工業4.0-打造智慧工廠 靠CPS核心技術串接
德國於2011年提倡國家走向「工業4.0」後,美國同年也提出「先進製造業夥伴關係」(Advance manufacturing partnership),爾後中國、日本及韓國相繼提出製造業升級政策,以保有製造業的優勢。
我國在2015年6月也由行政院提出「生產力4.0」的科技發展政策,強調產業轉型化帶來強大的價值,期望臺灣發展成爲亞太優質生產力的典範。
在上述製造業發展策略內容中,除了常見的機械手臂、巨量資料、3D列印等關鍵技術,仍有一項不斷提到的核心技術CPS(Cyber-Physical Systems,網宇實體系統),被各國製造政策列爲打造智慧製造的重要方案之一,期許利用CPS串接整個工廠資訊,並可即時對工廠做出反應。
CPS主要是讓「實體」和「虛擬」之間可以有效溝通和協調,在充份運用資訊及通訊技術,將虛擬世界和實體環境兩者之間的距離縮短,然後可利用資訊系統來快速反應及設定實體環境所需;而虛擬世界可以忠實表達現實環境發生的各種資訊。簡單來說,小至用APP查詢公車何時到站,大至捷運的中控中心,都是CPS的表現。
在環境相對封閉的工廠,導入CPS在工廠各項設備及流程,也可視爲一種類似ERP(Enterprise Resource Planning,企業資源規劃系統)的複合性整體解決方案。
過去,企業藉由ERP系統從財會、銷售等角度進行公司整體流程再造;如今,工廠也面臨改革上的需求,期許CPS利用不同軟硬體、感測器、工業網路等設備,進行虛實資訊的整合,使工廠具有智慧化的管理能力,改善工廠在製程、設計、以及現場環境等製造時所會遇到的各種問題。
導入CPS時,爲了對工廠內各項資訊進行管理及反應,目前仍有不同需注意的地方。
首先,爲了收集工廠資訊,必須安裝不同的感測器,但因不同新舊設備的限制,需注意感測器是否要額外加裝及選購的問題;再者,工廠現有網路協定經常不一致,對於如何將這些不同的協定進行異質網路和設備進行聯結,也是需解決的部分。
當要將所收集的資訊進行系統化的管理時,會因工廠皆以封閉性系統環境爲主,有各式各樣的製程,因此客製化需求程度往往較高,故在人力和預算下就先提前設想。
鑑於CPS仍爲一種複合性的整體解決方案,要在工廠把CPS做的完善,對於過去資訊化程度不高的工廠,所影響的層面及牽涉的角色,相對更爲複雜。
因此對於導入CPS的業者,需要用一種長時間投入的心情做足準備,並在人事、教育訓練、高層主管支持等各種影響因素上,清楚做出整體思維的規劃,以整體配套的方式進行CPS的導入;然後逐步將工廠虛擬和實際之間的距離縮短,讓工廠具有各種自主化能力,方能因應將來市場變量變樣的需求,比競爭對手更能具備經營彈性、搶得市場先機。