機台改造
既有產線升級工業4.0 落實資料透明最關鍵
工業4.0、智慧製造等概念,已經成為許多製造業所追求的目標。以台灣的電子跟機械製造業為例,許多新產線在設計規劃階段,就已經把工業4.0的元素納入其中。即便無法一步到位,至少日後的升級路徑是相對明確的。相較之下,既有產線要升級工業4.0,因為當初在規劃時並未將相關需求納入考量,如今要朝工業4.0升級,所遇到的問題遠比新產線來得棘手。
另一方面,對企業主而言,導入工業4.0的目的在於提高生產力,但每家製造業者的生產瓶頸跟問題不同,因此在實踐工業4.0的過程中,所需要的解決方案跟對策也不一樣。如果主事者沒有意識到這點,想要複製其他業者的成功經驗,會遇到許多問題。
資料是工業4.0核心
做為工業4.0概念的主要倡議者,德國工業大廠博世集團(Bosch Group)除了是工業設備的供應商,同時也是工業設備的使用者。也因為本身就是製造業者,加上其工業4.0的實踐過程中,幾乎沒有其他可供參考的範例,因此該集團如何摸索出一條將自家產線升級為工業4.0產線的道路,是一個頗值得進一步研究的範例。
博世力士樂工廠自動化協理陳俊隆(圖1)指出,導入工業4.0最重要的目標,就是要化解生產瓶頸,提高生產力。對製造業者來說,提高生產力不是今天才出現的新目標,只是因為網路跟感測技術日益成熟,讓製造業者有更多新的工具跟方法來化解生產瓶頸,提高生產力。換言之,製造業者不能把工業4.0當作未來發展的目標,而是要把它視為工具。
圖1 博世力士樂工廠自動化協理陳俊隆指出,工業4.0是落實資料驅動營運模式的手段跟工具。
就博世的觀點,製造業者如果要有效提高生產力,最重要的工作其實是建立完善的文件記錄(Documentation)制度。博世集團在全球有超過兩百座工廠,且每家工廠、每個作業流程跟生產參數都有詳盡而標準化的記錄。這些資料對製造管理者有很高的價值,不僅能據以分析生產過程中可能存在的問題,也有助於讓管理者精準評估任何生產過程上的變動,對生產力究竟會造成何種影響。
在網路跟感測器還沒那麼發達的時代,博世就已經在做這件事,只是以前要靠人工紀錄,成本高昂且無法取得即時資料,資料量也有限。隨著網路跟感測器技術日益成熟,現在製造業者可以用更自動化的方法取得這些資料。這也是博世發起工業4.0變革最原初的用意--降低資料取得的成本、提高資料的即時性跟涵蓋範圍。
因此,如果要說工業4.0跟工業3.0有何不同,就博世而言,差別在於資料取得的自動化程度高低,還有資料的即時性、涵蓋率與通透性。工業4.0最大的特徵,就在於降低人工作業的比重,利用感測器跟工業網路,將所取得的資料自動上傳到企業的資訊後台。
這也是多數製造業者目前所遇到的問題所在。因為工業設備的生命週期很長,一套設備使用十多年、二十多年的案例比比皆是,而這些老設備在設計時,通常沒有把資料擷取的考量納入其中,或是其所使用的通訊協定、資料檔案格式是封閉的,很難跟其他設備對接。遇到這種狀況,製造業者勢必要對機台進行翻修或改造,把感測功能整合到機台上,或是設法讓原本採用封閉架構的機台能與其他設備對接。
同為德系工業大廠的西門子(Siemens),跟博世的觀點相當接近。西門子數位工廠事業部客服處副協理蘇郁喬(圖2)指出,資料的取得是製造業實現工廠數位化轉型一個很關鍵的議題,對新設備來說,資料的取得通常不難,但如果是既有設備,或是設備供應商眾多,問題就相對複雜。
圖2 西門子數位工廠事業部客服處副協理蘇郁喬認為,製造業要推動數位轉型,資料的通透性是最關鍵的基礎建設。
如果既有設備在出廠時就沒有採集某種資料的功能,添加外掛感測器將是不可避免的工作。但如果既有設備原本就能提供相關感測資料,則問題會上升到資料整合的層面,也就是跨設備的資料能否互通。
既有設備整合的資料通透性是一個很重要的課題。對於既有安裝西門子系統的設備,因為上下層系統溝通使用相同語言,故其整合更加容易。反之,若製造業者使用的系統來自眾多品牌,非使用西門子系統的異質性環境下,從下層到上層的整合會是一個痛點。西門子也知道,目前全球並無單一的標準通訊協定可以整合所有廠牌系統,因此,該公司提出從下往上的資料整合方式,建立可行及明確的架構解決方案。
該方法可歸納為以下幾點:
.確認所有的通訊介面已準備妥當
.進行差異分析以及提出解決方案
.上層系統和生產設施協作資料交換,以確定數據型態的格式內容,包括數據類型,儲存位置和採樣頻率等。
.與現有設備的供應商一同討論資料整合的相關議題
.提供封閉系統整合替代解決方案,藉由增加額外硬體或物聯網的架構
侵入式改造手段應設法避免
如果要對既有設備進行工業4.0升級,某種程度的改造是無可避免的情況,但如果是要對現有設備進行侵入式改造,亦即要對設備的軟硬體結構進行變更時,製造業者或承包商最好三思而後行。
陳俊隆認為,如果只是為了取得資料,通常都可以用外掛設備的方式來解決,不必冒著影響機台穩定運作的風險進行侵入式改造。舉例來說,如果機台本身沒有擷取某種資料的能力,通常只要在機台上外掛感測器即可,不必為了取得資料去修改硬體的出廠設計;如果機台本身已能提供所需資料,只是通訊介面或資料格式無法與其他設備互通,也不需要去修改設備內建軟體,只要在既有設備外面再安裝一台橋接設備,把介面或資料格式轉成想要的規格,便可滿足需求。
蘇郁喬也表示,在進行機台改造的工作時,西門子的原則是盡可能不要改變任何現有運作良好的系統,這也是客戶或業主比較能接受的作法。若是為了實現數位化轉型而進行設備改造,最常見的情況想讓封閉式系統進行開放式溝通。這時,透過額外的硬體裝置或以舊機改裝來橋接資料,通常就可以滿足需求。
但實務上,有時候還是難以避免要對設備本身的軟硬體進行修改的情況。此時,西門子建議企業,要搭配公司本身的長期數位化策略來作精算。設備大改需要更長的施作時間,會對企業營運造成更大的影響,因此最好先從新的或次要產線開始做為試作線,之後再擴散到主要生產線。
第一線人員參與攸關轉型成效
除了找到正確的升級路線跟解決方案之外,製造現場第一線人員的參與程度,也是產線能否順利完成數位轉型或工業4.0改造的關鍵。這些第一線人員不僅是設備的直接使用者,同時也是最熟悉製造流程中諸多細節的人。如果製造業的數位轉型計畫完全是由管理層由上而下推動,基層人員的想法或建言沒有納入,會很容易出現盲點。
陳俊隆就指出,以博世自己的工業4.0轉型實踐經驗來看,在現場的第一線人員扮演非常重要的角色。每一條產線要推動改造計畫的時候,工作小組的成員裡,一定要有該產線的主管,因為他們最熟悉現場的狀況,知道哪些環節是真正的問題所在。如果產線改造完全是由上而下推動,改出來的結果很可能會跟真正的使用者需求有落差。
因此,陳俊隆建議製造業者,如果有意推動產線工業4.0升級,務必把第一線人員納入工作小組中。舉例來說,有部分台灣的企業主對工業4.0的認知被某些很先進的示範生產線影響,認為一定要導入ERP、MES或雲端服務,做很多絢麗的儀表板,才是推動工業4.0,其實不然。工業4.0固然是要實現資料驅動的製造業,但不代表每家企業都需要導入大規模的後台系統才能做事。有時候,產線的真實需求沒有那麼複雜,就不必把系統搞得太複雜。
蘇郁喬也有同樣觀點,並指出製造業數位轉型的推動,由下而上跟由上而下兩條路線同等重要。由上而下的推動,重點在讓全體員工了解企業數位轉型的大方向要怎麼走;由下而上的推動,則是要為了抓緊細節,避免企業的數位轉型計畫不接地氣。
另外,如果要推動數位轉型,企業必須有長期計畫,還要有計畫必須時時修正的心理準備。西門子數位工廠事業部客服處的主要業務就是設備售後的維護跟改造,多年下來已經累積了一定的標準作業流程。但在數位轉型領域,很多專案的目標是一直滾動更新的,因為企業所處的市場環境變化、第一線人員提供修正意見等因素,都會使原本制定的轉型計畫必須跟著調整。
推動數位轉型從改變觀念著手
也因為第一線人員的參與,對企業數位轉型的成敗十分關鍵,如何讓公司從上到下都了解數位轉型的真實面貌,進而為組織轉型做出貢獻,是非常重要的。
某台系電子製造業的主管就表示,資料透明化是實現工業4.0必要的基礎建設,但資料透明不是人人都喜歡的事情。資料透明意味著企業的管理階層可以清楚掌握製造現場的狀況,甚至做到即時管理,這對基層員工來說是有壓力的。舉個最簡單的例子,沒有人希望自己上班時的一舉一動都被老闆盯著看。
另一方面,做產線主管的人,在資料透明化之後,自己的管理思維也得跟著改變。看到蜂擁而來的即時資料,其實管理者也不輕鬆。因為有資料,當中階主管的人會比過去更容易落入微觀管理(Micro Management)的陷阱。製造業固然是非常講求工作紀律的產業,但如果主管不分大小事都要介入,結果肯定是吃力不討好。
總結來說,企業要進行工業4.0或數位轉型,不只是導入工業物聯網(IIoT)或是把資料傳到雲端去做大數據分析就好。技術面的問題容易解決,組織文化跟管理風格的問題比較難解。因此,如果企業內部已經有資料驅動的文化跟機制,只是資料的取得還沒有那麼自動化,推動工業4.0會比較單純。但如果企業本身還沒有建立起重視文件記錄跟用資料做決策的文化與運作機制,導入工業4.0就會牽涉到組織文化的變動,這才是真正的挑戰所在。