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南部產業大進擊!智慧工廠開啟傳產新紀元

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2018-11-14 11:42

得天獨厚的綠色農業、藍色海洋漁業資源,南台灣不僅是台灣第一級產業中心,更是傳統製造業的生產基地。作為產業轉型升級的關鍵力量,工研院鏈結在地資源,並積極研發智慧化關鍵技術,進一步開拓高科技人才就業市場,打造南部產業科技化、智慧化與創新化的美好願景。

 

撰文/林麗娟、王珮華、凃心怡、游易文

 

隱身台南山上的傳統紡織廠
宏遠變身智慧工廠 實現工業4.0願景

平日貨車呼嘯來去的台南山上工業區,隱藏了國內第一家跨入工業4.0的知名紡織廠—宏遠興業。一走入宏遠紡織生態工業園,扶疏的花木與悠遊於生態池中的綠頭鴨,儼然是宏遠實踐永續的最佳代言人。偌大的染廠中,只聽到機具隆隆運轉,一眼望去,看不到很多員工。

 

台灣的紡織業歷經產業外移、升級轉型後,能夠留在台灣的多是身懷絕技的「武林高手」。身為台灣紡織龍頭之一的宏遠興業,產品以吸濕、排汗、抗UV等機能布為主,客戶囊括Nike、Lululemon、The North Face、Decathlon等300多個國際品牌,深知必須在製程上持續精進,才能在競爭激烈的市場中脫穎而出。宏遠興業協理曾一正表示,宏遠很早就已意識到紡織業必須往智慧製造方向發展,因此在2014年底便開始推動智慧工廠改造計畫。

 

染整廠智慧化 電腦染整快又精確

 

宏遠的工業4.0願景,目標是從作業控制、製造管理、企業營運到協同商務都能透過導入智慧化,達到效率、交期與營運的最佳化。智慧工廠千頭萬緒,30年老廠,要從哪裡著手?

 

「重點機台、瓶頸機台先做,染整廠因工序繁複率先導入,」曾一正表示,宏遠將既有的染料秤量、監控系統自動化,「作業員只要把布放進染料桶,倒染料、攪拌都由機器代勞,自動化帶來染料、染助劑與人力的節省,估計每月可省下190萬元,1年半即可回收投資,」曾一正說,更重要的是,「染色時間是原來的三分之一,快又精確。」

 

染得快,還要染得對。近年短交期、客製化、多樣少量的趨勢,讓布料染色成為一大挑戰。為了讓染色一次就對色,減少物料與資源浪費,透過染整設備智動化,工研院也協助分析製程與對色率關聯,提升一次對色率。

 

此外,宏遠也在加工紗機台上裝設感測器收集製造參數,如溫度、速度、張力與經紗率等,估計一台機台所裝置感測器高達1,000個,彙整到製造執行系統(Manufacturing Execution System;MES)系統、企業資源管理系統(ERP)中,除了可達到透明化的即時監看,立即糾正生產上的錯誤之外,透過日積月累的大數據分析,找出最佳化的生產條件。

 

從品管到物料載具 全在系統掌握中

 

不僅生產導入智慧化,工廠管理也得同步「變聰明」才能趕得上生產的步調。

品管方面,宏遠引進智慧驗布系統,「利用9支高速攝影機,以不同角度拍攝快速滾動的布匹,運用機器視覺同步標示瑕疵處,再以人工檢查標示、加以分級,」曾一正表示,智慧驗布系統降低了人力的需求,效率更提升了46%,「這個投資很划算!」

 

布車是廠內物流最基本、也是最終端的單元,各工作站之間都需要布車搬運,一旦工忙,廣大廠區常常找不到閒置布車可用。「光是找布車,至少得花上20分鐘,拖慢生產速度,」曾一正說。為解決這個問題,工研院為廠區上千台的布車裝設RFID定位卡,納入載具物料管理系統,只要查詢系統,不到2分鐘就知道車輛區位,布車進出工作站一目了然,完全掌握生產狀況,確保流程不出錯。

 

導入能資源監控系統 優化能資源利用率

對染整廠來說,水、電、蒸汽等占成本比重平均達3成,夏季高峰單月電費就接近3,000萬元,能資源管理也是重要營運環節。工研院協助宏遠,整合資訊技術(IT)與營運技術(OT),導入能資源管理系統,進一步達到能資源運用優化。

 

曾一正表示,染整工序非常繁複、環境因子多,加上各能資源系統「各自為政」,管理困難,容易造成能資源浪費、廢棄物成本過高。為了整合廠區能資源管理,宏遠找上工研院幫忙。「宏遠的鍋爐、空壓機品牌各異,與電網系統難以整合,」工研院資訊與通訊研究所技術推廣組專案經理周茂良指出,過去多是靠人力每2個小時巡視一次廠區,監視能源使用狀況,進一步預防工安問題。

 

工研院導入無線通訊專利技術「WiFi Mesh」,提升廠區的網路覆蓋率,運用工業物聯網標準通訊協定OPC UA,整合電網、空壓機、廢水,以及防災/消防等智慧能源監控系統,把不同資料源的的數據都收在同一個介面,大幅提升管理效率及工安品質。

 

智慧能源監控系統建立之後,「染料耗用降低了8%,空壓機用電量也下降5%,年省2,000萬元以上,」曾一正指出,未來,能源監控系統還能進一步分析訂單與能源耗用的關聯,結合生產與資訊作最佳調控,達到能源運用最佳化。宏遠運用科技實踐節能永續,讓它成為全台第一家生態社區認證紡織廠,並通過最嚴格的瑞士「bluesign®環保檢測標準」認證。

 

AI戰力正要發揮 培育人才是重點

 

宏遠導入智慧工廠,集結超過30家資通訊廠商的智慧結晶,然而各協力廠商間的整合,也是件浩大的工程。曾一正認為,「最大的困難是不同平台之間的整合,我們強烈要求合作廠商打開心胸、充分溝通,務必將系統整合做到最完美。」現在已經完善整合的有染整廠、織布廠及加工紗機型,進度最快的染整廠,重要生產設備已透過網路連線,做到工業4.0中的「機器與機器對話」與「狀態即時監控」。

 

「傳產缺工,也缺AI人才,」工研院資通所智能製造服務系統組技術副組長李坤敏表示,外界對工業4.0或智慧工廠最大的誤解,就是認為導入智慧工廠會取代人力,但台灣紡織業勞力本來就不足,智慧工廠剛好填補了缺口。為了培育AI人才,宏遠也派員至台灣人工智慧學校學習,回來當種子教師。隨著機台運作的數據逐步累積,大數據與人工智慧的戰力才正要發揮,期待台灣優勢製造業,能在這一波智慧轉型的浪頭上,翻轉躍升、大步邁向智慧永續經營。

 

 

小小銅絲 特斯拉也愛用
大亞雲端戰情中心 傳產升級利器

好幾台大尺寸液晶螢幕懸掛在簇新的輕隔間牆上,每個畫面鉅細靡遺秀出廠區運作中機台的即時數據,無論是機台參數設定、溫度、壓力狀態、細如髮絲的銅線運轉監測,以及各式作業報表、工作站現場即時連線,通通可以在這間「雲端戰情室」的大小螢幕中掌握。

 

大亞電線電纜的廠房,每層樓都搭建了這一方空間,透過遠端監測,打破傳統產業長年來人機配置的概念,更能進一步的提升生產線的產能與效率,這套雲端戰情中心系統是大亞跨足智慧製造的第一步,同時也是產業轉型的關鍵力量!

 

一甲子企業 要靠智慧製造邁向未來

 

「大亞在1955年成立,已經是60幾年的老公司了。」大亞電線電纜漆包線事業群副總經理邱榮焜從意氣風發的黑髮少年仔,到現在已頭髮半白,人生33年的黃金歲月以大亞為家,一路走來他與大亞共同歷經瓶頸,也攜手思考突破,甚至在3年前,大刀闊斧地分批將漆包線事業群廠區的機台全數汰舊換新。

 

機器更新了,產能與良率也提高了,然而這並不代表從此高枕無憂。曾經邱榮焜為了追溯一項不合規的產品,一路從生產單位、品保單位、到技術單位,花上3至4天的時間才將整個流程的報表兜出來,「但報表也只能顯示當時的作業情形,無法進一步去分析原因,更別說人員手抄的過程中是不是出了差錯。」當時邱榮焜便不斷思考,若能有一套系統可自動蒐集各機台數據,累積到一定資料量後,還能進一步執行分析,提升機台效能與產品良率,才是長遠之計。

 

隨著資通訊技術日益成熟,邱榮焜當初的靈光一閃,現在已可付諸實現。2年前,他與同仁一起四處探訪投入智慧製造的公司,並修習相關課程。有關智慧製造的點點滴滴,大亞的智慧轉型逐漸在他腦中發展出完整藍圖,「大亞有四大事業群,在中國大陸、越南也有設廠;智慧製造的轉型,我們漆包線事業群率先打頭陣,規劃建置完成之後,再複製到其他事業群去。」

 

工業級無線網路 將生產數據丟上雲端

 

啟動智慧製造所牽涉的架構與範疇如此巨大,但是邱榮焜面對這項挑戰,不僅不願服輸,甚至只給自己5年的時間完成這項艱鉅的挑戰。

 

帶著破釜沉舟的決心,他更加積極地尋找適合的合作廠商,「這套系統要網羅這麼多機台的數據,未來還要擴充到整個大亞集團,在業界裡擁有足夠人才和跨領域技術的,非工研院莫屬了。」

 

於是大亞與工研院攜手,引進雲端戰情中心系統,工研院資訊與通訊研究所雲端運算技術推廣部專案經理周茂良解釋,這套系統不僅能將不同年份、不同品牌的眾多機台資訊擷取出來,透過工研院開發的工業級無線網路「WiFi Mesh」,可將數據傳送至戰情室,並自動彙整成報表;這個平台的可擴充性相當大,可依據大亞的需求加入線上自動量測、監控系統、與可視化系統等服務。

 

製造數據整合可視 打破傳產人機配置

「簡單來說,同仁只要在戰情室,就能對廠區內所有機台狀況一目了然。」邱榮焜表示,這套系統最厲害的一點,就是打破數10年來,傳統產業長久不變的定律──人機配置。「為了不影響漆包線機台的作業溫度,廠房內不能裝置空調,每到夏季,場域內溫度高達40度,工廠同仁們苦不堪言卻也無可奈何。現在我們只要待在每層樓的戰情室就可以監測機台狀況,有問題再通報機動小組前往探查解決就好。」

 

智慧製程的升級,最初仍回歸到體恤員工的那份心,即使過程一點也不簡單。

 

「我們最細的銅線產品是0.02毫米,比頭髮還要細,為了做出能同時達到快速、精準雙重檢驗目標的『視覺辨識斷線偵測系統』,就花了足足半年的研發時間。」邱榮焜表示,雖然工廠是密閉空間,卻仍有光線干擾,每天不同時段就有不同方向的光線照射,冬天與夏天的太陽軌跡也不同,因此這套系統必須要達到在每一個時段、每一種光線照射下都可以量測得到,成為保障出貨品質的最後一道防線。

 

此外,由於大亞機台眾多,在數據傳輸上難以使用有線網路配置,而無線配置又時常受到干擾,邱榮焜解釋:「我們工廠的地板是金屬、產品也是金屬,空氣中有很多游離電子,加上整個場域的電流電壓都會干擾到無線數據的傳輸,這部分我們跟工研院都做了很多努力去克服。」

 

未來大亞沒有作業員 只有工程師

 

縱然投入的心力與財力甚多,但在雲端戰情中心系統的大數據分析協助之下,排程不僅更為優化,甚至能做到設備預診斷的工作,大幅降低機器無預警故障所損失的成本,甚至無法如期供貨的風險。

 

「大亞一直告訴自己,我們要做領先者,不做追隨者,線纜業引進智慧製造我們是第一人。」邱榮焜的眼界不僅是放在管理端而已,他坦言,這套系統並不會替代多少人力,或者降低多少成本,大亞的願景是由下至上,全面轉型升級。

 

作為土生土長的南台灣子弟,邱榮焜將工作的熱愛與對原鄉的情感合而為一,「台灣不能再做低階的產品,勞力密集的產業最後只能外移,」邱榮焜希望,以後大亞沒有作業員這個名稱,取而代之的是製程工程師,整個職場價值要提升,年輕人才有未來與希望!

 

 

跨出智慧製造第一哩路
台朔重工讓新舊機台說共同語言

(台朔重工提供)

台塑企業為了降低建廠成本,提升競爭力,非常重視製程設備之自主研發、設計與製造,而台朔重工公司在台塑企業集團內肩負生產關鍵設備之事業單位,由石化製程設備、橡膠製品、精密齒輪增/減速機、自動倉儲及汽電共生系統皆為了滿足企業集團之需求並即時提供各項技術服務而發展,進而供應台灣業界,走向國際市場,是台灣重工業基礎建設輸出的模範生!

 

轉型智慧工廠 迎戰市場競爭

 

「我們是3K產業,勞動力不足,」擁有30年資歷的台朔重工組長黃文雄笑稱,「隨著一起打拼的同事邁入中高齡,就說焊接好了,他們無法像年輕時可以一直蹲著同時保持手勢穩定,必須想辦法把這門技術自動化、數據化,技術延續之際,還能提升產品價值。」面對激烈的市場競爭,公司上下均已形成「轉型智慧工廠」的共識,「不然會被淘汰。」

 

「我們許多產品,如汽電共生、自動倉儲等設備,都是整廠輸出,」黃文雄說,台朔不僅希望生產場域做到智慧製造,更希望將諸如設備健康狀態監診,這類智慧技術放進自家產品,為客戶提供加值服務。

 

基礎建設先行 擷取參數分析監看

 

去年台朔重工找上工研院,希望從單機智慧化做起,逐步做到預兆診斷、加工優化。經過1年多的溝通與訪查,工研院決定從機台數據蒐集、工廠系統整合跟人工智慧(AI)輔助三大面向,加速落實智慧製造目標。

 

首先,選定鑽孔機、滾齒機及熱處理設備等代表性加工機台率先導入,利用工研院所研發的「工業級無線網路WiFi Mesh」通訊專利技術,在機台與後台之間建立連線,蒐集各機台運行的參數與狀況。

 

「沒有聯網的設備運作就像黑盒子,」工研院資訊與通訊研究所智能製造服務系統副組長張維仁指出,就算是總經理、廠長,都很難全盤掌握機台實際作業情況。「工業級無線網路WiFi Mesh」,在網路斷線可自行找尋路由,自行恢復連線,蒐集、存檔以及追蹤機台運行的電壓、電流、溫度、振動、轉速等科學化參數,即時查看有無符合標準流程與作業工時,並留下完整生產履歷,強化管理效率。

 

黃文雄也說,光是把設備聯網,就能對生產做基本監看,「例如機台在動,但作業員卻沒有加工,就可透過即時監看發現。」過去,製造現場要靠生產管理助理「滿廠飛」,蒐集機台數據,「聯網之後不僅省掉這道麻煩,資料更準確!」

 

打通資料壁壘 效率品質雙提升

 

「台朔重工規模大、歷史悠久,機械設備橫跨不同年代與品牌,挑戰也大。」張維仁表示,工研院協助建置標準化資料管理平台,導入機器對機器的網路傳輸協議OPU UA,讓講不同語言的機器也能溝通;下一步再跟企業資源管理系統(ERP)或製造執行系統(MES)介接,完成訊息交換以及視覺化圖控監管,結合公司管理與工廠管理,一方面可達自動監控、自動警戒的目的;另一方面,也能迅速評估成本、接單與交期,提升生產效率與產品品質。

 

此外,蒐集機台回報的數據,搭配AI預兆診斷系統,可提前發現設備異常,分析哪些情況會發生錯誤,並預測再發生的機會,提前掌握。「只要可預先掌握,就能趁早訂購備品,即時進行維修,以免非預期停機影響出貨,」張維仁說。

 

「工研院的博士有夠厲害,我們提出的問題都能夠解決,」黃文雄豎起大拇指。台朔重工仁武廠在工研院的協助下,預計投入總營收的6~10%,打造工業4.0的智能工廠,以改善企業體質與全球產業發展接軌,維繫永續競爭力。

 

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