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工研院技轉智慧製造技術 3年逾上億元  朝向工業4.0 助企業打入國際供應鏈

工研院技轉智慧製造技術 3年逾上億元  朝向工業4.0 助企業打入國際供應鏈

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未來,一直在進步

2022-03-20 10:00

面對全球高齡化、少子化的人口結構改變,未來將影響勞動人口分配,各國政府都在積極擬定產業結構轉型對策。如在德國。「工業 4.0」就是以網宇實體智慧製造(CPS,Cyber Physical System)的智慧工廠觀念進行。

台灣的機械廠商有96%為中小企業,除了受限於研發能力、資金等挑戰外,製造業少量多樣、品質提高、交期短、缺工現象等更是亟須解決的痛點之一,推動數位化轉型,朝向「工業4.0」的方向邁進,更需要產業與公部門之間的鼎力合作。

 

工研院此次獲得「績優技轉獎」的「智慧製造系統關鍵技術開發計畫」,便是期盼能以技轉智慧製造技術的方式,協助企業打入國際供應鏈,並解決中小企業與資通訊系統接軌困難的痛點,提升資訊軟體、資料分析與系統整合方面的能力,提供產業共通性平台,未來能掌握高性價比的核心自主關鍵技術,協助各個大、中、小型製造業的升級轉型。

 

製造業生產型態驟變
靈活、提高生產效率是重點

 

工研院機械與機電系統研究所所長胡竹生提到,未來全球製造業的生產型態逐漸從傳統標準化、大規模量產模式,轉型為少量客製化、彈性生產製造模式。這對製造業而言,必須因應產品生命週期不斷縮短,多樣化產品規格,提升製造靈活性以及生產效率。

 

目前產業強調的「客製化」帶來少量多樣、彈性快速生產的製造模式,以自動化生產方式,結合設計模擬、製程模擬、快速檢測技術、巨資分析與決策等技術所構成之虛實製造回饋,將可協助產業發展適用少量多樣化且生產良率高的生產系統,成為國內產業實現未來產品的重要技術之一,可提升產品競爭力,擴大全球市占率,帶動人均產值與產業鏈整體產值提升。

 

依據智慧機械方案三層架構SaaS、PaaS、IaaS等,針對產業需求發展智慧製造技術所需關鍵SaaS模組化及導入NIP之PaaS平台,達成雲端化投入SaaS層的5項聚焦產業,所建立的虛實整合系統(CPS)與巨量分析專業加值服務SaaS模組等關鍵技術,結合所建構PaaS層公版聯網平台,與異質網路整合應用至各產業領域,透過廠商實際場域進行智慧製造產線技術驗證,加速國內製造業導入發展的共通性平台與應用技術,協助各式大中小型製造業升級轉型。

 

這也顯示製造業者迫切需要能提供匯入資料、資料分析、機器學習、模型開發及營運支持可視化之共通平台,乃至模擬/建模、檢測、預診、補償精度、製程等共通需求。

 

PCB-場域驗證

 

建立一致化標準

盼機台設備的數位分身能講「共同語言」

 

舉例而言,若製造業能透過數位化順利轉型升級,如廠商第一線業務人員,在與客戶溝通接單時,可以透過資訊技術(IT)和操作技術(OT)的資訊整合,用平板電腦連結至製造現場,所得資訊讓業務可以對交期掌握度更高,更隨時掌握製造現場的成本控管,因此發展出整合製造現場與銷售端的共同資料平台技術,企業將運行得更有效率。

 

但是,最大的難題是每一個設備機台都不一樣,因此在製造技術端,需建立平台與技術的一致性,甚至如同網路系統的www形成全球一致標準,在系統建構上能更加整合、更有效率。

 

重點是讓每一項製造現場的機台設備講「共同的語言」,像是工具機與塑膠射出機台在個別領域上講一樣的語言,產生標準化的成形過程,整合起龐大資訊。更上一個層次就是在語言之外,這些設備機台存在於數位空間之內,又該如何描述,由於機台是實體的東西,若跟資通訊系統結合時,也需有共同語言描述機台,猶如有了「目錄」一樣,存有許多銷售、使用、運行上的相關資訊。

 

在開發技術的過程中,要創造虛實整合的環境,每項機台必須有一個「數位分身」存在於數位空間內,透過虛實整合系統(CPS),將設計與製造流程串接起來,無論業務人員販售機器,或是維護機台時,就可以用遠端監控的方式連結,進而模擬機器運行的狀況。

 

胡竹生舉例,例如未來業務人員賣設備給其他業者時,不用先看到實體設備,而是透過一項技術平台先看其機台設備的數位分身,購買新機台時,也能從描述裡先獲取更多資訊,並在數位空間模擬完整模擬整個加工過程中的製程特性與動態,修改系統也更知道從何下手。

 

像是傳統製造工廠裡的老師傅,在製造現場時有很多技術性細節全憑經驗,未來只要透過模擬就能精準預估時間,增加其附加價值,並解決資訊整合度不足、經驗待系統化的問題。

 

目前市場上是否有類似的解決方案?胡竹生表示,在工業4.0的驅動下,智慧化不外乎是自動化設備、物聯網、大數據及雲端計算等技術結合等概念。但是,業者通常是純資訊與通信科技(ICT)背景,主要以數據化為基礎,建構智慧化產品、智慧化生產、智慧化設備等製造流程,提升製造效率,降低生產成本等。

 

製程物聯網與異質網路整合應用平台展示

 

結合多個法人機構

產業端已大量應用

 

透過工研院此項計畫,整合資訊與通信科技與製造Domain Knowlede團隊,帶動台灣製造業數位轉型。目前已整合工研院機械所、電光所、資通所、智機中心以及資策會、金屬中心、紡織所等團隊,帶動PCB、工具機、運具、扣件、紡織等產業邁向智慧製造。像是機械所結合資通所NIP平台與運具SaaS模組應用,導入運具零組件業者,如福華明鏡、高鐵工業、烈光、漢翔、般若等,整合Domin knowlede與資訊及通信科技與製造技術,邁向工業4.0與國際接軌,並與系統整合業者如盟立、亞太等合作推動技術擴散。

 

機械所也結合電光所、資通所導入PCB產線應用,包括欣興、敬鵬、燿華3家廠商,形成領頭羊並促成系統整合廠商如研華、迅得,技術已擴至PCB產業供應鏈。

 

在技術授權方面,也協助設備業者高值化轉型,加速產業智慧化,除了PCB外,工具機、運輸載具零組件、金屬扣件及紡織等產業領域,及新興雷射積層之應用服務內容多樣化,已擴散至中小企業應用,協助廠商導入製造智慧化。

 

更積極與台灣電路板晶會(TPCA)推廣PCBECI聯網通訊工具包,透過公協會加速擴散PCBECI導入應用於PCB產業及其相關產業。截至目前為止,累計技轉與服務收入已達1億5千萬元。

 

未來,工研院機械所團隊將持續建置CPS技術模組,開發品質指標量測、智慧監控技術、生產狀態可視化、製程回饋控制等,提升產品品質。將結合國內重要公協會合力推動,以建立國際領先開放式智慧機械雲平台使用社群與生態聚落。

 

 

技術特色

 

1. 技轉成績斐然  

109年度技術移轉45件,含以前年度簽約共58件,技術移轉收入數3,631萬元,約占計畫經費16.3%;106至109年度「全程技術移轉」170件,技術移轉收入數1.59億元,約占計畫經費15.5%。

 

2. 促成兩家新創公司的成立  

促成聯達智能股份有限公司、奕馬資訊有限公司等兩家新創公司成立,協助控制器業者轉型SI,促成衍生新創公司聯達智能,提供系統整合商(SI)自動化與智慧化系統方案,滿足SynFactory加工業者的需求。聯達智能已於中國大陸、東南亞等地佈局達35個以上之據點提供服務。

 

2020年11月投資1.6億元成立新創公司奕馬資訊,協助製造業建立IIOT資訊系統,初期以PCB產業為主,持續擴散至半導體及光電產業與國內IPC業者軟體授權或技術合作,共同開發IIOT產品,截至目前已擴散8大產業(設備業者、水五金、紡織、PCB等),聯網超過200種不同製程設備。

 

3. 讓紡織業大幅縮短資訊時間落差及排程時間

應用網實整合戰情室及跨廠智慧生產排程,縮短50%的資訊時間落差及20%排程時間,有助於縮短交期,且可加速新布種開發過程,使廠商可爭取高毛利差異性布種的訂單,如軍警、消防、防疫等紡織品。像佳和實業與嘉裕西服、神采合作,供應空軍服布料金額達10億元,於110年Q2開始出貨。

 

虛實整合應用──紡織產業功能示意圖

 

成功心法

 

以網宇實體整合跨領域應用解決方案,強化專業人才發展,特別是CPS系統整合與巨資分析應用服務技術。CPS系統整合應用技術將分別於「PCB製程瑕疵肇因巨資分析與回溯技術」、「工具機製程效率回饋巨資分析技術」、「運具製程CPS品質監控與分析回饋技術」、「扣件製程CPS故障感知與預診技術」、「紡織跨製程CPS參數最適化技術」等子項研發,並透過PCB、工具機、運具載具零組件、金屬扣件與紡織等產業進行技術驗證。

 

同時也藉由開放應用程式介面、營運支援功能的輔助與自動軟體測試工具,大幅縮短物聯網應用開發所需之人力和時間,加速網宇實體整合製程優化、自動化設備精進以及產業鏈服務平台之物聯網應用發展。

 

虛實整合應用-運具產業功能截圖

 

 

 

【法人科專成果表揚】

經濟部技術處推動我國產業技術研發與創新,規劃執行科技專案,整合法人研究機構、產業界與學術界能量,研發前瞻且具產業應用潛力之技術,促進新興產業發展與產業升級轉型。

技術處為表彰對國內經濟和產業貢獻卓越者,特辦理『法人科專成果表揚』,設置「績優技轉獎」、「創業潛力獎」、「科專有感科技獎」、及「優良計畫獎」等獎項,藉此鼓勵法人更勇於開發具前瞻性、關鍵性及跨領域之產業技術,將研發成果多元移轉落實於產業,提升產業創新效益。

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