什麼是工廠自動化?
工業4.0的浪潮下,工廠自動化是必經之路。工廠自動化可以提高製造效益,節省人力成本,回應市場多元的需求。
工廠自動化指的是利用自動裝置系統,控制生產流程與設備,需要整合電腦技術、自動化技術、感測激光技術、機械設備等條件,使產品能夠自動製造,或部分加工自動完成的技術。透過工廠自動化系統,將各種自動化設備、生產線整合起來,搭配電腦程式設計、製造系統,由中央電腦統一管理,工作流程能夠更加順暢、安全、便利。
工廠自動化的發展內容
因為感測、遙控技術逐漸成熟、電腦普及,除了生產製程自動化,也包含產品、設計、管理自動化,朝著有通訊功能的局部網路(FactoryLAN)的方向發展。
工廠自動化可以粗分為兩種:
- 連續生產過程自動化:簡稱「過程自動化」,主要是處理石油、化工、冶金等流體、粉體、傳輸的項目。由於大多處理流、粉體,控制技術發展快速。常應用於化工、化肥、酸、鹼、有機合成、化纖、橡膠、製藥、石化、石油煉製、輕工造紙、塑料、製糖、食品加工、電力、建築材料(水泥、耐火材料)等產業。
- 離散生產過程自動化:指的是機械加工廠裝配、包裝、運輸、儲藏等作業自動化,處理的對象大多為固體,有位置、尺寸、形狀等問題,不像流體或粉體那樣容易控制,自動化控制技術的進展較為緩慢。常應用於化工染料、輕紡等領域。
而自動化設備雖看似複雜,但是關鍵皆在於控制器、致動器、受控體及感測器技術與設備。受控體泛指那些要被控制的對象,例如機械手臂末端夾爪的位置和姿態;致動器指的是動力來源,通常是由馬達、油壓缸及氣壓缸產生;致動器結合感測器,可以達到快速回應、高度精確的運作目標。
控制器是一個橋樑的角色,電壓訊號經過控制器設定好的演算法,輸出給致動器,讓系統得以運行,也能追蹤誤差數據。
每個自動化控制系統,皆有中央控制平台,掌握整體機械運行,目前發展出可程式化邏輯控制器(PLC),穩定、售價便宜可降低成本、運算能力高,相關模組系統齊全,介面簡易且容易連接網路。
工廠自動化的目標,是整合相關技術與設備,建立電腦自動化系統多功能發展。
產品從原料、市場、加工製造、品質管理每個環節互相影響、環環相扣,過去運用大量的人力處理,未來的自動化工廠,透過電腦自動化系統SERVER/CLIENT、SERVER/BROWSER兩種工作模式,與企業管理決策系統層(ERP)、生產執行系統層(MES)、流程式控制系統層(PCS)三層結構發展,可以當地、或遠程運行監控來調度。
工作人員只要在中央控制區,就能掌握整體製程的運作,有效的調度資源,並不需要太多的人力,就能達到產能目標。
工廠自動化的效益
因為科技進步飛速,傳統人力成本也在不斷上升當中,已無法滿足產業製造與市場多元的需求,以機器代替人力,建立無人的自動化工廠,已是未來趨勢,甚至會深入到社會生活的各種層面。例如,交通工具自動駕駛系統、精細手術的機械手臂、服務型機器人、農作物生長控制、天災預警,都是可以應用的領域,讓人類生活更加安全方便。
而對於大量生產為主的製造業而言,未來市場為少量多樣的客製化趨勢,需要借助自動化管理系統即時整合庫存資訊、管理製程、調度生產線,掌握生產狀態與品質,才能跟上市場潮流。
台灣工廠自動化的發展趨勢
要轉型工廠自動化,在過去可能需要多方硬體設備才能達成,然而現在,只要改變軟體程式、雲端系統,就有可能同時操控多顆控制器,處理不同的資訊與硬體需求,運作更加方便,也省下維護大量硬體設備的成本與時間。
台灣發展工業自動化,需要將機器變聰明。
首先需要較高階的軟硬體、感測系統,模擬生產程式,讓電腦透過學習來提昇生產效率。例如,程泰集團的G.LINC 350智能化系統,讓汽車擁有防碰撞功能,同時能上傳數據到雲端,預測故障、智慧監控,交通更加便利安全。
而在半導體產業,因為產業製程大多極其複雜,市場要求也越來越嚴苛,變動也越多,面對這些挑戰,企業需要轉型為自動化工廠,透過電腦設備完成複雜精細的製造環節,才有機會提升獲利與競爭力。
自動化工廠的應用,SanDisk上海封裝及測試工廠的做法,或許值得借鏡。
SanDisk是Western Digital Corporation 旗下品牌,快取儲存產品的領導者,在許多電腦、智慧手機、平板電腦等電子產品,皆可見到其身影。
而位於上海的製造工廠,擁有先進的自動化製造系統、封裝與測試操作室,其使用機器人及無人搬運車,來解決複雜的倉儲運輸、產品搬運問題,搭配倉儲系統,實踐自動化搬運的模式,減少過去人工搬運時犯下的錯誤與原物料浪費問題,也能提高製程的精確度與品質。
而台灣的優勢在於厚實的工具機產業基礎,有機會切入更高端的製造業,幫助產業升級,導入工廠自動化系統,創造更多附加價值的服務與產品。
工廠自動化,是工業4.0潮流的重要關鍵,國際半導體協會(SEMI)結合產官學的資源,透過座談會、展覽、論壇活動,建立交流平台,致力於協助企業建立自動化製造系統,以因應市場多變的需求,提升生產效益、降低成本,讓企業具備更堅實的競爭力。