2022年6月29日 星期三

· 什麼是智慧工廠?

 
The Smart Factory @ Wichita:德勤全新的沉浸式學習中心


不只是縮時,還有粉塵、噪音、位移偵測

SAP



顧名思義,智慧工廠就是……智慧。 智慧工廠是一個由機器、通信機制和運算能力組成的互聯網路,是一個網路實體系統,它使用人工智慧 (AI) 和機器學習等先進技術來分析數據、驅動自動化流程並隨其學習。

智慧工廠和智慧製造是被稱為工業 4.0 ,或第四次工業革命的技術變革的一部分。前三次工業革命中的每一次,都源於一項徹底改變了我們工作,和製造產品方式的創新技術:即蒸汽機、裝配線和電腦的能力。今天,第四次革命是由數位化轉型和智慧自動化驅動的。



改變世界的智慧工廠

在過去的幾年裡,企業領導者越來越清楚,數化轉型是供應鏈和製造業務的當務之急,他們希望在 2020 年代具有競爭力和彈性。大流行進一步暴露了全球供應鏈的弱點和行業脆弱性。《福布斯》雜誌的一篇報導重申了這一點,稱「COVID-19 向世界展示了製造業應該已經知道的東西。傳統的供應鏈和製造生態系統正在失敗,我們需要轉向更具適應性、更敏捷的完全數化解決方案。」

消費者的期望,也有助於智慧工廠技術和未來工廠的發展。被稱為亞馬遜效應的消費者,對次日送達的需求,一直在穩步快速成長。根據《企業家》雜誌 2019 年的報導,「無論好壞,美國經濟和全球經濟,都處於亞馬遜效應的陣痛之中。 [...] 電子商務供應商,在與亞馬遜的速度和效率相搭配方面,承受著越來越大的壓力,而且沒有證據顯示,消費者的期望正在緩和。」這種趨勢一直是對智慧工廠技術,需求不斷成長的一個主要因素,因為過時的系統已被證明,無法滿足跟上這一現象所需的物流和倉儲能力規模。

製造商和供應鏈經理在努力盡量減少,對國際合作夥伴的依賴時面臨進一步的風險和營運中斷。按需製造和虛擬庫存等智慧工廠解決方案,當然可以最大限度地,減少對海外供應商和製造商的依賴。然而,正如哈佛商業評論 2020 年的一篇報導中指出的那樣,將製造業帶回美國,說起來容易做起來難。好多其它的。正如世界開始依賴,不同地區的鐵礦石或鋰金屬等自然資源一樣,它也變得依賴這些專家所在的地區。」增加國內製造固然可以降低成本和供應鏈風險,但並不一定會消除對海外合作夥伴的需求,也不一定會減少供應鏈中的環節總數。因此,採用數位化工廠技術來優化效率和可見性,比以往任何時候都更加重要。

智慧工廠如何運作?

我們經常談論自動化流程,就好像它們是智慧工廠所獨有的 —— 但自動化和機器人技術,已經在製造營運中使用了幾十年。許多傳統工廠在其營運的各個部分使用自動化機器,例如條碼掃描機、攝影機和數化生產設備。但這些設備沒有互連。傳統工廠中的人員、資產和數據管理系統,都是相互隔離的,必須持續手動協調和整合。

智慧數工廠的工作原理,是將機器、人員和大數據整合到一個數連接的單一生態系統中。智慧工廠不僅可以管理和分析數據,它實際上還可以從經驗中學習。它解釋並從數據集中獲得洞察力,以預測趨勢和事件,並推薦和實施智慧製造工作流程和自動化流程。智慧工廠不斷進行程序改進,以自我糾正和自我優化 —— 它可以教自己(和人類)變得更有彈性、生產力和安全性。

智慧工廠的結構

智慧工廠的基本結構大致可以概括為三個步驟:

組成智慧工廠的三個主要程序


數據採集:人工智和現代數據庫技術,允許在整個業務、供應鏈和世界管理和採集不同的有用數據集。透過感測器和 GATEWAY,工業物聯網 (IIoT) 允許連接的機器,將數據收集到系統中。過無數其他數據門戶,人工智驅動的系統可以編譯與性能、市場趨勢、物流,或任何其他潛在相關來源相關的數據集。

數據分析:機器學習和智業務系統使用高級分析,和現代數據管理解決方案,來理解收集到的所有不同數據。IIoT 感測器可以在機器需要維修或修理時發出警告。可以編譯市場和營運數據,以發現機會和風險。可以隨著時間的發展研究工作流程效率,以優化性能並根據需要自動更正。事實上,可以比較和分析的數據集,提供了幾乎無限的組合可能性,為數位工廠優化和供應鏈預測提供資訊。

智慧工廠自動化:一旦數據採集和分析完成,工作流程就會建立起來,指令會發送到系統內的機器和設備。這些設備可能位於工廠的四堵牆內,也可能位於供應鏈中物流或製造環節的遠處。智工作流程和流程,不斷受到監控和優化。如果新聞報導警告對某種產品的需求激增,則可以指示 3D 列印機工作流程,提高該產品的生產優先級。如果原材料的裝運延遲,可以將庫存緩衝投入輪換,以消除任何中斷。

智慧工廠的好處

許多企業都在使用幾十年來,基本沒有改變的供應鏈營運和系統。但隨著消費者期望和經濟不確定性處於空前高位,供應鏈經理需要能夠提供可衡量,且顯著收益的解決方案,並且能夠迅速帶來收益。據《福布斯》雜誌報導,2017 年只有 43% 的製造商正在進行智慧工廠計劃。到 2019 年,他們中的 68% 做到了。對於投資於數位化轉型和智慧工廠解決方案的公司而言,可能會帶來巨大的商業利益,包括:

生產力和效率:縱觀其歷史,製造業主要是做出反應 —— 觀察已經發生的事件或趨勢,然後在事後試圖將業務引導到不同的方向。智工廠技術目的在減少對被動實踐的需求,並將供應鏈管理轉變為,更具彈性和響應能力的模式。使用預測分析和大數據分析,可以辨識和實施優化的流程。即時庫存管理、準確的需求預測,和更快的上市速度,是智工廠提供的一些效率優勢。在數洞察力的增強下,在工廠工作的人們,也能夠簡化他們的工作,從而提高營運的整體生產力。德勤在其 2019 年工廠研究中告訴我們,「公司在投資智工廠計劃後,在製造產出、工廠利用率和勞動生產率等領域,報告了高達 12% 的收益。此外,到 2030 年,擁有智工廠的製造商可能會超過傳統工廠,淨勞動生產率提高 30%。」

可持續性和安全性:消費者越來越願意花更多的錢,購買他們知道使用對社會和環境負責的方法採購和製造的產品。現代智工廠技術,使企業比以往任何時候,都更容易辨識和實施更環保、安全和對社會負責的製造實踐的機會。工廠經理可以使用區塊鏈和 RFID 感測器等數位創新技術,來確保所有材料和供應品的無可辯駁的來源和品質控制 —— 即使來自供應鏈中最遙遠的環節。在離家更近的地方,國際自動化學會報告稱,機器人和自動化設備可以幫助減少或消除,五種導致工傷的主要原因中的三種。

產品質和客戶體驗:就像孩子們的電話遊戲一樣,傳統製造商通常很難確保他們的指令,被供應鏈中的下層供應商和製造商,準確接收和遵循。在智工廠中,智工廠中的雲連接,和端到端可見性為製造過程的所有層級帶來了即時洞察和建議。快速客製化和響應變化趨勢的能力,意味著產品緊跟客戶需求。系統數據的高級分析,可以快速發現弱點或需要改進的地方。這可以提高市場競爭力、更好的產品評論,以及更少的高成本退貨或召回。

智慧工廠技術

慧工廠技術高度靈活。隨著企業內部數位化轉型計劃的興起,根據需要進行擴展、修改和適應的可能性幾乎是無限的。

雲連接:無論是公共的、私有的還是混合的,都是所有數據和資訊在智工廠中流動的管道。業務範圍和全球雲連接,確保業務的每個領域都使用即時數據進行營運,並且可以立即查看供應鏈中所有連接的資產和系統。

人工智慧:使用整合 AI 技術的操作系統,具有速度、功能和靈活性,不僅可以收集和分析不同的數據集,還可以提供即時見解和響應建議。智工廠內的自動化流程和智慧系統,透過人工智不斷優化和通知。

機器學習:機器學習為智工廠帶來的最有價值的好處之一,是其先進的預測性維護能力。透過監控和分析製造過程,可以在系統故障發生之前發出警報。根據情況,可以進行自動維護,或者,如果需要,可以推薦人工干預。

大數據:強大的大型數據集,允許在智工廠中進行預測性和高級分析。企業長期以來一直了解大數據的策略價值,但直到最近,它們往往缺乏有意義地使用它所必需的系統。供應鏈和智工廠的數位化轉型,為企業利用大數據洞察力進行優化,和創新開闢了廣闊天地。

工業物聯網 (IIoT):在智工廠中,當設備和機器配備唯一標識符,並能夠發送和接收數位數據時,它們就構成了 IIoT 網路。現代機器可能已經擁有數位門戶,但即使是幾十年前的類比機器也可以配備 IIoT Gateway 設備,以使其跟上速度。從本質上講,從設備發送的數據報告其狀態和活動,發送到設備的數據控制,並自動化其操作和工作流程。

數位雙胞胎:機器或系統的精確虛擬副本成為其數位雙胞胎。它允許以最小的營運風險實現最大的創新和創造力。可以將數位雙胞胎推向極限,以多種虛擬方式重新配置,或測試其在現有系統中的相容性 —— 所有這些都不會在實體世界中產生風險或資源浪費。

增材列印:也稱為 3D 列印,它允許智慧工廠使用智慧自動化進行按需製造。這在供應鏈意外中斷或產品需求突然出現時尤其重要。但即使一切照舊,虛擬庫存也可以透過準時製造,來極大地降低風險和浪費。

虛擬實境 (VR) 和擴增實境 (AR):2019 年,Assembly Magazine 將 VR 可穿戴設備在智慧工廠中的一些應用描述,為「能夠將環境條件、庫存水平、流程狀態、裝配錯誤數據、利用率,以及以上下文相關的方式(你看或走的地方)的吞吐量指標。」這種身臨其境的感官體驗,讓用戶可以使用來自任何位置或時間點的即時數據,來增強他們的自然感官,從而讓他們暢通無阻地了解工廠狀態。

區塊鏈:幸運的是,隨著智慧工廠技術的進步,安全解決方案也在跟上。區塊鏈在供應鏈中有許多應用,從與供應商創建「智合約」到追踪商品的來源,和整個供應鏈過程中的處理。在智慧工廠中,區塊鏈對於管理整個企業對連接資產和機器的訪問特別有用 —— 保護系統的安全性和這些設備保存的記錄的準確性。

現代數據庫:內建記憶體數據庫和現代 ERP 系統是工業 4.0 以及所有智能工廠和智能供應鏈解決方案背後的「大腦」。傳統的基於磁碟的數據庫被推動 —— 通常遠遠超出其限制 —— 以跟上運行智慧工廠和現代供應鏈所需的複雜數據管理分析功能。

實現智慧工廠轉型

2020 年為全球企業帶來了巨大的顛覆和營運風險,在 COVID-19 之前,德勤 2019 年對 600 多名製造業高級管理人員進行的調查報告稱,86% 的人認為,在未來五年內,「智工廠計劃將成為製造業競爭力的主要驅動力。」今天,數位化轉型和供應鏈現代化,比以往任何時候都更從長期目標,轉變為決心創新和競爭的公司的緊急和緊迫的優先事項。

你如何開始智慧工廠轉型,將取決於你現在所處的位置,以及哪些流程對你的業務最為關鍵。初始系統審計將幫助你分析和評估現有流程、資產和業務系統。在開始自動化工作流程和製造流程之前,你需要評估它們今天的樣子。

在您開始數位化轉型之旅時,同樣重要的是要記住,慧工廠的慧」來自其先進的數據分析和數據管理能力。現代數據庫和強大的 ERP 系統慧工廠背後的大腦。它們支持驅動系統的高級功能。任何慧工廠轉型成功的一個主要因素,將是現有業務系統管理大數據和整合人工慧、機器學習和高級分析等技術的能力。

最後,慧工廠轉型最好的事情之一是,要有效,它不必一次發生。它也不需要中斷或暫停現有的業務活動。企業為實現數位系統現代化和優化,而採取的每一項措施,都將使他們更接近完全整合的慧工廠。此外,就其本質而言,慧工廠技術會收集和分析數據。這意味著任何新的數位技術的影響和投資回報率,都可以從安裝的那一刻起進行衡量和評估。

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