智慧製造與智慧機(jī)械雙引擎合力，加速企業(yè)數(shù)位轉(zhuǎn)型

文：曹永誠(Frank) 2021-04-12

智慧製造 智慧機(jī)械 數(shù)位轉(zhuǎn)型 IT+OT

製造業(yè)已面臨到非轉(zhuǎn)型不可的關(guān)鍵時(shí)刻，本文將介紹製造業(yè)工廠如何從數(shù)位化走向數(shù)位優(yōu)化、邁向數(shù)位轉(zhuǎn)型的具體步驟。並說明如何滿足機(jī)臺(tái)設(shè)備智慧化的三大訴求─對(duì)的生產(chǎn)、好的生產(chǎn)、盡可能不停機(jī)，讓製造業(yè)工廠內(nèi)的機(jī)臺(tái)設(shè)備，從此不再『那麼笨了』。

近來最夯的話題不外乎數(shù)位轉(zhuǎn)型，製造業(yè)確實(shí)已面臨到非轉(zhuǎn)型不可的關(guān)鍵時(shí)刻。本文將針對(duì)製造業(yè)工廠如何邁向數(shù)位轉(zhuǎn)型之路稍做分享。

從數(shù)位化走向數(shù)位優(yōu)化，朝向數(shù)位轉(zhuǎn)型

依據(jù)FIR e. V. at RWTH Aachen University, 2017，企業(yè)要數(shù)位轉(zhuǎn)型有一定的步驟，如圖一所示。首先是數(shù)位化(Digitalization)，包括電腦化(Computerization)與聯(lián)網(wǎng)化(Connectivity)，才能開啟數(shù)位轉(zhuǎn)型的大門。對(duì)於製造業(yè)現(xiàn)場來說，就是安裝感測(cè)器並將類比訊號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)位訊號(hào)、工單/製令電子化，然後通過工業(yè)互聯(lián)把數(shù)據(jù)串接、儲(chǔ)存與應(yīng)用。有了數(shù)位化之後，接下來才能進(jìn)行數(shù)位優(yōu)化，透過數(shù)位化的數(shù)據(jù)來優(yōu)化製造現(xiàn)場的產(chǎn)能、交期、成本、品質(zhì)等。

圖一、『數(shù)位化』走向『數(shù)位優(yōu)化』朝向『數(shù)位轉(zhuǎn)型』

數(shù)位優(yōu)化分成四個(gè)階段，如圖一所示。這也是工業(yè)4.0的主體。

第一階段是可視化(Visibility)， 讓你知道發(fā)生了什麼事，協(xié)助做出正確的決策；或是幫助你發(fā)現(xiàn)以往無法看出的問題，畢竟要讓工廠持續(xù)優(yōu)化，就是得持續(xù)的解決問題。但要解決問題，首先就得發(fā)現(xiàn)問題，尤其是早期病灶，或是習(xí)慣後難以察覺的問題，而真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)就是最好的『照妖鏡』。

第二階段的透通化(Transparency)，則是告訴你為什麼發(fā)生問題，讓處理時(shí)可以直切到根本原因(Root Cause)，徹底根治問題。坊間很多媒體把這階段翻譯成透明化，但這容易與可視化混淆，而且也無法充分表達(dá)出透過數(shù)據(jù)累積後，以歷史數(shù)據(jù)對(duì)問題的來龍去脈進(jìn)行『現(xiàn)場重建』的關(guān)鍵重點(diǎn)。

第三階段的預(yù)測(cè)化(Predictive Capacity)，進(jìn)一步預(yù)告什麼事將發(fā)生。這可以避免像傳統(tǒng)工廠一樣，總是遇到突發(fā)事件，不停地『救火』。預(yù)測(cè)化能力讓工廠可以從容應(yīng)對(duì)。因?yàn)榛艁y的『到處救火』，自然不可能都能找到最佳化方案來應(yīng)對(duì)，往往就急處理，這之間就會(huì)有很大的浪費(fèi)發(fā)生，而浪費(fèi)就是工廠競爭力降低的根源°

最後階段的自適應(yīng)(Adaptability)，就是如何達(dá)成自動(dòng)回應(yīng)，提早且自動(dòng)優(yōu)化安排的能力。

透過這四階段數(shù)位優(yōu)化的製造業(yè)現(xiàn)場，企業(yè)對(duì)客戶的競爭優(yōu)勢(shì)，包括短交期或低成本就能達(dá)到°接下來企業(yè)才能善用這些優(yōu)勢(shì)進(jìn)行數(shù)位轉(zhuǎn)型。也就是說，數(shù)位轉(zhuǎn)型是善用數(shù)位優(yōu)化後搭配商業(yè)模式的改變，形成類似『量變而質(zhì)變』的進(jìn)階手法。例如：當(dāng)製造現(xiàn)場的機(jī)臺(tái)都能做到自適應(yīng)，達(dá)到預(yù)知保養(yǎng)的階段，自然會(huì)讓不預(yù)期停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)降低，讓交期更貼合理想交期，所以，承諾給客戶的交期天數(shù)就不需要再加上過多的安全係數(shù)。因此，公司就可以善用這項(xiàng)數(shù)位優(yōu)化後的短交期優(yōu)勢(shì)，數(shù)位轉(zhuǎn)型改變接單策略，例如專搶急單等。所以，持續(xù)以數(shù)位優(yōu)化強(qiáng)化製造現(xiàn)場，以奠基數(shù)位轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，可說是最重要也是最落地實(shí)施的途徑。

智慧製造管好途程、智慧機(jī)械管好每道工序

製造業(yè)現(xiàn)場要實(shí)施數(shù)位優(yōu)化，大致上分為二個(gè)層面：首先是由上而下管理好工單。大部分工廠是透過導(dǎo)入MES系統(tǒng)，針對(duì)生產(chǎn)途程(Routing)，從人機(jī)料法環(huán)五大環(huán)節(jié)，全面性進(jìn)行管理，讓工單的工序都能適切安排與管控，避免交期逾約造成違約罰款。

但這樣仍然有些侷限，畢竟把每一道工序當(dāng)成黑盒子來看，只蒐集機(jī)況與產(chǎn)量數(shù)據(jù)，管控上難免不夠周全。因?yàn)檫@等同於假設(shè)每一道工序都可以如期如質(zhì)完成，但實(shí)務(wù)上並非如此順暢。當(dāng)工序上的機(jī)臺(tái)設(shè)備發(fā)生不預(yù)期停機(jī)時(shí)，不但該工單會(huì)受到影響，有時(shí)還會(huì)牽一髮而動(dòng)全身，引發(fā)連鎖反應(yīng)而造成巨大浪費(fèi)。

此時(shí)，透過機(jī)聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)加值，讓傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備可以進(jìn)化成智慧機(jī)械；也就是透過數(shù)據(jù)來智慧化設(shè)備，提升設(shè)備的生產(chǎn)能力、降低不預(yù)期停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)等，確保每一道製程工序都可以如期如質(zhì)完工，就變得很重要了。換言之，透過由下而上的智慧機(jī)械，與由上而下的智慧製造，雙引擎上下合力，進(jìn)一步提升工廠的競爭力，如圖二所示。

圖二、智慧製造』與『智慧機(jī)械』雙引擎上下合力

智慧機(jī)械的三大訴求

但什麼是智慧機(jī)械呢? 簡單的說，就是讓製造業(yè)工廠內(nèi)的機(jī)臺(tái)設(shè)備，不要再『那麼笨了』。

例如：機(jī)臺(tái)設(shè)備透過自身可以掌控的數(shù)據(jù)，可視化協(xié)作優(yōu)化作業(yè)；或當(dāng)機(jī)臺(tái)自身即將發(fā)生異常前，能提早預(yù)警。依照經(jīng)驗(yàn)歸納，機(jī)臺(tái)設(shè)備智慧化至少有三大訴求: 對(duì)的生產(chǎn)、好的生產(chǎn)、盡可能不停機(jī)，如圖三所示。

圖三、智慧機(jī)械的三大訴求

智慧機(jī)械得有原生分級(jí)控管設(shè)計(jì)

首先是『對(duì)的生產(chǎn)』，也就是對(duì)生產(chǎn)的管控，這是最基本的要求。但傳統(tǒng)設(shè)備商總認(rèn)為客戶最大，所以將運(yùn)作的全部控制權(quán)都交給客戶，讓客戶自行運(yùn)用。問題在於工廠客戶不是一個(gè)人，而是一群人。例如：決定如何運(yùn)作的是現(xiàn)場主管、決定運(yùn)作參數(shù)的是研發(fā)單位，但絕大多數(shù)時(shí)間中實(shí)際操作機(jī)器者，卻是現(xiàn)場作業(yè)人員，而作業(yè)人員的素質(zhì)卻常參差不齊，很難掌控。因此，若機(jī)臺(tái)控制器的軟體缺乏『原生』的分級(jí)與內(nèi)置管理機(jī)制，乍看之下，似乎是給製造業(yè)現(xiàn)場最大控制權(quán)與彈性，卻反而容易狀況百出。

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又例如：機(jī)臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)前的調(diào)機(jī)階段，安裝對(duì)的模具很重要。但僅憑外掛MES軟體與SOP制度管控，是無法100%確保，難免會(huì)百密一疏，無法面面俱到、全面圍堵。這是因?yàn)椴还芡鈷燔涹w如何強(qiáng)大，總比不上原生軟體來得周全。加上現(xiàn)場人員很懂『生命總會(huì)自尋出路』的道理，也難怪工廠內(nèi)狗皮倒灶，各種狀況會(huì)層出不窮。

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要想讓機(jī)臺(tái)設(shè)備也能達(dá)到數(shù)位優(yōu)化，將機(jī)臺(tái)設(shè)備真正進(jìn)化成智慧機(jī)械，就得改採設(shè)備原生智慧化。也就是說，製造業(yè)工廠得正視這個(gè)關(guān)鍵問題，並在採購規(guī)範(fàn)中明列；而機(jī)臺(tái)設(shè)備商也應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段，就把智慧化列入設(shè)計(jì)規(guī)格內(nèi)。這就好比產(chǎn)品的品質(zhì)不是靠檢驗(yàn)出來的，而是生產(chǎn)出來，甚至於是設(shè)計(jì)出來的一樣。智慧化也不是外掛出來的，而應(yīng)該是原生設(shè)計(jì)出來的。這些原生數(shù)位優(yōu)化的智慧機(jī)械，才能有效的與由上而下的智慧製造，上下合力，共同提升工廠競爭力。

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原生智慧機(jī)械得自覺地肩負(fù)起『對(duì)的生產(chǎn)』的責(zé)任，例如：採用孔位與光電感測(cè)器，確保『對(duì)的模具』做為最後一道防線。又例如：塑膠業(yè)工廠，製造業(yè)現(xiàn)場管理上需要把試產(chǎn)階段與量產(chǎn)階段分開，蒐集各階段各自的數(shù)據(jù)，做為管理與優(yōu)化使用。然而傳統(tǒng)機(jī)臺(tái)卻不是從這角度來設(shè)計(jì)，而是區(qū)分為手動(dòng)、半自動(dòng)與全自動(dòng)三種模式。確實(shí)這是機(jī)臺(tái)運(yùn)作的基礎(chǔ)，但卻與管理上所需切分的模式對(duì)不起來。因此，機(jī)臺(tái)設(shè)備商應(yīng)該二者兼?zhèn)?，除了機(jī)械動(dòng)作的手動(dòng)、半自動(dòng)與全自動(dòng)之外，應(yīng)該也得把試產(chǎn)、量產(chǎn)等管理模式，原生納入標(biāo)準(zhǔn)操作模式中 (當(dāng)然也可以關(guān)掉)。

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智慧機(jī)械得有原生主動(dòng)式異常偵測(cè)的智慧

除了生產(chǎn)控管的上下搭配之外，智慧機(jī)臺(tái)設(shè)備也應(yīng)具備數(shù)位優(yōu)化四階段的智慧化，比方說對(duì)機(jī)臺(tái)內(nèi)部所掌控的數(shù)據(jù)，具備原生主動(dòng)式異常偵測(cè)。例如：加熱器，當(dāng)加熱器損壞造成溫升明顯偏低異常時(shí)，智慧機(jī)械應(yīng)該內(nèi)置診斷機(jī)制，把這些機(jī)內(nèi)就可以掌控的溫度、加熱器電流或開關(guān)數(shù)據(jù)，直接診斷與早期預(yù)警，避免損壞後造成更大的損失。針對(duì)這部分，將於下集分享一些作法。

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下一篇，將介紹IT+OT深度融合創(chuàng)新應(yīng)用，落實(shí)企業(yè)數(shù)位轉(zhuǎn)型之路。

曹永誠

目前任職於鼎新電腦，深耕製造業(yè)自動(dòng)化與大數(shù)據(jù)領(lǐng)域逾25年，專精於先進(jìn)製程控制(APC)、智慧機(jī)臺(tái)控制系統(tǒng)、機(jī)器人自動(dòng)化、智慧能源管理等領(lǐng)域。實(shí)務(wù)輔導(dǎo)百餘家製造企業(yè)之智慧製造藍(lán)圖規(guī)畫與軟硬體整合應(yīng)用。

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