如何自動化？工廠自動化完整解決方案 | 鼎新電腦
文：吳欣珊
發(fā)布時間： 2022-10-12 11:31:00
在未來的智慧製造前提下，工廠自動化是往智慧工廠，甚至是智慧製造的重要途徑之一，但衡量產(chǎn)業(yè)特性，評估作業(yè)重點，清楚自家工廠設(shè)備與整體生產(chǎn)流程該如何調(diào)整執(zhí)行自動化，也是製造業(yè)在邁向智慧工廠前需要先了解的部分。
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工廠自動化是什麼？
工廠自動化，運用自動裝置或系統(tǒng)控制，管理生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過程，集結(jié)電腦、自動化、機器人等技術(shù)運用於工廠生產(chǎn)線作業(yè)，自動完成產(chǎn)品製造的全部，或部分加工過程的技術(shù)，在生產(chǎn)過程中降低人工操作的硬體與軟體系統(tǒng)。
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其自動化作業(yè)也分為連續(xù)生產(chǎn)自動化與斷續(xù)生產(chǎn)自動化，連續(xù)生產(chǎn)指整體過程自動化，處理對象與物件多為流體、粉體與傳輸類，屬控制技術(shù)發(fā)展較快的類型；斷續(xù)生產(chǎn)過程指不連續(xù)生產(chǎn)，例如機械加工類的物品加工、裝配、包裝、運送、儲藏等步驟進行機械作業(yè)自動化。
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工業(yè)4.0、智慧製造、工廠自動化的差異
在企業(yè)逐步轉(zhuǎn)型的過程中，工業(yè)4.0、智慧製造、工廠自動化等名詞常態(tài)被混淆，三者間有高度關(guān)聯(lián)，但製造業(yè)需要搭配數(shù)位化進程，逐步轉(zhuǎn)變思維，循序漸進才能達成其所描述的願景。以成長方向與階段來說，分別是工廠自動化→智慧製造→工業(yè)4.0。
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工廠自動化：工廠的生產(chǎn)作業(yè)流程自動化
不論是連續(xù)生產(chǎn)自動化、還是斷續(xù)生產(chǎn)自動化，其生產(chǎn)狀態(tài)已經(jīng)開始進入高度電腦程序自動化，由電腦執(zhí)行生產(chǎn)作業(yè)的同時精簡人力，輔助判斷生產(chǎn)流程或設(shè)備異常狀況，協(xié)助提升生產(chǎn)效率。
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延伸閱讀：自動化是什麼？製造業(yè)執(zhí)行自動化的5大關(guān)鍵
智慧製造：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智慧
在生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備與產(chǎn)線高度自動化的前提下，設(shè)備在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的IoT平臺內(nèi)，能端點到端點的互通資訊，藉由蒐集到的數(shù)據(jù)資料進行分析，人工智慧進行學(xué)習(xí)並判斷預(yù)測未來產(chǎn)能與運作，達到自行感知、自動決策、自動執(zhí)行等先進製造作業(yè)，關(guān)鍵製造的環(huán)節(jié)智能化，協(xié)助製造業(yè)在數(shù)位轉(zhuǎn)型後的最佳生產(chǎn)模式，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。
延伸閱讀：何謂智慧製造？實施工業(yè)4.0的4大關(guān)鍵
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工業(yè)4.0：大環(huán)境的高度智能化(串連物聯(lián)網(wǎng)、雲(yún)端運算、大數(shù)據(jù)分析、人工智慧)
工業(yè)4.0與智慧製造有高度重複相關(guān)，其不同點在於工業(yè)4.0以更高的層級與環(huán)境架構(gòu)作為主要理念，但智慧製造是工業(yè)4.0的主要核心。除了創(chuàng)造新的工業(yè)技術(shù)，更著重在現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)、銷售與產(chǎn)品體驗的整合，藉由智慧整合感控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)支撐，建構(gòu)出能分析巨量資料，生成滿足客製需求的解決方案或產(chǎn)品。
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經(jīng)由電腦預(yù)測技術(shù)，例如天氣預(yù)測、公共運輸、市場調(diào)查數(shù)據(jù)等，達到即時精準生產(chǎn)或調(diào)度現(xiàn)有資源，減少浪費，實行供應(yīng)端優(yōu)化，在這裡須注意的是，工業(yè)是智慧型世界的一個部分，要以”工業(yè)如何適應(yīng)智慧型網(wǎng)路下的未來生活＂作為理解根基。
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現(xiàn)今AI的蓬勃發(fā)展，為企業(yè)的智慧製造轉(zhuǎn)型注入了一股新能量，未來的企業(yè)發(fā)展局勢，AI也將融入產(chǎn)業(yè)界，發(fā)展出更多不同的使用場景，幫助企業(yè)挖掘更好的成效，並提升企業(yè)競爭實力，不管是大型製造業(yè)透過先進通訊技術(shù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)位孿生、人工智慧等技術(shù)打造由數(shù)據(jù)驅(qū)動、與AI一同協(xié)作的關(guān)燈工廠，中小型製造業(yè)也開始使用數(shù)位科技，打造智動化、智能化產(chǎn)線，進行預(yù)測性維修，優(yōu)化產(chǎn)能，讓人力聚焦在更有價值的工作，推動企業(yè)加速數(shù)位轉(zhuǎn)型的腳步。
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工廠自動化的開發(fā)種類
運用自動化的生產(chǎn)設(shè)備，進行一貫作業(yè)且有效率的執(zhí)行生產(chǎn)，稱為工廠自動化控制。但工廠自動化並非在每個製造產(chǎn)業(yè)類別皆能執(zhí)行，需評估產(chǎn)業(yè)類型，作業(yè)加工流程複雜度與生產(chǎn)時間長短，生產(chǎn)數(shù)量多寡，產(chǎn)業(yè)原料的形狀大小，皆會對工廠自動化規(guī)劃造成影響，下列產(chǎn)業(yè)是工廠自動化在開發(fā)中可執(zhí)行的產(chǎn)業(yè)類型。
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汽車工業(yè)
汽車主骨架藉由整條大型生產(chǎn)線進行分工裝配，將原料藉由各站點組裝不同零配件至整車，工廠自動化協(xié)助汽車流水線生產(chǎn)作業(yè)。
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紡織工業(yè)
紡織工業(yè)的自動化性能用於不同材質(zhì)加工如棉紡、絲綢加工、麻訪、毛紡等，以及織造方法如針織、機織、無紡等，過程中部分站點需要進行化學(xué)加工，自動化協(xié)助產(chǎn)出整捆布料。
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塑膠工業(yè)
塑膠產(chǎn)業(yè)在取得原料後，各站點執(zhí)行自動化上下料，藉由自動換模，經(jīng)過射出成型機器產(chǎn)出塑膠模型或製品。
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電子工業(yè)
產(chǎn)出物件以電子元器件、消費性電子產(chǎn)品為主，如廣播電視設(shè)備、通信設(shè)備、電視、計算機等，其生產(chǎn)型號與產(chǎn)線配置密切，工廠自動化可協(xié)助電子產(chǎn)品一致性生產(chǎn)。
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半導(dǎo)體業(yè)
半導(dǎo)體業(yè)主力用於晶片或晶圓加工，經(jīng)過研磨、曝光、顯影、蝕刻、切割、封裝等步驟執(zhí)行生產(chǎn)，為重視設(shè)備性能執(zhí)行產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)，工廠自動化協(xié)助串聯(lián)設(shè)備運作，並供應(yīng)產(chǎn)品於電子工業(yè)。
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電機工業(yè)
電機工業(yè)主要產(chǎn)出一定體積的電機設(shè)備，如不斷電設(shè)備、發(fā)電機、馬達、變壓器等，作業(yè)流程主力為組裝設(shè)備，與汽車工業(yè)雷同，為汽車工業(yè)縮小版生產(chǎn)作業(yè)。
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機械工業(yè)
機械工業(yè)產(chǎn)出分為小型零件及大型器械，但適用於工廠自動化的屬於機械零件部分，量體小但加工程序較多，工廠自動化可協(xié)助管控設(shè)備精準度，降低作業(yè)流程出錯機率。
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製藥工業(yè)
製藥產(chǎn)業(yè)攸關(guān)研發(fā)與生產(chǎn)製造，配方配比或小型醫(yī)療器械製造，其作業(yè)流程要求製藥配方設(shè)備精準度，生產(chǎn)製造過程的溫濕度控管，必要時須協(xié)助無塵室與實驗室作業(yè)，自動化可協(xié)助精準製藥量產(chǎn)。
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延伸閱讀：智能+製造，數(shù)位化管理的數(shù)智工廠
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工廠自動化的價值
工廠在執(zhí)行自動化之後，除了減少人力作業(yè)外，也能提升整體生產(chǎn)作業(yè)效率，以下三點是工廠在自動化之後的優(yōu)勢：
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提高生產(chǎn)效率
自動化技術(shù)可取代人類執(zhí)行複雜、危險、繁瑣且重複動作的勞動環(huán)境，藉由電腦設(shè)定的參數(shù)與電腦技術(shù)，以最低的勞動力執(zhí)行生產(chǎn)作業(yè)，降低人力因素干擾，提高整體生產(chǎn)效率。
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節(jié)省材料
電腦計算並執(zhí)行生產(chǎn)作業(yè)，其產(chǎn)能數(shù)量與生產(chǎn)時間也經(jīng)過電腦數(shù)據(jù)統(tǒng)整，並於固定時間內(nèi)產(chǎn)出需求數(shù)量，不多做產(chǎn)出，屏除浪費。
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產(chǎn)品一致性高，提升良率
自動化實行前，電腦進行參數(shù)數(shù)據(jù)設(shè)定進而實行自動化，生產(chǎn)流程穩(wěn)定，讓自動計算符合實際所需，達到實際所需的準確度與精度，提升產(chǎn)品良率。
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延伸閱讀：最大化節(jié)省人力及停等時間，機械手臂客製化整合方案
工廠自動化的趨勢變化
自動設(shè)備取代高危險、單一重複作業(yè)的高頻率生產(chǎn)行為，導(dǎo)入自動化設(shè)備協(xié)助解決人力不足、技術(shù)斷層並協(xié)助產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，但由於自動化為固定模式的概念，即便自動化是未來製造業(yè)產(chǎn)業(yè)趨勢，但並非每個產(chǎn)業(yè)都適合導(dǎo)入自動化產(chǎn)線製造。以下幾點是在導(dǎo)入產(chǎn)線自動化前需要準備的作業(yè)：
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標準化作業(yè)
自動化的前提是由計算、規(guī)劃並輸入電腦設(shè)定，資料參數(shù)導(dǎo)入設(shè)備自動執(zhí)行，控制重複作業(yè)，因此將每一步驟統(tǒng)一且自動化才能進行人為規(guī)劃與計算並進行設(shè)定，如果加工流程作業(yè)複雜，在設(shè)定參數(shù)容易出現(xiàn)錯誤，加深自動化作業(yè)難度。
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風(fēng)險性評估
生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的風(fēng)險也須進行評估，如加工鐵件產(chǎn)生的鐵屑、壓鑄成型在產(chǎn)品上形成的毛邊等，規(guī)劃商的技術(shù)與經(jīng)驗將會影響整體自動化產(chǎn)線評估後的作業(yè)效益，因此需要規(guī)劃自動化設(shè)備廠商與機械製造廠商聯(lián)合評估，避免生產(chǎn)狀況影響自動化運作。
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效能與投資成本評估
規(guī)劃商會以人力與作業(yè)時間做為依據(jù)，評估導(dǎo)入自動化後可節(jié)省的人力物力或產(chǎn)能的效益，因自動化設(shè)備成本較高，又因產(chǎn)線運作導(dǎo)入組數(shù)較多，如評估整體效益無法較原先人力作業(yè)高，則不建議導(dǎo)入，或需因時制宜進行半自動化產(chǎn)線的規(guī)劃。
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工廠自動化不限於生產(chǎn)、製造過程、設(shè)計自動化，還包含管理自動化，因應(yīng)管理遙控技術(shù)發(fā)展，工廠自動化技術(shù)現(xiàn)今朝向具有局部網(wǎng)路的通訊功能發(fā)展，在設(shè)備也高度自動化作業(yè)情況下，也開始逐步邁向無人工廠趨勢。
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工廠自動化轉(zhuǎn)成智慧製造的優(yōu)勢
將原先作業(yè)流程數(shù)位化，藉由企業(yè)管理平臺ERP系統(tǒng)串聯(lián)，整合企業(yè)內(nèi)部資源流程建立資訊透明且正確的平臺，讓資訊於各層級通透，建立數(shù)據(jù)應(yīng)用模式。平臺架構(gòu)完，再結(jié)合IT+OT物聯(lián)網(wǎng)、感測器、大數(shù)據(jù)運算技術(shù)，讓機器與設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)、產(chǎn)生互相連結(jié)溝通、提升至自判斷與自感知，讓整體生產(chǎn)作業(yè)流程維持完全自循環(huán)，工廠自動化是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型成智慧製造的第一步，現(xiàn)有許多製造業(yè)已逐步走向工廠自動化，未來轉(zhuǎn)型智慧製造也是必須作為。
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系統(tǒng)管理落實現(xiàn)場管理
當所有動作都可數(shù)據(jù)化，從供應(yīng)鏈、採購、物料、生產(chǎn)、倉儲、發(fā)貨、售後的智慧物流，到生產(chǎn)現(xiàn)場自動化的彈性排程，整合設(shè)備與治具管理等，經(jīng)由蒐集數(shù)據(jù)統(tǒng)整，排除現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)障礙，解決問題，加強轉(zhuǎn)型智慧製造的數(shù)字化營運底基。
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生產(chǎn)效率管控
整體生產(chǎn)作業(yè)體質(zhì)調(diào)整滿足企業(yè)在製品管理、品質(zhì)控管、設(shè)備整合與管理、問題追溯分析、生產(chǎn)現(xiàn)場即時數(shù)據(jù)採集等需求，協(xié)助現(xiàn)場運作透明化，調(diào)整運用現(xiàn)有企業(yè)資源，掌握工廠實作績效，提升工廠作業(yè)彈性應(yīng)變。
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數(shù)據(jù)支援關(guān)鍵決策
以數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)創(chuàng)新，隨著數(shù)位化進程(數(shù)位化→數(shù)位優(yōu)化→數(shù)位轉(zhuǎn)型)發(fā)展，依據(jù)實際工業(yè)數(shù)據(jù)，傳承老師傅經(jīng)驗、還原分析整體製造過程，引領(lǐng)生產(chǎn)智能化變革，打造工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動企業(yè)數(shù)字化營運觀念轉(zhuǎn)變，並以數(shù)據(jù)支援決策。
在AI不斷進化的情況下，工廠自動化轉(zhuǎn)型成智慧製造的路途也不再遙遠，數(shù)位轉(zhuǎn)型的路途也不再窒礙難行，從分析決策型AI發(fā)展成內(nèi)容產(chǎn)生型AI，只要有合理且完整的平臺架構(gòu)讓AI在內(nèi)運算，AI就能及時換算數(shù)據(jù)，推動工廠內(nèi)各人機協(xié)同的場景運用。未來從現(xiàn)場利用數(shù)據(jù)觀測的警示、與人協(xié)作的工作夥伴、運用數(shù)據(jù)運算的決策支援等，打造出未來由數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)向數(shù)智驅(qū)動的新企業(yè)運營模式，除了逐步邁向智慧製造外，更要打造出智慧工作，樂在生活的環(huán)境，為未來的企業(yè)工作場景帶來嶄新轉(zhuǎn)型。
資料免費下載：未來企業(yè)轉(zhuǎn)型新趨勢《數(shù)智驅(qū)動》白皮書
工廠自動化管理的成功案例
管件製程設(shè)備大廠旭東機械成立超過四十年，生產(chǎn)設(shè)備與自行車代工，從傳統(tǒng)模具製作與自行車設(shè)備開發(fā)起家，自行車已有全廠的生產(chǎn)線。對管理的要求以及少量多樣客製化的複雜，導(dǎo)致工廠狀態(tài)無法跟上，也開啟了轉(zhuǎn)型之路。
在開啟自動化管理的轉(zhuǎn)型前，旭東在工廠端遇到下列作業(yè)問題，導(dǎo)致無法應(yīng)對需求隨時變動的困境：
1.資訊不透明影響決策
情報蒐集處理不即時，對應(yīng)決策也無法立即處置，助理每天下班收集當天生產(chǎn)日報，人工處理核對數(shù)據(jù)耗時，輸入延遲達8天之多，也相對影響後續(xù)決策。
2.生產(chǎn)週期長且稼動不佳
機械零件由於皆為大批量生產(chǎn)，佔線以外也導(dǎo)致批次移轉(zhuǎn)速度慢，拉長生產(chǎn)週期；且因工廠為傳統(tǒng)機臺，人員不能離機，由該站點的作業(yè)人員進行上下料與搬移，生產(chǎn)工時發(fā)揮不佳，影響稼動，導(dǎo)致生產(chǎn)效率不良。
3.重複動作且交期不準確
過往總需要IE去現(xiàn)場手工測算、手工記錄等低效方式，研發(fā) 80%的工作是重複而無價值；生產(chǎn)排程只依訂單交期安排，憑經(jīng)驗大約預(yù)抓天數(shù)，也導(dǎo)致交期不準確，時常變動。
工廠要進行自動化，需要逐步漸進，在導(dǎo)入設(shè)備聯(lián)網(wǎng)等系統(tǒng)順行後，有了以下改善：
1.現(xiàn)場透明化
用手機與平板隨時掌握機臺生產(chǎn)狀況，生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)狀態(tài)的即時監(jiān)控，掌握生產(chǎn)現(xiàn)場詳細狀況，即時處理異常；透過派工狀況表、實績達成表清楚掌握影響派工資訊 : 包括每個訂單交期、訂單進程、現(xiàn)場前一天計畫完成量、設(shè)備工作負載等，做好「生產(chǎn)派工計畫」，提升整體生產(chǎn)效率。
2.小批量移轉(zhuǎn)機制
透過小批量移轉(zhuǎn)達到快速流轉(zhuǎn)，降低件與件間等待時間，各個生產(chǎn)工序傳遞沒有停留，讓批件之間等待時間大幅縮短；新配置專責(zé)備料人員進行各站點間物料移動，依生產(chǎn)任務(wù)進行料與模具準備、上下料等，降低生產(chǎn)成本、創(chuàng)造更高附加價值。
3.系統(tǒng)自動紀錄上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)
設(shè)備連網(wǎng)自動報工、刷碼報工，大幅節(jié)省整理資料時間，掌握更即時、完整、確實資訊，提升現(xiàn)場效率，預(yù)估工廠負荷產(chǎn)量、制定生產(chǎn)計劃的基礎(chǔ)、增減機器設(shè)備的依據(jù)，讓排產(chǎn)、派工更有效率。
現(xiàn)場透明化管理，已有許多成效顯現(xiàn)。包含縮短生產(chǎn)週期天數(shù)從30 天降為15天，降低人工資料處理時間50％，掌握設(shè)備產(chǎn)能負荷，提高派工效度。因應(yīng)旭東多元化經(jīng)營。
邁向第二階段的排產(chǎn)自動化，讓製造資源管理細緻化，清楚掌握產(chǎn)能，派工從 3 天降為2 天；掌握設(shè)備產(chǎn)能，透過改機、模具優(yōu)化等，稼動率從46% 提升到 61%，支持人均產(chǎn)量增加 33 %，讓旭東藉由IT+OT，聯(lián)手實現(xiàn)自動化邁向智能化的路徑。
延伸閱讀：旭東機械實現(xiàn)生產(chǎn)週期縮短50％ 加速敏捷決策
延伸閱讀：旭東機械打造數(shù)據(jù)戰(zhàn)鬥群，減少停等浪費增加應(yīng)變力
結(jié)論
在工業(yè)4.0架構(gòu)下，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)計算將成為未來工業(yè)的發(fā)展主力，要達成智慧製造的願景前，工廠自動化是未來製造業(yè)的必要作為，根據(jù)產(chǎn)業(yè)特性，如何進行工廠自動化並提升製造現(xiàn)場效益，增加企業(yè)在未來的的競爭籌碼，是邁向工業(yè)4.0之前的重要關(guān)鍵。
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延伸閱讀：智慧工廠是什麼？核心架構(gòu)、目標、技術(shù)完整介紹
延伸閱讀：智能+製造，數(shù)位化管理的數(shù)智工廠
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