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由智慧元素與企業案例談工業4.0/智慧製造系統

摘要"

本文主要是以常用之智慧元素基本單元做解說,再加入近期相關智慧基本元素之進化,來切入智慧機械進而說明如何建立智慧製造系統產線。所謂智慧製造系統產線即是整合各種智慧技術元素,導入大數據、精實管理、感測器應用、物聯網(IoT)、企業資源計劃(ERP)、產品生命週期管理(PLM)、機器人及網宇實體整合(CPS)、製造執行系統及資安防護系統結合各種智慧相關機械與自動化設備等建立一套完整智慧系統;以先達到產業智機化及智機產業化後,再結合相關必要智慧元素及智慧管理單元,將其串聯/並聯成子系統到次系統,最後連貫成智慧製造系統產線,並藉由導入智慧管理系統,使其從輸入端到輸出端,具備即時接單、報價、排程、插單優化製程效益、預知保養、故障預測、線上精度量測及補償、智動最優化參數設定及學習,與自動最佳化排程等智慧化功能,並具備提供總解決方案與實際方法及建立差異化競爭優勢之功能,其可導入於各行各業做智慧製造應用,來提高製造過程的效率、效益與稼動率,亦可提升產業之國際競爭力。

關鍵詞:智慧元素、智慧機械、智慧製造系統產線

前言

科技的創新推動了產業及社會型態的轉變,對於各項技術的創新往往影響著下一代的產業發展與國力基石,其工業革命演進如圖1所示,從第一次工業革命奠定了工業發展的基礎,首立了機械力的應用,而第二、三次工業革命在電力的基礎下,使通訊普及於社會,並以此為基礎發展出電腦概念,藉以達到工業自動化與可程式控制的架構,現今推動之工業4.0智慧製造是目前的全球的趨勢,智慧製造目的在於利用大數據、自動化和優化製造技術,來應對動態和全球市場,智慧機械乃是智慧製造的前哨戰,為了因應智慧製造浪潮,行政院於2016年推出「智慧機械產業推動方案」,以「智機產業化」與「產業智機化」為主要目標,接著便以「智慧機械旗艦計畫」與「智慧機械領航計畫」作為延續與技術擴展,其目的為協助各領域企業提升產線達到智慧製造系統,而智慧機械產業為台灣五大產業創新政策之一,主要目的是將我國從精密機械升級為智慧機械,並促進臺灣成為智慧機械之強國,使我國在全球智慧機械與智慧製造系統產線佔有一席重要之地,並擴展其應用至精密機械、生醫、航太科技…等相關產業(
圖2),藉以提升產業效益與競爭力。

智慧機械基本元素

製造執行系統MES
(Manufacturing Execution System)
製造執行系統(MES),包括用於管理過程設施內的生產和日常操作的計算機系統,MES用於管理和分析製造過程中的信息,提供的信息可以優化從訂單發佈到成品的生產活動,由此產生對不斷變化的條件進行快速即時反應與提出最佳決策及建議,以及對減少非增值活動的關注,有效的推動工廠的運營和管理流程,進而達到工廠效益最大化及風險最小化之目的,其相關流程示意如圖3所示。
Cupek等人[1]介紹了基於代理的製造執行系統的體系結構,該系統專用於短系列生產,功能模型是基於ANSI/ISA-95(IEC/ISO 62264)標準,在ISA95為製造運營管理定義的活動模型範例中,更詳細地精進部分MES功能;該模型區分與定義產品、確定生產能力、管理實際生產和評估績效指標相關的四個主要資訊流。該資訊流由八個主要活動集收集和管理,如圖4所示。製造運營管理的工作流程和資訊交換由ISA95定義,並在動態代理為基礎的環境下實施。

軟體配置管理SCM(Software 
Configuration Management)

軟體配置管理(SCM),涉及控制複雜軟體系統的發展,有助於管理工件的變更並確保系統的正確性和一致性,SCM之流程架構如圖5所示,它包括技術和管理並行,涉及識別配置(CI),控制配置的更改,以及在整個系統開發生命週期(SDLC)中維護CI的完整性和可跟蹤性。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌。

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