國試論壇 - 認識.工業4.0_上
認識.工業4.0_上
行政趨勢2017/11/10 王毅 人氣:2371
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總統蔡英文2017年2月7日上午到台中市出席「智慧∞機械推動辦公室」啟動儀式時表示,工業4.0是台灣不能錯過的機會,才能創造高品質的環境,智慧製造是非走不可的路。

那到底什麼是工業4.0?各國推動工業4.0的現況為何?而我國政府態度又是如何?

一、何謂工業4.0

IBM認為工業4.0是讓小型元件之間的聯接性增強,透過實體物件的資料蒐集,讓這些物件製造的生產過程產生明顯影響,當資訊蒐集量越多,整個生產流程就會越有效率。

該概念是強調實體物件與數位環境之間的資訊回饋循環,實體物件可以告訴我們,他們該如何被製造或何時該維修,讓整個生產流程非常的順暢,並達到節省成本與時間的效果。

「Data Strategy」的作者Bernard Marr,認為工業4.0(Industry 4.0)也可稱為智慧工廠,是透過虛實整合系統(Cyber-Physical System,CPS)監控整個工廠的營運流程並能自主決策、透過物聯網(Internet of Things,IoT)以及智慧感測器網路,讓設備之間或設備與人員之間可以及時互相溝通並合作。「Industry 4.0 introduces what has been called the “smart factory,” in which cyber-physical systems monitor the physical processes of the factory and make decentralized decisions. The physical systems become Internet of Things, communicating and cooperating both with each other and with humans in real time via the wireless web」

要做到工業4.0必須滿足下列條件:

 (一) 協同性(Interoperability)

機器、設備、感測器及人員之間可以互相溝通。

(二) 資訊通透性(Information transparency)

虛實整合系統能夠將感測器所收集到的現實世界的資料複製虛擬副本。

(三) 技術支援(Technical assistance)

虛實整合系統必須能夠支援人員決策並協助解決問題,此外也能夠協助處理太過困難或不安全的任務。

(四) 自主決策(Decentralized decision-making)

虛實整合系統能夠有自主判斷決策的能力。 

二、工業4.0的演進

工業4.0不是突然出現的,而是從工業1.0演變而來:

三、國際推動工業4.0現況

2016年資誠企業管理顧問公司(PWC)執行全球最大規模的工業4.0調查,參與研究的2,000 多名對象來自 9 個主要產業類別與 26 個國家。預期全球製造業計畫每年投資 9,070 億美元於工業 4.0;未來 5 年所累計的年營收增加可達 4,930 億美元;未來 5 年內,得以每年節省 4,210 億美元的成本花費。

主要國家推動工業4.0現況說明如下:

(一)美國的先進製造夥伴計畫(AMP)

美國的先進製造夥伴計畫(Advanced Manufacturing Partnership;簡稱 AMP),是總統歐巴馬於 2011 年 6 月向全國宣布,強烈表達振興美國製造業的決心,是美國推動「再工業化」、「製造業回流」的行動方案,將美國海外製造業遷移回美國本土。

2011年11月,美國商務部透過國家標準與技術研究院(NIST)設立「先進製造國家計畫辦公室(AMNPO)」,成員均為產官學界與製造相關的代表,負責統籌規劃與協調先進製造相關施政、管理公開競爭的研究所篩選創建流程,根據「確保美國先進製造領導地位建議報告」的定義,「先進製造」包括兩大類活動:第一是使用與整合資訊、自動化、運算、軟體、感測與網路技術,第二是使用最新材料及奈米科技、化學、生物學等學科催生的新興技術,可以用新的方法生產現有產品,亦可用新興先進技術製造新產品。 

先進製造夥伴計畫即是奠基於此報告之上,結合產官學研協同振興製造業的重大計畫,預計投入五~十億美元的經費,達成四大目標: 

1.強化攸關國家安全的關鍵產品的本土製造能力。 

2.縮短先進材料由開發、製造產品,至市場應用推廣的時程。 

3.開發下世代機器人,建立美國的產業領先地位。 

4.研究開放創新的節能製造技術、提升製造過程能源的使用效率。 

(資料來源:行政院生產力4.0方案、工業技術與資訊月刊「美國領軍先進製造 迎戰歐洲工業4.0」胡家琁著)

美國目前相關法案有

「先進製造夥伴」

(Advanced Manufacturing Partnership, AMP, 2011) 

「國家先進製造業戰略計畫」

(A National Strategic Plan for Advanced Manufacturing, 2012) 

「國家製造創新網絡」

(National Network for Manufacturing Innovation, NNMI, 2012)

 (二)歐洲 

2011 年德國提出「工業 4.0」推動以網實製造系統為核心建構「智慧工廠」,藉此維持在全球製造領域的領先優勢。

該科技發展著重於智慧工廠,技術策略是以物聯網(Internet of Things; IoT)和網路服務(Internet of Service; IoS)為範疇,發展水平整合價值網路、終端對終端流程整合、垂直整合製造網路、工作站基礎及網實系統(Cyber- Physical System; CPS)等技術,期許維持德國在全球製造產業領域的競爭優勢。(資料來源:行政院生產力4.0方案)

1.德國BMW

目前正透過無人搬運機的引進,積極導入工業4.0:

(1)智慧型前伸式叉車(Intelligent reach trucks)

該叉車能夠因應所處環境學習並調整,人員可以透過特定手勢跟叉車下命令用以執行倉儲、運輸等工作。

(2) 3D時差測距相機技術(3D Time of Flight camera technology in the reach truck)

每台叉車都有裝備3台相機,用以協助叉車感測環境,當環境發生改變,叉車將能夠即時收到資訊,例如通道上有障礙物叉車能夠及時閃避。

2.德國博世力士樂(Bosch Rexroth)

目前在德國薩爾蘭邦的洪堡工廠專門針對牽引機、叉車等移動機器生產液壓閥(hydraulic valves),該工廠已導入工業4.0的精神,液壓閥的生產線已改裝成9個裝設RFID晶片的自動化工作站,用以收集並校對資料,建構自主決策過程。

此外該工廠使用一種稱為ActiveAssist的技術,讓每個工作站的員工可以知道每個產品類型的工作步驟並符合個人需求調整,該技術能夠快速學習,增加生產彈性並減少錯誤發生。

該工廠的主系統ActiveCockpit,是一個高度互動性的製造系統,可將技術人員、產品、工作站、及生產流程串聯起來,協助收集、過濾,並將生產資料視覺化加快決策過程。

自從該工廠於2014年導入工業4.0之後,經過一年時間,建立時間(set-up time)*由450秒降到0秒、存貨時間從3天降到1.5天、週期時間從474秒降到438秒。產能增加10% 並每年節省500,000歐元。

目前歐洲最大的工業4.0研究專案「Productive4.0」獲,得1.6億歐元(約新台幣55.7億元)經費補助,將由英飛凌領軍,集結了19個歐洲國家、100多個計畫成員,包

 

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