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掌控效率以推動創新 智慧工廠案例: 施耐德電機透過位於肯塔基州萊辛頓市 製造工廠的EcoStruxure 平台來改善產品效能

摘要"

施耐德電機位於肯塔基州萊辛頓市的製造工廠,一直以來是公認的高品質負載中心以及安全開關領導者,而這兩項產品則是商用及工業電力系統的基礎。該工廠已取得ISO 14001、ISO 9001、OHSAS 18001、ISO 50001,以及SEP銀質勳章的認證,且管理階層對於其員工安全性、製程效率,以及對客戶要求的反應速度方面,皆有值得引以自豪的實績。
在這個佔地500,000平方英尺的工廠中,每天可以生產超過16,500組的成品,而這完全仰賴現場的400位員工,以及各項最先進的技術,其中包括完全在此包裝和出貨、近9,000座的負載中心和超過6,000組的安全開關。

 

該工廠採用垂直整合式的設計。在現場進行的作業項目包羅萬象,從引進不鏽鋼捲料並裁切成適當的尺寸開始,然後將金屬外殼折成所需的形狀並上漆、將塑膠粒融化後製做成內部零件、沖壓製作並將金屬匯電條電鍍,最後將各項零組件組裝為最終成品。
施耐德電機北美智慧工廠創新專案主任 Mike Labhart 表示:「我們的製造流程非常繁複,和其他歷史悠久的工廠一樣,都為了因應當下需求而發展出包羅萬象的應用。一般而言,這類專門系統傾向不將極具價值的資訊開放分享,因此大幅提高了資訊分享和分析作業上的困難性。而為了能夠提升整體作業效率,我們認為必須要打破這些封閉儲存資料間的籓籬。」

 

 

 

 

藉由針對數位化而最佳化的架構,讓既有工廠設施符合現代化作業的需要
萊辛頓的工廠在 10 年前開始引進各種連網產品,並因此而啟動了數位化的轉變契機,希望能夠藉此而避免材料處理過程中所造成的浪費。在當時,我們安裝了世界上最大的 RFID 系統,可以提供超過一百萬美金的產值。更重要的是,這一系列包羅萬象的連網產品可以讓工廠邁入下一個階段:更精準地邊緣控制,並且為新一代的先進軟體應用程式和分析工具打下穩固的基礎。
工廠經理 Steve Lyczkowski 提到:「在提升我們既有之基礎設施的智慧程度之後,我們得以將那些被侷限在各個資料孤島上,原來根本無法取得的資料擷取出來,然後將其用於來快速地做出正確的決策。針對連網產品的層面,我們現在已經進入已開發的水準。各種按鈕、指示燈、背光、端子台、限制開關、光眼、RFID 開關,以及 Magellis HMI 已能全部互連。當作業現場的技術人員或操作人員遇到問題的時候,我就會收到警示。這樣可以讓生產線變得更有效率,而我現在也可以從遠端來掌控各項核心流程。」
對於 Labhart 而言,藉由部署施耐德電機的開放式EcoStruxure 架構可以打破資料分享的障礙、更快速地取得視覺化資訊,同時能夠預測分析結果以改善作業的效率。
Labhart 表示:「施耐德電機擁有許多資源,而且也是工業自動化產業的領導廠商。該公司決定要將我們的工廠變成實際上線運作的示範工廠,展現施耐德電機 EcoStruxure 架構的各項優點。」
EcoStruxureTM是一個不分供應商、可以實現工業物聯網 (IIoT) 的架構,其中包括了各種開放式並可客製化的連網產品、邊緣控制層級解決方案及軟體,以及雲端型應用程式、分析工具及各項服務。EcoStruxure全架構皆採用支援各項應用程式和資料分析工具的點對點網路安全性。這種開放式架構的作法,不僅提供各種資訊技術 (IT) 和施耐德電機的相容性,還具備能整合第三方作業技術(OT)設備和軟體的能力。
EcoStruxure 架構可以讓您跨越各種雲端、邊緣和內部關鍵元件,簡化管理各種核心流程。舉例來說,操作人員可以隨時從任何一個裝置,檢視雲端連網的各項關鍵資料。透過即時感測器資料、預測分析結果和智慧警示等功能,來提高靈活性和可見性。操作人員也享有全年無休監控連網資材的專家監控
支援。
EcoStruxure 可以讓關鍵性流程的負責人更快速地針對市場動態進行反應,藉此改善製造部門的機敏性。藉由創造出一個協同運作的工作環境,將各項應用程式和分析工具與作業現場的機器互連,團隊就能即時檢視整合式智慧型儀錶板,進而更快速地做出精準的決策。

 

 

以工業物聯網提升整體效率,提升整個工作現場的生產力
Labhart 其團隊已經部署多款革命性的軟體應用程式,並大幅提升了整個工廠環境的效率:
1. 簡化維護流程
其中一個最近推出的功能是 EcoStruxure 增強型操作員顧問,可將機台資訊轉成數位化的擴增實境格式,方便您在標準的攜帶式平板電腦上檢視資料。舉例來說,維護作業的技術人員可以直接進入設備作業範圍內,完全不需要將機器打開,即可確定機器內的油壓缸是否處於縮回狀態。這項工具可在顯示設備的即時狀態時加入擴增化資訊,更重要的是,可提供與該設備有關的最新示意圖和文件內容。因此,作業技術人員不再需要花時間翻箱倒櫃地尋找通常早已版本老舊的紙本使用手冊。製造工程部經理 Jeremy Elias 表示:「擴增實境功能讓我們將關鍵性設備平均維修時間 (MTTR) 縮短20%。這樣可以讓我們的技術人員有更多的時間,執行更有助於產能提升的主動式設備維護作業。」
2. 增強電能管理:3.5% - 使用能源管理工具實現的全工廠節能目標
萊辛頓工廠也投資於各項高穩定性、數位化的能源管理工具。舉例來說,在塗裝室內整合了一系列連網電表,可以監控所有關鍵流程的能源消耗量。而透過採用 EcoStruxure Resource Advisor 和 EcoStruxure Power Monitoring Expert 工具,讓廠務工程師可檢視邊緣的即時能源消耗量並且進行調整,以便讓能源消耗量達到最佳狀態。
這些電表可以收集能源相關資料,並且將資料轉變成視覺化的資訊,根據生產線上所製做的金屬種類,提供關於如何最大化提升電能使用效率的洞見。針對整個廠務設施,廠務工程師可以使用各項能源管理工具以達成3.5%的年度節能目標。
Labhart 提到:「這些工具可以幫助我們監控和回報各區能源用量。我們可以看得到各項消耗的變化趨勢,並得知我們所購買之能源的使用狀況細節和說明。我們甚至可以精準地預測未來的能源成本以及使用量趨勢。我們認為在過去幾年中,透過提升這樣的資料可見性,幫助我們在節能方面創造了超過六百萬美元的效益。」
3. 提升作業現場的效率
在作業現場的每一個獨立作業空間中,每一個人員都會與工業用機器和機械手臂進行互動,因此安全永遠都是最優先的考量。新推出的 EcoStruxure 應用程式和分析工具(如AVEVA Indusoft Web Studio)讓您可以精簡地進行數位化作業。這個軟體除了可以直接提供各項有關機器效能的行動通知給作業現場的工作人員之外,還能將各項工作指示工具和品質資料庫的資訊,都整合到同一個數位應用程式中。
這個軟體介面可以產生標準化的關鍵績效指標 (KPI) 報告,讓管理階層可以快速地調整作業現場的各項流程,以便持續提升效率。公司高層團隊預計在佈署這些工具之後,其投資可以在兩年之內回收。Labhart 提到:「新推出的軟體工具讓我們可以透過雲端收集、儲存和檢視各項流程以及效能的視覺化資料,以便更快速、更聰明地做出營運決策。」
4. 更精準的邊緣控制
整個萊辛頓工廠的現場都配備了監控技術,因此只要生產過程出現任何異常狀況,就會發出警告訊息。Lyczkowski 解釋:「如果我們遇到感應器無法追蹤,或是特定溫度超出規格範圍的問題,在邊緣就會出現警告的狀態。我們現在分階段導入這些功能,可以透過行動裝置來通知相關的人員出現了警告的狀態,無論他們是在家裡或在世界的任何一個角落。」
「施耐德電機的可程式化邏輯控制器 (PLC) 讓我們得以實現邊緣控制的功能。現在我們的工廠中擁有超過 300 部的 PLC。和其他的競爭產品進行比較後,我們發現施耐德電機PLC 在效能方面遙遙領先,其可靠度也同樣堅實無比。」
「我們不久前才完成塗裝室的連線作業,並開始監控大約 167 項的關鍵性變因,也做出各項歷史資訊的趨勢圖,因此,我能回溯資料並進行分析。之前根本無法獲得這樣的資料,它可能只存在於某張試算表中,或者是在某個員工的筆記本內。現在工廠內的每一位員工都可以看得到。這就是在萊辛頓的故事。我們的腳步從連網產品轉移到邊緣,再進一步邁入雲端型分析環境之中。
有了這些新推出的 EcoStruxure 工具套件,可以藉由數位化和儀表板顯示的功能,大幅減少紙上作業的需求,並且透過分享資料進行預測分析。根據效能統計資料顯示,快速警告通訊的功能可以減少 90% 的紙本作業時間和 5% 的系統當機時間。
5. 透過雲端應用程式和分析工具更精準地做出決策
連網裝置的堅實基礎和各種先進的邊緣控制,幫助在萊辛頓的團隊打下基礎,用來部署AVEVA Insight等的雲端型軟體應用程式。Labhart表示:「這些功能強大的雲端型軟體即服務服務 (SaaS) 解決方案提供了非常淺顯易懂的資料分析說明。我們可以輕易地透過行動應用程式分享儀表板的資料,並可透過推播通知來發出警告資訊。這種非常直觀的軟體只需要很少,甚至不需要任何的支援或訓練,便可提供儀表板功能。」
「我們工廠的主管現在可以透過各種行動應用程式,在可能有斷料的情況之前就掌握資訊。透過儀表板來呈現各項關鍵性的流程變因,讓我們可以更精準地預測任何物料短缺的風險。事實上,這些工具擁有非常強大的功能,我們預期可以在六個月之內就能將投資完全回收。」
「在過去,主管們必須要整天往返電腦前面,或是待在電腦旁邊並不斷地想著『我應該要到現場看看到底這是怎麼運作的』。現在他們可以收到這類高價值資訊的流水化推播通知,讓他們知道什麼時候零件會用完,或者可能會出現物料的問題。」
他提到:「這些新的工具也可以幫助我們快速地訓練新進員工,讓他們很快地進入狀況。在過去,必須請具備特殊技能的人員從特定資訊孤島中挖掘資料。然後,再請其他具備不同技能的人員,從工廠設施中的其他工作區挖掘另一個資訊孤島中的資料。而這兩人是否會與其他部門的人員,或是彼此之間是否會分享資料,都是讓人存疑的。現在有了 AVEVA app 和各項分析工具,我們就可以從處理過程的角度將這些流程都連接在一起。即便是對於新進的員工而言,都可以很輕易地找出兩個變因之間的關係,並在幾分鐘內完成原本需要花費幾個星期才能完成的描述分析作業。」
6. 這還只是牛刀小試而已
Labhart 表示:「我們一直都對我們在萊辛頓工廠內的員工引以為傲。由於我們可以為員工提供各項工具,讓他們在更安全、更有生產力,以及更有趣的環境下工作,因此可以幫助他們大幅提升工作效率。
我們認為這還只是牛刀小試而已。這些新的數位化工具還可以帶來更多、更大的效益。我們正在探索以前從來沒有機會接觸到的領域。這讓我們對於工廠有了許多新的想法,也可以觸發更多改善產能和效率的新構想。以往的資料大部分都侷限在在各自獨立的孤島中,需要專家才能嘗試著解讀其內容。現在,不同領域的人員都可以使用這個系統,然後藉由簡易的操作方式取得資訊。」
隨著工業物聯網 (IIoT) 技術推陳出新,我們可以採用成本更低的新方式來解決舊有的問題。連網能力和整合性已經變成關鍵因素,工廠的現代化更直接代表了更高的獲利能力。

萊辛頓智慧工廠的沿革
要讓這個運轉超過 60 年的作業工廠進行現代化,是一件曠日廢時的工作,也需要萊辛頓的團隊從策略面上下手,在擁抱新的連網技術,以及在維持業績和既定營運預算的需求之間取得平衡。而透過一步一腳印的努力,才能夠成功地完成這項數位化的演進歷程,將每一項新的 EcoStruxure 技術分別結合到可讓其發揮最大價值的地方,並與現有的設備互連。在成功地讓老舊的工廠蛻變為智慧工廠的實績上,該團隊可以提供各種的策略,並且分享他們之前所面臨的各項挑戰,幫助來訪的客戶探索工業物聯網連網技術,協助他們克服在邁向現代化的目標時同樣會遭遇到的困境。
註:來自施耐德電機的 EcoStruxure 是一種開放式、互通性強以及具備物聯網功能的系統架構及平台。

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