頗獲國際市場青睞。近幾年台灣紡織業為擺脫大陸、印度等新興市場崛起,發展機能性布料,戰勝大量生產與價格競爭的市場,至今,甚至成為臺灣重要出口產業。2015年紡織產業工廠多達4,232家,為台灣帶來5,320億產值,創造超過16萬的就業機會,吸引Adidas、Nike、Under Amour、H&M、ZARA…等品牌商,來臺採購紡織品,讓臺灣成為全球紡織業研發重鎮。

小蝦米力抗大鯨魚的關鍵,除了技術研發創新,加強自動化生產更是關鍵所在。如今,面對全球如火如荼發展開來的工業4.0,臺灣紡織業也正加快腳步發展智慧製造,致力推動臺灣「織聯網」的產業升級。

在經濟部技術處的支持之下,工研院、資策會、紡織所於2015年底啟動跨法人組織的紡織業智慧製造計畫,分別從技術與應用著手,為臺灣紡織業邁向智慧製造,規劃一套可行且完整的藍圖,期望使臺灣紡織業在全球市場的競爭力,再往上躍升。

智慧製造新進化,高品質、降成本,創造競爭新優勢
資策會智慧網通系統所主任王建敏表示,臺灣機能性布料全球市佔第一,是全球主要運動品牌的關鍵織材來源地。然而近年來,臺灣面臨韓國、東南亞與中國大陸廠商及韓國廠商規模化生產,以及韓國廠商在機能性布料生產的競爭壓力,優勢逐漸流失。因此,加速臺灣紡織業從自動化邁向智慧化生產,透過智慧製造系統即時掌握每一個生產環節,減少錯誤率、降低生產成本、提高產品品質與達到準時交貨的使命,成為臺灣紡織業延續競爭力的關鍵策略。

「緊紡沒好紗,緊嫁沒好大家」,面對紡織產業的長供應鏈,每一個環節都有非常複雜的製程工序,因此要為整個紡織業建立智慧製造,是非常大的工程。紡織所總監黃博雄指出,紡織工業上下游環節包括:原料生產、紡紗廠、織布廠、染整廠、成衣廠等,通過層層關卡,才能將千絲萬縷變成終端產品,過程中只要有一個環節的一條紗線出錯,製成的布或成衣就會是不良品,所以要從哪一個環節開始著手推動智慧製造,將是計畫團隊一開始所要面臨的考驗。

系統建模與分析,千絲萬縷挑肇因

臺灣紡織業邁向智慧化生產已是刻不容緩的趨勢,對此,計畫團隊與同時擁有紡紗廠、織布廠、染整廠的力鵬企業共同合作;並選定批次生產,使用最多人工,自動化程度較低的「織布廠」作為先導場域,深入產業、抽絲剝繭,找出既有生產模式需要克服的問題,再投以相關解決方案,啟動力鵬的智慧製造之路。

織造製程分成整經(紗)、漿紗、併經(紗)、織布與品檢(驗布)等5大製程,其中整經張力的穩定性,是織布準備工段影響品質最重要的因素之一,力鵬企業楊梅廠副廠長蕭篤信指出,現在的紗線愈做愈細,有的甚至比頭髮還細,紗線張力控制難度愈來愈高,如果控制不當,會出現斷紗、破紗的瑕疵,而且整經機每次整經條數平均約1,000~1,400根紗,很難全部仰賴人工控管,因此必須透過智慧化,才能提高生產品質。

紡織所總監黃博雄補充說明,根據分析,高達70%的瑕疵因素,都在驗布與染布的製程之後才被發現,但其實很多時候,紗線在整經、漿紗或併經階段,就已經隱藏了瑕疵因素,但是由於紗線實在太細,不易發現錯誤,等到進入織布完成或驗布階段,才發現有一根紗出問題,這時候才驗出,影響小則浪費製造資源、影響大的話,還可能交不出貨,導致企業信譽受損。

經過不斷的溝通協調,計畫團隊發現,在紡紗廠中,經常因為紗線張力與加熱溫度異常,導致產品瑕疵;在織布廠中,產線對織布瑕疵辨識與瑕疵因素的掌握度有待加強;染整廠中,存在著一次對色率不足、人工驗布效率過低等問題。

智慧紡織產線優化 推動亞洲紡織矽谷概念
針對織布廠的問題,計畫團隊為力鵬位於桃園市楊梅的織布廠,為已具備自動化的整經機,加上單紗張力感測器,在整經機生產過程中,即時並連續感測出「每一根紗的張力」;另外,為漿紗機加上濃度、溫度感測器,避免漿紗濃度、溫度太高或太低,影響紗線品質;同時也透過異質網路連線,將廠內原本無法相互串連的機台,以共通通訊介面連結在一起,讓每一台機器所取得的資訊都能上傳到網路。由於在整經階段的張力對於後續製程影響最大。計畫團隊除了在整經機上加裝單紗張力偵測器,即時感測1,000~1,400根紗線的張力,更進一步結合最終織造的胚布品質資訊,建立張力特徵與織物品質關聯模型,以系統化方式學習資深技術人員的操作經驗,提供優化的製程參數,降低瑕疵率。在織造階段藉由偵測打緯角度及經紗張力,建立織布機經緯資訊融合模型,在發生斷經事件之前,預先提出經緯異常警訊,避免造成斷經停機的損失。經由系統化分析製程經驗,建立品質關聯模型,當發現潛在異常時,即可立即警示,例如:張力不均、漿液濃度異常等問題。達到預先排除問題,減少產出瑕疵布品。以年產5,000萬碼中型織布廠為例,每年B級品約40萬碼,導入生產力4.0後,預計可以降低20萬碼。對於新的訂單,系統將會自動連結ERP取得訂單資訊,針對指定布種、紗種、織品結構,快速提供優化製程參數,縮短前置準備時間,提高生產彈性與品質。

此外,資策會也正積極開發織布廠製程參數分析工具及染整廠使用的「智慧模擬分析預測配方與染程系統」,作為後續智慧分析的平台工具。後續透過智慧聯網,建模與資訊分析,及回饋到產線引導織布產線控制與優化,串成一個完整的智慧織布製造系統。

計畫執行半年,已協助力鵬織布廠10台設備完成連線,預估2016年底前可以完成33台設備連網,之後更逐年擴大到全廠292多台機器;另外,2016年下半年,力鵬也將在染整廠導入智慧製造,加速整個集團邁向智慧製造。

力鵬企業協理陳漢卿表示,導入智慧製造,除了節省人力,更可透過智慧分析,精準掌握高品質產品的原料,進而提升原料端的採購的品質;並藉由產前規劃與即時產線監測,提高生產良率,進而產生更強大的競爭力,讓產業可以堅持根留臺灣的決心,並且有能力對抗中國大陸廠商的低價與山寨競爭。

紡織產業國際市場競爭激烈,藉由資策會、紡織所跨領域法人與廠商合作,導入「織造品質優化技術」不僅可維持台灣的競爭力,更可以彈性化生產的優勢爭取高單價優質訂單,讓企業根留臺灣。(經濟部廣告)

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6 異質網路整合技術與機器人設備標準 串連虛實系統.實現智慧生產

工研院
利用電腦進行生產流程模擬,達到擬真與可視化生產的智慧製造蔚為潮流,但是要達成此一目標,必須有一個連續且不中斷的數據管理中心,才能實現從虛擬仿真到真實智慧生產的「網實整合」。然而,由於國內傳統製造業多數機台設備皆未連網、3C產業就算有連網設備,但是因為各設備商採用的通訊標準不一,多數製造業者難以串連工廠的所有設備資訊,致使企業難以走向智慧製造。

利用電腦進行生產流程模擬,達到擬真與可視化生產的智慧製造蔚為潮流,但是要達成此一目標,必須有一個連續且不中斷的數據管理中心,才能實現從虛擬仿真到真實智慧生產的「網實整合」。然而,由於國內傳統製造業多數機台設備皆未連網、3C產業就算有連網設備,但是因為各設備商採用的通訊標準不一,多數製造業者難以串連工廠的所有設備資訊,致使企業難以走向智慧製造。

有鑑於此,經濟部技術處整合工研院、資策會等跨法人資源,推動「異質網路整合」與「機器人/設備介面標準及驗證標準」工作,期能透過異質網路整合與機器人設備的標準統一,使工廠舊有機台與設備可以連結多元網路,升級成為智慧機器設備,讓機器彼此之間可以相互溝通之外,機台生產過程中的所有資料,也都可以快速上傳到雲端平台進行分析,建構智慧製造的生產型態。

異質網路整合與標準技術 機台資料串連非難事
「透過異質網路整合,實現工廠產線機台設備連網,是台灣製造業邁向智慧製造的第一哩路。」負責推動「異質網路整合」計畫的資策會智慧網通系統研究所主任歐麗琴指出,現階段台灣多數工廠的設備機台雖然有安裝資料擷取模組,可以收集機台相關數據,但是因為機台設備型號不同,各自有專屬的控制器,難以將所有機台收集的資料,整合在一起,進而將資料上傳到雲端平台進行分析,因此不管是機台管理或是產線流程,都難以達到智慧化的要求。

掌握到臺灣製造業邁向智慧工廠的首要缺口,計畫團隊開發出「異質網路資訊匯集軟體技術」,使舊有設備可以具備連結網路的功能,並且提升產線連網品質與效率,讓機台資訊可以快速上傳到雲端,達到縮短製造時程與降低成本的效益,加速邁向智慧製造,目前此技術已經應用於PCB廠、紡織廠等製造領域。

具體而言,「異質網路資訊匯集軟體技術」上的「資料過濾與撿擇功能」,可以達到所謂的「霧運算」應用建置,即透過閘道器收集工廠各設備機台的資料,然後進行資料特徵擷取、資料調校、過濾等前置處理(pre-process),再將需雲端分析的資料送至雲端平台,如此一來,工作現場端的決策者,便可以針對突發狀況警報通知及即時處理。又或者,「異質網路資訊匯集軟體技術」的「機台參數擷取程式設定工具」,可提供廠商參照機器人與設備參數說明文件,依照自身需求定義所需的資料格式、名稱、範圍,並產生執行程式的設定檔,如此一來,可以降低客製化的難度,提昇廠商自我開發能力,同時提高產線現場生產效率。

機器人/設備介面標準 機電軟硬高度整合
在「機器人/設備介面標準及驗證標準」工作中,主要解決解決產線機器人與機台設備標準不一的問題,協助業者消除跨設備整合的技術缺口,加速我國製造業者加速建造智慧產線。

負責推動計畫的工研院機械所組長郭子鑫指出,目前此計畫先鎖定機器人、PCB與工具機3大產業,進行先導示範推動。在機器人領域,計畫團隊已經完成「現有國內外機器人安全與精度標準匯整分析」,並已完成第一版拋光研磨機器人產業標準草案;在工具機領域,已經與產業界研發出一套智慧化機電軟體整合技術(VMX), 可以快速展現智慧製造知識能力的人機操作模式與軟體介面,達成機電軟體的高度整合效果。

效益顯著 機台連網效率提升30%
透過異質網路整合相關技術開發,以及機器設備介面的標準制定,已使台灣製造業可加速建立智慧製造流程,讓更多工廠內的機器與機器可以互相溝通,自動將產線參數調整到最佳狀況,智慧雲端分析系統更可以無時無刻對產線進行監控與管理、掌握機台健康狀況,避免產線中斷的問題,達到精簡人力並大幅提高生產效率等多重效益。

歐麗琴主任指出,目前計畫團隊已建立「工業用共通化產線資料建模技術」與「多元網路資訊匯集技術」,可使製造業工廠設備的連網應用開發速度,效率提升30%,大幅降低廠商對設備的依存度;另外,透過建立近端資訊分析技術,可協助工廠針對突發狀況進行預警通知並即時處理,大幅提升機械故障預測及診斷的精確度與效率。更值得一提的是,目前計畫團隊也積極與PCB產業界,共同推動PCB產線設備的網路通訊標準,未來PCB廠預計以目前晶圓廠所採用的通訊標準「SECS/GEM」,作為網路通訊介面的共通標準,加速PCB產業的智慧製造進程。

總而言之,製造業正面臨訂單複雜度增加、交期縮短、產業競爭激烈的各項挑戰,產線上的機器人及設備,是否能維持正常運作,對於廠商競爭力有非常大的影響,因此,台灣需加速建置網路通訊與機器設備的統一標準,如此一來,往前製造業者才知道應該在設備上使用甚麼樣的感測器;往後才能將資料上傳到雲端,進而建立智慧分析平台,加速邁向智慧製造之路,建立台灣製造業迎向未來的新競爭力。(經濟部廣告)

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7 為工廠打造大腦 讓智慧無所不在-物聯網基磐與應用技術

工研院
「奇怪,工廠裡的所有機台與設備都裝了感測器,時時刻刻在進行資料蒐集,資料也不斷上傳到雲端平台,但怎麼無法像國際工業大廠那樣,實現智慧生產的理想」這是近兩年來,臺灣多數製造業者在導入智慧製造時,都會遭遇的難題。

「奇怪,工廠裡的所有機台與設備都裝了感測器,時時刻刻在進行資料蒐集,資料也不斷上傳到雲端平台,但怎麼無法像國際工業大廠那樣,實現智慧生產的理想」這是近兩年來,臺灣多數製造業者在導入智慧製造時,都會遭遇的難題。

其實,要解決這樣的問題並不難,企業在推動智慧製造的過程中,如果可以先建構「物聯網(Internet of Things, IoT)虛實整合應用開發平台」,不僅可以在感測器蒐集資料的一開始,先對龐雜的資料進行篩選、即時建立資料庫與資料報表,建立近端智慧化分析應用,如產線設備參數不正確,近端系統平台可以馬上得知,然後送出指令直接修改產線設備。

另外,企業也可利用上傳到雲端平台的龐大資訊,建立資料的可視化呈現方式,以及透過大數據分析,以虛實整合優化製程,如此一來,廠商可以預測設備機台何時需要維修,降低機台在生產中突然壞掉的機率;也可透過智慧分析與遠端監控,縮短製程時間等,順利邁向生產力4.0的智慧製造之路。

工研院IoT PaaS平台 助製造業快速開發雲端應用服務
「很多企業以為導入智慧製造,只要投入足夠的資金,把設備裝上感測器,把產線所有資料都蒐集起來全部放到資料庫,就可以對其進行分析,擁有智慧決策能力。」工研院資通所資料中心架構與雲端應用軟體組副組長陳玉倫指出,事情當然沒有這麼簡單,企業推動智慧製造,必須從生產製造的每一個環節,確切掌握要建立智慧分析的流程,然後再回過頭來,讓感測器蒐集到對的資料,以及制定最好的資料儲存規則,讓推動智慧製造的步伐走得順暢,而這一切,都得仰賴一個真正具備即時大量蒐集彙整運算資訊和具分析能力的「IoT虛實整合應用開發平台」。

然而,臺灣製造業產業規模多半偏小,在資源有限的情況下,不易聘請優秀資訊系統人才,因此通常無法自行開發智慧製造所需的「IoT虛實整合應用開發平台」,而且就算是有能力開發的大型製造商,也經常因為方法不對,開發出來的平台仍有整合度差、可擴充性不高的問題,無法順利邁向智慧製造。

有鑑於開發「IoT虛實整合應用開發平台」是國內製造業邁向智慧製造的最大技術缺口,在經濟部技術處的支持之下,工研院資通所開發出「物聯網雲端應用開發平台」(IoT PaaS),做為台灣工業邁向生產力4.0的關鍵技術,陳玉倫指出,IoT PaaS模組化、標準化的軟體系統設計,可降低製造業開發「IoT虛實整合應用開發平台」的門檻,加速製造業者跨越邁向智慧製造。

具體而言,IoT PaaS主要依據多個製造領域建置雲端平台的共通之處,開發出「IP化的感測資料收集」、「感測資料分析與傳輸」、「異常警報與分析報告」、「感測資料索引與搜尋」等模組,讓製造業在開發自有雲端應用服務時,可以依照本身的需求選用,協助製造業快速且有效率的開發符合自己的雲端應用服務,順利邁向智慧製造。

例如,透過工研院IoT PaaS平台的高效能資料庫儲存系統、自動化測試機制,可以解決目前產業機台感測與分析平台無法共通傳輸連結的問題;同時,支援大數據運算分析的IoT PaaS,也可以解決前端資料收集缺乏分析能力的狀況;此外,透過IoT PaaS支援報表自動產生的機制,可以建立製造業可視化生產模式。

多個製造領域示範場域 已展現成果
在成功發展IoT PaaS之後,IoT PaaS計畫團隊已於印刷電路板(PCB)、工具機等產業進行小規模示範驗證,陳玉倫副組長說,過去PCB產業因為缺乏對資訊的正確蒐集、篩選與智慧儲存機制,因此在建置智慧製造的過程中,遭遇資料沒有分類、無法即時智慧分析的瓶頸,之後透過計畫團隊協助廠商建置雲端分散式儲存分析平台,使廠商工程師大幅縮短取得資訊的時間,廠商的智慧化分析速度,也從過去需時10小時,大幅縮短50%以上,逐漸達到可快速發現問題、反應客戶需求的智慧化生產。

針對工具機產業的設備智慧化,計畫團隊正逐步進行對工具機機台加工資料的擷取與智慧化分析,並且建立加工預測模型,未來可協助產業清楚掌握設備機台狀況,避免機台損毀造成產線中斷。舉例來說,藉由工研院IoT PaaS,工具機產業可以快速開發出以機器學習為導向的「虛擬檢測」應用,如此一來,機台設備在進行加工時,業者可線上即時監控生產狀況,並且推估加工品質,協助作業人員全面掌控產品良率。

從分析需求著手 建立正確的智慧製造流程架構
從多個示範場域的導入驗證過程中,計畫團隊發現,整個智慧製造架構包含資料擷取、收集、傳輸、分析等環節,過去許多製造業在導入智慧化時,都從資料擷取端開始思考整個智慧分析平台架構,因此往往會出現前端資訊擷取過多,導致後端資料分析困難的問題。因此陳玉倫副組長建議,未來業者在導入智慧分析平台時,要從一開始就清楚自己要建立甚麼樣的分析應用,然後依照需求建構整個智慧製造系統,如此才能避免建了分析平台,卻沒有智慧化分析能力的窘境。

綜觀來看,建立智慧製造生產流程,是一條長遠的路,製造業必須採用對的方法與流程,從智慧分析需求回推資料擷取方式、資料上傳與儲存機制,才能達到事半功倍之效,加速邁向智慧製造的康莊大道。(經濟部廣告)

每日精選科技圈重要消息

8 當感測器有了智慧!工廠才能大步跨向智慧製造

工研院
智慧感測科技無所不在。人們日常用來代步的汽車,透過智慧感測,可以實現防撞、胎壓偵測、溫度與濕度控制等;穿戴在身上的手錶、衣服或鞋子,因為有了感測器,可以量測體溫、步伐數、心跳等,讓人們輕鬆享受智慧健康生活;在工廠中,也同樣可以利用各種智慧感測器,使工廠設備與產線生產流程更具智慧化。

智慧感測科技無所不在。人們日常用來代步的汽車,透過智慧感測,可以實現防撞、胎壓偵測、溫度與濕度控制等;穿戴在身上的手錶、衣服或鞋子,因為有了感測器,可以量測體溫、步伐數、心跳等,讓人們輕鬆享受智慧健康生活;在工廠中,也同樣可以利用各種智慧感測器,使工廠設備與產線生產流程更具智慧化。

在工具機或機器手臂上,內嵌可偵測馬達負載、轉速、聲紋、震動、電流的各式感測器,可以讓機器設備具備智慧蒐集資訊的功能;在螺絲生產的成形製程中加入感測技術,可以掌握螺絲成形時的受力變化,找出瑕疵品。

林林總總的智慧感測工廠情境,可以看出一國發展工業用智慧感測技術,牽動著台灣推進智慧製造工業的進程。有鑑於此,在經濟部技術處的支持之下,工研院智慧微系統科技中心與電光系統所推動「智慧感測系統整合應用」相關規劃,期能協助臺灣的設備商發展具備智慧感測器的設備機台;以及促成製造業者在產線上導入智慧感測器,加速走向智慧製造;同時也協助感測器開發商,加速投入發展工業用智慧感測器產品,達到智慧感測器國產化的目標。

上銀科技滾珠螺桿自主化智慧感測器驗證 成果顯著

負責計畫推動的工研院智慧微系統科技中心組長范玉玟指出,工業用智慧感測器涵蓋層面甚廣,因此工研院推動計畫時,先鎖定3個方向進行努力:第一,促使工廠設備機台在進行加工時,可以提升加工效能與精準度、可靠度;第二,協助組裝業者導入具備智慧感測器的機器人,提高生產效率與組裝精度,第三,透過3D影像視覺技術,為產線的檢測製程區段,實現快速、精準檢測的目標。

鎖定應用目標之後,計畫團隊再針對國內具備競爭力且擁有龐大產值的4大產業,包括電子資訊、金屬運具、紡織、精密機械等,進行相關應用的導入,並且找出各領域生產流程中都會使用到的感測技術,包括扭力感測、視覺影像感測、振動感測、溫度感測、電流感測等,進行先導示範計畫。

目前,計畫團隊開發出的非接觸式溫度監控模組,已經在上銀科技的滾珠螺桿上進行驗證示範,並且已經展現具體成果。范玉玟組長指出,滾珠螺桿在生產過程中,會因為反復運轉不斷生成熱源,而且滾珠螺桿的螺帽座與軸承座偏離會導致異常磨耗,使鋼珠破裂、滑動或潤滑不足而異常發熱,對鋼珠造成氧化或脫碳的現象,導致鋼珠壽命縮短,或者影響生產產品的品質。

因此計畫團隊透過溫度感測技術,時時刻刻監控滾珠螺桿轉速與溫度,並且透過軟體系統將資料數位化輸出,智慧異常分析與可視化資訊讓作業人員清楚掌握機台的溫度與轉速,防止生產過程中發生熱度異常,造成滾珠螺桿移動的定位失準,進而影響產品生產品質。

目前,工研院溫度感測技術針對上銀滾珠螺桿的驗證,已經可以做到溫度監控精確度達到正負1度的效益,未來此應用可以擴散應到其他領域,如工具機車床加工機台的溫度監控,讓產線人員可以即時調整切割參數及加工程序,延長刀具壽命並且避免異常故障。

「智慧感測器介面平台」 加速智慧感測器國產化
當然,要讓國內更多設備製造商,可以把智慧感測器整合到產品上,有賴於國內微機電業者與感測器製造商,加速發展國產自主化智慧感測器。然而,由於國內感測器製造商對於各領域製造業的領域知識不熟悉,要跨入工業用智慧感測器開發較為困難,因此仍將重心放在消費性電子產品用的智慧感測器開發上,因此對工業用智慧感測器的投入較少。

為協助臺灣更多感測器製造商轉進工業用智慧感測器領域,工研院電光系統所投入資源開發「智慧感測器介面平台」技術,此技術可以將感測器信號標準化,並直接將標準化後的訊號連接到通用類比數位轉換器上,完成後續信號處理與分析,並且使感測器收集到的資訊,以可視化的數位訊號揭露資訊。

工研院電光系統所副組長許世玄指出,「智慧感測器介面平台」適用於溫度、扭力、振動與電流等不同類型的感測器,未來感測器開發商可以利用此平台技術,減少感測器讀取電路開發時間,縮短感測器從開發階段至量產時程。可有效降低開發成本,在應用上也可提升不同感測器整合的彈性,對於工業用智慧感測器的國產化,可以帶來幫助。

毫無疑問,工廠導入具備智慧感測的機台設備,才能在生產的每一個環節,聰明的進行資料收集與分析,可見智慧感測是臺灣工業朝智慧製造的開端。因此國內感測器製造商必須加入發展國產自主化智慧感測器,機器設備商才能用較低的成本開發內建智慧感測器的設備機台,各領域製造業也才能用低成本,取得具備客製化的智慧感測資料收集與分析服務,環環相扣往前推進,加速臺灣工業迎向智慧製造,提升製造業競爭力。(經濟部廣告)

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