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探究CPS与云端联网在智慧製造之运用

时间:2020-05-13 16:51来源:未知 作者:admin 点击:
2013年4月德国在汉诺威工业博览会中提出了「工业4.0」(Industry 4.0)的概念,範围涵盖物联网、云端及大数据等,可预期将大幅改变传统生产製造价值及商业模式,将掀起历史上的第四次工

  2013年4月德国在汉诺威工业博览会中提出了「工业4.0」(Industry 4.0)的概念,範围涵盖物联网、云端及大数据等,可预期将大幅改变传统生产製造价值及商业模式,将掀起历史上的第四次工业革命。要把工厂智慧化,也就是透过全自动化的生产线,把人力成本降到最低,并且提高产品的生产率。

  [1]根据日经科技-商业周刊德国西门子工业解决方案集团高级技术与标準部门副总裁Dieter Wegener表示:「工业4.0德国政府推进之『高科技战略』(High-Tech Strategy),是为了让德国在解决世界面临之诸多课题时拥有主导权」。[2]工业 4.0是以机器人、物联网、自动化产线为此概念的基础,所发展出来新一代的生产製造理念。因此,要发展工业4.0,首先也要完善一个国家的装备製造业,或是将装备製造业智能化。若将工业4.0当成一个产业愿景,在这个愿景下,要同时具足备核心製造业、装备製造业与资通讯产业与互联网。本文如拟以CPS网宇实体系统整合及精益管理与云端联网整合等,探究二项主题:

一、CPS网宇实体系统在智慧製造之运用
  德国工业4.0所强调的「人机协同」,亦即在智慧生产製程中,人扮演的角色不再是「操作者」,而是企业流程的「管理者」。其中运用的重点为网宇实体系统(Cyber-Physical Systems,CPS)的导入,CPS是一个结合电脑运算领域以及感测器和制动器装置之整合控制系统,通过传感网紧密连接现实工厂,让在生产製造过程中与有关的所有资料整合。同时也可通过感测器採集并进行分析,形成可自律操作之智慧生产系统。如下说明在联网的基础架构下进行动态实体即时「监」与「控」之内容:

  1.现场製程参数监控(Real-Time)
  现场製程监与控是指从产品生产过程中,控管製程机器设备的製程参数,掌握製程动态即时的资讯。最重要的是获得现场的即时参数,能够即时给予设备的自行调整(自省),以确保製程中的品质、交货、库存、效率等。

  2.设备保全管控
  MES系统纪录各机台已使用时数、保养计画和维修资料,可以即时比对实际使用纪录,作为保养计画即时提醒的功能。

  3.生产在製品管控
  管控与追蹤订单到产品完成过程的工件,由备料到上生产线生产至成品缴库,可以掌握製程品的工作站进度、在製品数量、转移数量、预估进度及完工时间,皆可做即时动态追蹤。

  4.製程生产绩效监控
  可监控生产绩效、品质绩效、稼动率、除外工时及任何异常工时,可即时分析产线製程资料,提供生产异常即时异常排除。而且也可提供定期统计分析资讯。

  结论CPS网宇实体系统在智慧製造之运用,让实体设备在远程协同与自主反应运作,使机器与机器(M2M)间可进行独立交换讯息、触发行动与相互控制,达到机器设备的自我调整与自主反应,让企业生产能够有效降低成本或节能。掌握现场即时动态进度(Real-Time),在跨厂、跨国可执行远端的即时实体监测与控制。目的是以Real-Time即时事件回应,来推动工厂做到机器设备能相互沟通、即时调整,事件立即回应、问题立即改善,协助企业能够将生产管理与设备整合来提升生产力。另外;以生产绩效管理角度,CPS运用在生产资讯即时系统,是将生产现场的资讯以最快速汇入ERP系统内,即时资料与归纳后资讯也以互动式网页跨距离快速传输至操作者及任何主管,达到整合、快速、开放的e化效益。

二、精益管理与云端联网整合
  [3]International Journal of Productivity  Management  and  Assessment  Technologies中,发表论述关于企业目前仍无法达成工业4.0目标的原因,诸如5S认识不足、整流化不足、合理化不足、物流及资讯规划不足,导致在製程中无法塑造稳定化系统,製程弹性不足导致精益生产与管理能力不良等问题,终究无法达成工业4.0之目标。另外,[4]Germany national academy of science and engineering(Apr,2013)亦论述,欲发展精益管理策略与关键领域,可凭藉精益管理之策略思维,即以标準化为核心,流程精益、机制精益、营运精益、组织精益、学习精益、设施精益之六大策略,在製程中塑造稳定化系统、短交期、减少变动、快速反应能力、製程弹性能力、少量多样、少人化八大关键领域为发展精益管理整合系统架构。本文提供系统架构重点说明如下:
  1.透过云端巨量资料(Big Data)及企业管理资料库,结合商业智慧(Business Intelligence, BI)来萃取经营决策及目标管理之最佳参考资讯。

  2.透过精益管理,让企业制度化及流程合理化来强化企业体质,透过现场改善及塑造製程稳定化系统来提升製造优势、并配合企业策略之发展来蓄积人力资本,进而提高企业竞争力。

  3.整合资讯化系统(如ERP、PLM、CIM、SCM、EC、B2B/B2C…),以神经系统概念串联分散的「孤岛应用系统」,进行资讯上的串联与平台建置,进而发挥系统间的总合效能。对企业内部而言,则以企业资源规划(ERP) 、产品生命週期管理系统(PLM) 、企业资源规划(ERP)、知识管理(KM) 等系统为主;联外合作伙伴间讯息交换,可建构在供应链管理(SCM)、电子商务(EC)、 B2C / B2B等系统上,让顾客、企业、工厂、供应商转变成为可以面对动态的订单、缩短前置时间。尤其如何将原有的资源进行最好的配置,进而产生最佳的效益,这便是未来企业的致胜关键。

四、结语
  在生产力4.0的变革时代,可预期企业从生产、经营、管理模式的全面变革。笔者提出生产力4.0的成功方程式,在製造4.0环境设施下也必须配合工业4.0管理制度、工业4.0人力资源作紧密链结,才能发挥提升经营效能。另外;如果再加入产品、服务、行销差异化的创意思维,则可促使企业经营「价值提升」。因为环境设施花钱即可买得到,管理制度的变革则需有赖于精益管理的导入与人力资源发展,都必须培训才能蓄积人财资本。所以唯有4.0环境设施加上工业4.0管理制度、工业4.0人力资源作紧密链结再加上创意,企业才能迈向高值化、卓越创新之高峰,加速落实生产力4.0的长程目标。

参考文献
[1]日经科技-商业周刊

[2]国众电脑第四十五期 工业4.0与物联网
[3] Pao-Cheng Chang, Hsi-Chin Lin(2015),”The KPIs of Productivity Growth for Enterprises of Different Value Creation Types: A Conceptual Framework and Proposition Development ”, International Journal of Productivity  Management  and  Assessment  Technologies , Vol 3,pp.46-56.
[4] Germany national academy of science and engineering(Apr,2013), “Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0”


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