產線提升效能顯著 數位轉型最佳借鏡
台達推動的 5G 智慧製造專案，著重智慧設備的引進、人力提升轉型，以及每小時單位產能提升。在桃園一廠 5G 智慧產線啟用後，該公司持續加速推動全集團的數位轉型，維持全球領導地位。
採訪／施鑫澤‧文／林裕洋
在消費者自主意識抬頭，帶動消費體驗至上的風潮，也讓少量多樣生產需求的趨勢成為主流，對傳統以大量生產為主的製造模式，帶來前所未有的大挑戰。為此，全球製造業莫不積極啟動智慧製造專案，期盼在自動化產線之中融入智慧通訊技術，讓設備之間能夠彼此溝通，除可具備快速調配產線生產種類的能力之外，也可減少原物料的浪費。
過往在 4G 行動網路時代，智慧製造生產模式往往受限於網路頻寬、延遲等因素，無法展現預期效益。儘管有不少業者完成示範智慧製造場域，但是幾乎都是採用單一解決方案，不僅價格昂貴，也有單一品牌商綁架的風險，以至於讓台灣廠商興趣缺缺。所幸在具備高頻寬、低延遲、大連結特性的 5G 行動通訊問世之後，各種問題逐一被克服，加上市面上各種標準方案愈來愈多元，也催生更多智慧製造場域。以全球電源管理暨工業自動化解決方案領域有優異成績的台達，即在 2021 年 3 月底啟用於台灣桃園龜山工業區廠區內，首座以 5G 技術打造的智慧工廠，堪為台灣產業邁向工業 4.0 的重要里程碑。
台達副總裁暨企業策略業務發展和聯盟總經理柯淑芬博士指出，這次在桃園廠區成功升級的產線主要生產工業用向量控制變頻器產品，經過導入自製自動插件設備（Rapid Transformable Machine, RTM）、無人搬運車（Automatic Guided Vehicle, AGV）、自製自主移動機器人（Autonomous Mobile Robot, AMR），以及運用虛擬實境與混合實境（Mixed Reality, MR）/擴增實境（Augmented reality, AR）所建構的組裝訓練、操作輔助、視覺化設備控制與管理等智慧功能。台達持續將桃園一廠智慧製造的相關經驗水平展開到 48 個生產據點，全力進行智慧產線的建設與升級。
台達智慧工廠在各個產品面，生產配置必須具備高度彈性調整的特質，如隨時替換各式治工具與快速產線配置，根據台達公布資料顯示，桃園一廠智慧產線已順利端達到降低製程不良率、提升設備稼動率與製程線平衡等重要指標。此成功案例問世之後，有望帶動台灣製造業推動數位轉型，加速整個產業邁進工業 4.0 。
商業環境劇烈變動 推動智慧製造刻不容緩
隨著全球分散式製造的趨勢底定，工廠建置從過去集中在勞動力市場，逐漸往產品銷售市場所在地靠攏，所以台達持續在全球各地設立生產基地，包括台灣、中國大陸、泰國、印度、美國，以及歐洲多國等，共計超過 48 個廠區。然面對各地消費需求變化快速，加上美中貿易大戰、COVID-19 疫情等接連來襲，引爆全球供應鏈劇烈變動，乃至於出現急單、短單等挑戰，也更突顯出打造全球分散式智慧化彈性生產線的重要性。
長期以來，製造業一直致力打造少量多樣、具彈性生產的自動化產線，這並非容易達成的目標，以台達的桃園一廠智慧產線為例，其生產的變頻器並非單一規格、大量生產，這條產線上共生產 203 個機種，料號高達 1,606 種、差異化工序達 27 種，每日換線次數超過 10 次，屬於少量多樣的生產型態、生產模式複雜，因此，台達運用 AIoT、Edge Computing、AI 以及 5G 等技術，打造一座真正的智慧化工廠後，順利讓前述問題都迎刃而解。
[ 2022年度CIO大調查報告下載 ]
柯淑芬說，台達觀察到全球製造生態正在快速改變中，台達執行長鄭平先生自 2016 年開始逐步佈局智慧製造，2018 年先在蘇州吳江廠區完成 PLC 智慧產線升級，更規劃將智慧製造陸續應用至各廠區。台達桃園一廠是台達的「第一個工廠」，也是工業自動化產品的重要生產基地，肩負龐大的生產任務。為突破空間與人力成本等限制，台達透過異業聯盟，運用遠傳 5G、雲端以及 AR/VR/MR （如 : 微軟 HoloLens）等技術，完成桃園一廠的產線升級，成功打造變頻器智慧產線，為台達在全球的智慧製造轉型樹立全新里程碑。目前，台達桃園一廠除單線每月產能顯著提高外，更帶來人均產值提升 69% 以及單位面積產值提升 75% 的效益。
遵循六大策略 智慧工廠成功關鍵
為確保首座 5G 智慧工廠能順利完工，台達從規劃階段即遵循數位轉型的六大策略，分別為是簡單化/合理化（SIMPLIFY）、標準化（STANDARDIZE）、模組化（MODULARIZE）、數位化（DIGITALIZE）、虛擬化（VIRTUALIZE）、自動化（ROBOTICISE）。柯淑芬表示，合理化/簡單化是數位轉型和智慧製造的重要基礎，即是在產品設計之初，就要避免過度複雜或無法被生產的設計，而非僅把人工操作動作和習慣直接用自動化設備取代。若僅是以自動化設備取代人力繁鎖的動作和習慣，容易讓製程過於繁複，不但造成生產成本上升，未來設備也會遇到擴充瓶頸，陷入容易被淘汰的命運。
在標準化、模組化部分，主要是考量到降低後續維護與系統串連的難度。台達串聯 ERP 系統，並自主研發 MES 等各項軟體，選用標準的零組件，並且有紀律地管理台達所有的智慧軟體、韌體、硬體，能夠確保所有產品功能都能被重覆應用，同時避免發生重覆開發的問題。至於數位化、虛擬化方面，能降低硬體測試環境的建構需求與次數，有效節省空間、降低成本，亦為後續系統間的溝通建立良好基礎。
[ 加入 CIO Taiwan 官方 LINE 與 Facebook ，與全球CIO同步獲取精華見解 ]
「最後，在製程中融入數位雙生（Digital Twins）的概念，運用設備聯網蒐集到的各種數位化製程資訊，以虛實整合與建模的方式，模擬出最佳的參數，不但可減少錯誤的設計、降低對硬體環境依賴與建構成本，同時也為系統間的資料交換打下基礎，達到自動化導入與製程持續優化的目的。」柯淑芬解釋：「透過上述的升級改造，各個生產基地從自動化進展到數位化、智慧化，並且用智慧化思維來管理與維運，這是智慧製造轉型的重要方向。」
整合四大架構 成就智慧工廠
台達智慧工廠的另一成功關鍵，在將原本獨立運作的智慧設備、智慧組裝、智慧物流與智慧分析等四大架構，整合到單一平台上，讓寶貴資料能夠重複運用，創造最大效益。智慧設備是智慧產線的基礎，台達為打造高彈性的產線，導入自製 RTM （Rapid Transformable Machine, RTM）設備，此設備具備虛實機台離線編程，彈性轉換設備功能、快速校正機制。，產線可視製程需求機動更換功能模組，達到一機滿足插件、鎖螺絲等多重應用。
此外，在產線運用微軟 HoloLens 解決方案，搭配虛擬實境（Virtual Reality, VR）與混合實境（Mixed Reality, MR）技術，同時模擬設備實際操作環境，也節省實體訓練資源與成本。在設備管理部分，過去只能依靠老師傅進行設備保養與異常排除，缺乏一套機制將相關技術傳承給新進員工，容易發生技術斷層。現今將相關知識融入 MR 系統後，維修人員在設備保養過程中，可依循系統發出的建議與校正步驟，有效落實保養機制。當設備發生異常時，專家也可即時透過遠端連線提供協助現場員工排除故障，大幅降低停機時間。
柯淑芬表示，在智慧產線部分，員工會先用 VR 模擬實際組裝，可節省實體訓練資源，學習上也不用受到空間與時間的限制。在實務上亦能運用 MR 來落實智慧組裝，在前置準備作業前，先以虹膜辨識確認工站人員身份，再透過混合實境指引上料、治具安裝以及組裝步驟，直觀易懂，提升少量多樣組裝作業的生產效率，產線主管也可透過 5G 網路攝影機即時監控組裝程序，並透過系統提醒，阻斷不良品產出，進而提升整體生產品質。
對於採用 HoloLens 應用在智慧產線，柯淑芬透露，由於使用時須進行虹膜辨識，因此可以確保生產線人員在正確的工作站值勤，尤其有些生產線上的工作站必須有技術認證的人員來操作。導入 HoloLens 後，產線生產品質與人員管理得以有效掌握，帶動其他生產據點導入這項裝置。
建構智慧物流 確保工廠運作效率
在製造業有豐富經驗的台達，熟知物流是工廠運作的重要關鍵，所以在打造智慧工廠時，自然也將智慧物流列為要工作項目。在員工備料過程中，可透過 MR 與微軟 HoloLens 的輔助，減少現場人員的工作負擔，由系統依料單自動指引取料路徑，並規劃最佳撿料順序，確保物料先進先出，降低備料錯誤率與無效工時、提升備料效益。在撿料時，MR 系統與倉庫管理系統連動，員工透過 HoloLens 讀取物料條碼的同時，也會即時完成系統扣帳工作，確保帳、料的一致性。產線也導入無人搬運車（Automatic Guided Vehicle, AGV），負責執行廠區內部物流的智慧配送，能大幅提高設備稼動率，免去人為疏失。
柯淑芬說，智慧轉型的最後一哩路，是透過智慧分析擴大資料及資訊的價值。我們運用人工智慧與機器學習/深度學習，取代人眼進行視覺判斷，能快速、精準的檢出不良品。還能透過設備聯網與 5G 網路攝影機蒐集到的各種生產資訊以及影像、圖片等資料，運用人工智慧技術進行不同性質的智慧分析，再將分析結果回溯到製程、擬定改善策略，提高產線製程線平衡率並達到製程的持續優化。
整體而言，台達智慧製造著重智慧設備的引進、人力提升轉型，以及每小時單位產能（Units Per Hour, UPH）提升等三大重點。在桃園一廠智慧產線啟用後，台達持續將成功經驗水平展開到其他 48 個生產基地，全力加速推動全集團的智慧製造升級與數位轉型，奠定穩健成長的營運基礎，維持全球領導地位。
(本文授權非營利轉載，請註明出處：CIO Taiwan)
台達位於桃園一廠的 5G 應用示範生產線。
採用微軟 HoloLens 應用之場景。
