未来一直来,新时代製造业全面进化:工业4.0

发布日期: 2020-07-16 21:44:16 阅读量:808

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未来一直来,新时代製造业全面进化:工业4.0

回顾人类的历史,我们将不难发现18 世纪是一个显着的分水岭,无论在政治、经济、军事乃至日常生活习惯,在18 世纪以后都有与过往截然不同的发展,为什幺会产生这样的剧烈变化呢?答案应该不难猜想,就是大家都熟知的「工业革命」。

工业革命的发生,让人类从农业时代迈入工业时代,让社会阶级可以更频繁地流动,进而于科技、人文方面,都往前迈进了一大步,塑造出如今我们眼前的样貌。工业革命可以说是改变世界的起点,然而,它也仅仅是个开端而已,在第一次工业革命之后,企业家、科学家甚至政府,都陆陆续续投入了不少心力,让工业能够持续进化改革,其中几次影响规模较大的改变成果,我们现在称之为「工业2.0」、「工业3.0」,举凡我们现今食、衣、住、行、育、乐,都脱离不了工业2.0 及3.0的範畴,而这几次工业革命的结果,都深深影响我们现在的生活。

如今,工业4.0 这个名词渐渐浮上了檯面,从过往经验看来,想必它会带给未来社会不小的冲击,因此,在这个篇章,我们将会带大家稍稍了解一下这个「工业4.0」究竟是何方神圣?

先简单了解工业革命后的发展过程

在谈到工业4.0 以前,我们先简单介绍一下工业革命1.0 至工业3.0的演进过程,这样大家对于目前各产业、企业或国家在工业发展上的现况,会有一些初步的了解。

★ 工业1.0(18 世纪的第一次工业革命)

这是大家最熟悉的一次工业革命,也是一切的起头。因为瓦特发明了蒸气机,所以物理力渐渐开始取代了人力、兽力,这个结果不仅仅导致人类生产的方式改变,也冲击了之后的社会结构,阶级流动变得频繁,使人类无论是技术抑或文化层面的发展都得以进步得更快速。

★ 工业2.0(亨利.福特二世的生产线革命)

在工业1.0 时,人类已经进入了运用机器技术来生产商品的时代,但生产成本依旧高昂,所以产品价格也不亲民,往往都是达官显贵才能负担。直到亨利.福特二世发明了生产线的概念,让他的汽车得以压低成本,更大量地生产,进而在其他产业跟进效法后,才使工业革命的成果能普遍地为一般大众所享受。

★ 工业3.0(电脑出现所造成的革命)

比起工业1.0 的瓦特和工业2.0 的福特,工业3.0 就很难界定到底是什幺人物或事件促使这项改变发生,唯一可以确认的是它与电脑的出现有关。过去的几次工业革命中,人类得到了新的「双手」帮忙负担劳力输出,而工业3.0 则是让人类多了颗新的「脑」,因为电脑的出现,使得生产的过程中得以更精密地作业。

目标是「连结与优化」的工业4.0

工业4.0 现在一般被认为是起因于西门子的倡议。西门子在七、八年前于Amberg 开始做实验,它主要是将更后端(如消费者端)的大数据跟供应链连结,并加上物联网、人机协作,因而被认为是工业4.0 开发的鼻祖,但如今我们所说的工业4.0 已经超过这个範畴,真正理想化的工业4.0成熟典範还没有真正出现,大家都还在尝试当中。

工业4.0 的精神在于「连结与优化」──连结製造相关元素,进行优化,以增进企业竞争力与获利。简单地说,就是大量运用自动化机器人、感测器物联网、供应链互联网、销售及生产大数据分析,以「人机协作」的方式,提升全製造价值链之生产力及品质。

★工业4.0 中可连结的製造相关元素

对工业4.0 来说,只要是存在电脑中,或透过网路可取得的资料,以及工厂里实体物件,全都是可以连结元素,举例而言:

1.电脑或网路的资料:
例如零件设计图档、感测器量到的监测数据、顾客网路下单资料、企业管理资讯、社群网站对于特定产品意见等。

2 实体物件:
例如工厂里待组装的零件、机器手臂、输送带、控制器、工具机、检测机台等。

3 人员也是连结的一环:
企业之内的人员,如收到预警而更换切削刀具的现场人员、产品设计者、企业决策者;企业之外的人员,例如机台远距维修工程师、物流提供者、零售商、顾客等,都是製造网络中重要的参与者。

★工业4.0 欲优化的目标

工业4.0 对于不同产业有不同意义。譬如资源耗用大的产业,连结首要目的是「节能」;而产品线非常多样、库存成本高的B2C 企业,导入连结与优化的目的可能是「减少库存还能即时供货」。因此,企业各有其优化的目标,端视导入项目的成本与效益做为考量,可以这幺说,工业4.0 不是满汉全席,而是可自由选择的高级自助餐。

一般企业可优化目标,在资源方面如工厂的智慧节能;在製程方面如以感测器监测生产线加工状况,即时线上修正,或回馈到工程设计修正,以提高产品良率;在资产使用效率方面如透过远距监测、数据分析、预知保养等方式达到设备使用效率的极大化;在人力资源方面如藉由「扩增实境」协助人工作业、使用机械手臂于人机协作,提高人力资源运用效率;在库存方面可连结上下游厂商以达到实时供应链优化及批量优化;在品质方面如经由统计分析与製程控制提高产品品质;在供需匹配方面则可透过数据分析驱动需求预测或价值导向之设计以优化供需匹配;在上市时间方面如连结顾客及伙伴以协同创作、开放式创新、同步工程、快速试製与模拟等方式,缩短上市时间;在售后服务方面,透过预知保养、远距维修、虚拟引导自助式服务等方式提高客户满意度。

总之,工业4.0 可连结的元素比以往更多,可回应的速度更快,例如机台或生产线可连结众多感测器,工业互联网可以极快的速度实时(real time)回应;可连结的範围更广,例如可以连结与整个产品生命週期相关的人、事、物;因此可优化的目标也更多样,效益更大,譬如说工厂内各种非预期状况的自动因应、设备预知保养、产品的售后服务等等。如果以德国西门子在Amberg 先进实验工厂的经验推估,工业4.0 化后的生产链,将可提高其生产价值至原先十倍以上,一般认为这是下一代工业革命的滥觞。

它和以往的工业改革有何不同?

儘管工业4.0 已经成为一个重大话题,但仍有很多人对于工业4.0 不甚了解,分不清楚工业4.0 和工业3.0 的差异,认为两者相同,这是不对的。儘管两者间都有电脑、自动化等环节参与,但工业4.0 与3.0 有着许多结构上的不同,以下将举几个不同国家在工业4.0 发展的例子来说明,或许能帮助大家更清楚工业4.0 的特色及方向。

★工业4.0 追求「零停机、零待料」

举例而言,生产线上的工具机零件会因使用而磨损,而磨损的程度,将影响到产品的良率,因此需要适时地更换。然而在工业3.0 的技术下,我们无法精确地了解每一个零件的使用状况,所以没办法针对单一零件做替换处理,仅能概估出一个时限,无论如何只要时间到了就更替零件。这通常导致两种结果,一是太早更换,等于是浪费了一个原本还可以继续使用的零件;二则是太晚更换,致使产品出现瑕疵,更甚者还会因故障让整条生产线停摆延宕,无论是前者还是后者,对企业来说都是额外的费用,其它如因故障所要耗费的时间成本就更不用说了。

因此,工业4.0 在「零停机、零待料」这一块的发展,对生产者来说便是一大利多。以机械加工为例,工业4.0 的作法,是在工具机上装设多个感测器,撷取零件加工时的各种製程数据,即时监测切削刀具及机台的状况,在刀具过度磨损前,便可立刻得到预警,进行更换,以提高产品良率。就设备而言,则可以随时掌握机台状况,预先规划保养时程,避免非预期当机而影响生产。

「零停机、零待料」的实现,需要甚多製造相关的元素相互配合才行,以上述情境为例:感测器、工具机、资料分析软体、以及生产执行系统等缺一不可,而优化结果因良率提升而减少废品损失、延长刀具寿命、降低的刀具成本、避免非预期当机所降低的生产效率。目前世界上就属日本在这一块的发展最有研究。

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