如何自動化?工廠自動化完整解決方案 | 鼎新電腦

文:吳欣珊

發布時間: 2022-10-12 11:31:00

智慧製造 工廠自動化


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,但衡量產業特性,評估作業重點,清楚自家工廠設備與整體生產流程該如何調整執行自動化,也是製造業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控制,管理生產設備與生產過程,集結電腦、自動化、機器人等技術運用於工廠生產線作業,自動完成產品製造的全部,或部分加工過程的技術,在生產過程中降低人工操作的硬體與軟體系統。

 

其自動化作業也分為連續生產自動化與斷續生產自動化,連續生產指整體過程自動化,處理對象與物件多為流體、粉體與傳輸類,屬控制技術發展較快的類型;斷續生產過程指不連續生產,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自動化。

 


工業4.0、智慧製造、工廠自動化的差異

在企業逐步轉型的過程中,工業4.0、智慧製造、工廠自動化等名詞常態被混淆,三者間有高度關聯,但製造業需要搭配數位化進程,逐步轉變思維,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4.0。

 

工廠自動化:工廠的生產作業流程自動化

不論是連續生產自動化、還是斷續生產自動化,其生產狀態已經開始進入高度電腦程序自動化,由電腦執行生產作業的同時精簡人力,輔助判斷生產流程或設備異常狀況,協助提升生產效率。

 

智慧製造:工業物聯網、大數據分析、人工智慧

在生產現場設備與產線高度自動化的前提下,設備在工業物聯網的IoT平台內,能端點到端點的互通資訊,藉由蒐集到的數據資料進行分析,人工智慧進行學習並判斷預測未來產能與運作,達到自行感知、自動決策、自動執行等先進製造作業,關鍵製造的環節智能化,協助製造業在數位轉型後的最佳生產模式,提升產業競爭力。

 

工業4.0:大環境的高度智能化(串連物聯網、雲端運算、大數據分析、人工智慧)

工業4.0與智慧製造有高度重複相關,其不同點在於工業4.0以更高的層級與環境架構作為主要理念,但智慧製造是工業4.0的主要核心。除了創造新的工業技術,更著重在現有工業技術、銷售與產品體驗的整合,藉由智慧整合感控系統與物聯網的技術架構支撐,建構出能分析巨量資料,生成滿足客製需求的解決方案或產品。

 

經由電腦預測技術,例如天氣預測、公共運輸、市場調查數據等,達到即時精準生產或調度現有資源,減少浪費,實行供應端優化,在這裡須注意的是,工業是智慧型世界的一個部分,要以”工業如何適應智慧型網路下的未來生活"作為理解根基。

 


工廠自動化的開發種類

運用自動化的生產設備,進行一貫作業且有效率的執行生產,稱為工廠自動化控制。但工廠自動化並非在每個製造產業類別皆能執行,需評估產業類型,作業加工流程複雜度與生產時間長短,生產數量多寡,產業原料的形狀大小,皆會對工廠自動化規劃造成影響,下列產業是工廠自動化在開發中可執行的產業類型。

 

汽車工業

汽車主骨架藉由整條大型生產線進行分工裝配,將原料藉由各站點組裝不同零配件至整車,工廠自動化協助汽車流水線生產作業。

 

紡織工業

紡織工業的自動化性能用於不同材質加工如棉紡、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加工,自動化協助產出整捆布料。

 

塑膠工業

塑膠產業在取得原料後,各站點執行自動化上下料,藉由自動換模,經過射出成型機器產出塑膠模型或製品。

 

電子工業

產出物件以電子元器件、消費性電子產品為主,如廣播電視設備、通信設備、電視、計算機等,其生產型號與產線配置密切,工廠自動化可協助電子產品一致性生產。

 

半導體業

半導體業主力用於晶片或晶圓加工,經過研磨、曝光、顯影、蝕刻、切割、封裝等步驟執行生產,為重視設備性能執行產出的產業,工廠自動化協助串聯設備運作,並供應產品於電子工業。

 

電機工業

電機工業主要產出一定體積的電機設備,如不斷電設備、發電機、馬達、變壓器等,作業流程主力為組裝設備,與汽車工業雷同,為汽車工業縮小版生產作業。

 

機械工業

機械工業產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,工廠自動化可協助管控設備精準度,降低作業流程出錯機率。

 

製藥工業

製藥產業攸關研發與生產製造,配方配比或小型醫療器械製造,其作業流程要求製藥配方設備精準度,生產製造過程的溫濕度控管,必要時須協助無塵室與實驗室作業,自動化可協助精準製藥量產。

 

 

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工廠自動化的價值

工廠在執行自動化之後,除了減少人力作業外,也能提升整體生產作業效率,以下三點是工廠在自動化之後的優勢:

 

提高生產效率

自動化技術可取代人類執行複雜、危險、繁瑣且重複動作的勞動環境,藉由電腦設定的參數與電腦技術,以最低的勞動力執行生產作業,降低人力因素干擾,提高整體生產效率。

 

節省材料

電腦計算並執行生產作業,其產能數量與生產時間也經過電腦數據統整,並於固定時間內產出需求數量,不多做產出,屏除浪費。

 

產品一致性高,提升良率

自動化實行前,電腦進行參數數據設定進而實行自動化,生產流程穩定,讓自動計算符合實際所需,達到實際所需的準確度與精度,提升產品良率。

 

 

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工廠自動化的趨勢變化

自動設備取代高危險、單一重複作業的高頻率生產行為,導入自動化設備協助解決人力不足、技術斷層並協助產品品質穩定,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產業趨勢,但並非每個產業都適合導入自動化產線製造。以下幾點是在導入產線自動化前需要準備的作業:

 

標準化作業

自動化的前提是由計算、規劃並輸入電腦設定,資料參數導入設備自動執行,控制重複作業,因此將每一步驟統一且自動化才能進行人為規劃與計算並進行設定,如果加工流程作業複雜,在設定參數容易出現錯誤,加深自動化作業難度。

 

風險性評估

生產過程中可能產生的風險也須進行評估,如加工鐵件產生的鐵屑、壓鑄成型在產品上形成的毛邊等,規劃商的技術與經驗將會影響整體自動化產線評估後的作業效益,因此需要規劃自動化設備廠商與機械製造廠商聯合評估,避免生產狀況影響自動化運作。

 

效能與投資成本評估

規劃商會以人力與作業時間做為依據,評估導入自動化後可節省的人力物力或產能的效益,因自動化設備成本較高,又因產線運作導入組數較多,如評估整體效益無法較原先人力作業高,則不建議導入,或需因時制宜進行半自動化產線的規劃。

 


工廠自動化不限於生產、製造過程、設計自動化,還包含管理自動化,因應管理遙控技術發展,工廠自動化技術現今朝向具有局部網路的通訊功能發展,在設備也高度自動化作業情況下,也開始逐步邁向無人工廠趨勢。

 

 

工廠自動化轉成智慧製造的優勢

將原先作業流程數位化,藉由企業管理平台ERP系統串聯,整合企業內部資源流程建立資訊透明且正確的平台,讓資訊於各層級通透,建立數據應用模式。平台架構完,再結合IT+OT物聯網、感測器、大數據運算技術,讓機器與設備傳輸數據、產生互相連結溝通、提升至自判斷與自感知,讓整體生產作業流程維持完全自循環,工廠自動化是傳統產業轉型成智慧製造的第一步,現有許多製造業已逐步走向工廠自動化,未來轉型智慧製造也是必須作為。

 

系統管理落實現場管理

當所有動作都可數據化,從供應鏈、採購、物料、生產、倉儲、發貨、售後的智慧物流,到生產現場自動化的彈性排程,整合設備與治具管理等,經由蒐集數據統整,排除現場生產作業障礙,解決問題,加強轉型智慧製造的數字化營運底基。

 

生產效率管控

整體生產作業體質調整滿足企業在製品管理、品質控管、設備整合與管理、問題追溯分析、生產現場即時數據採集等需求,協助現場運作透明化,調整運用現有企業資源,掌握工廠實作績效,提升工廠作業彈性應變。

 

數據支援關鍵決策

以數據驅動企業創新,隨著數位化進程(數位化→數位優化→數位轉型)發展,依據實際工業數據,傳承老師傅經驗、還原分析整體製造過程,引領生產智能化變革,打造工廠數字化轉型,推動企業數字化營運觀念轉變,並以數據支援決策。

 

 

延伸閱讀:智能+製造,數位化管理的數智工廠

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結論

在工業4.0架構下,工業物聯網與大數據計算將成為未來工業的發展主力,要達成智慧製造的願景前,工廠自動化是未來製造業的必要作為,根據產業特性,如何進行工廠自動化並提升製造現場效益,增加企業在未來的的競爭籌碼,是邁向工業4.0之前的重要關鍵。

 

延伸閱讀:智慧工廠是什麼?核心架構、目標、技術完整介紹

延伸閱讀:智能+製造,數位化管理的數智工廠

 

 

 

內文來源:

維基百科-自動化

維基百科-工業4.0

MBA工廠自動化


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