適應變化？模組化製造流程可以提供幫助

如今，製造商正面臨包括供應鏈問題、勞動力短缺以及嚴格安全預防措施在內的全新嚴峻現實。2020年初，COVID-19（由新型冠狀病毒引發的疾病）已在全球造成數百萬病例，該病毒使我們所熟悉的日常生活陷入停頓。  但值得欣慰的是，許多製造商受到啟發並積極投入 對抗COVID-19傳播的行列，生產醫療界及其他領域所需的物資。

由於這場危機，製造商意識到他們必須改變思考、規劃與執行生產的方式。您和您的團隊是否正在思考如何縮減或調整生產，以因應新的需求或市場變化？無論您是希望還是必須調整工廠的生產能力，模組化製造流程都能為您提供快速、簡便且具成本效益的方法，讓您保持靈活與即時反應的能力。

在我近30年的流程自動化經驗中，經常有人詢問我，如何以最高效率更新或修改流程自動化系統，以因應新的製造需求。這些問題現在比以往任何時候都更加重要，因為製造商正考慮更多方法，讓流程具備更高的靈活性與適應性。

無論您是在面對新產品或原材料、供應鏈干擾、產能擴充，或是對現有控制系統的其他修改，請思考以下兩個問題：

• 您如何判斷您的系統能否隨著製造需求的變化而快速調整與適應？
• 您如何將對流程自動化系統進行更改與測試所需的工作量降至最低？

批次控制標準

決定製程靈活性和模組化程度的關鍵特徵之一，是在首次安裝時是否遵循國際自動化學會（ISA）的批次控制標準 美國國家標準協會/ISA-88（也稱為S88）。S88標準於1995年發布，並於2010年更新，建立了將物理能力與機械設備的使用或指令分離的術語和流程。它區分了您能做什麼（您能測量什麼、設備的能力等）與您將如何做（程序執行、處理步驟等）。

物理和程序層面的分離，使系統能夠輕鬆修改並適應各種情境，從新處理設備、現有設備的新功能，到新的操作順序或新產品——這一切都取決於處理系統的需求。

模組化製造流程變更：常見情境

模組化在自動化領域並非新概念。我長期以來一直用BASIC中的子程序來比喻這個概念。一段只需撰寫一次的程式碼，可以透過改變執行設定，以多種方式重複使用。這正是模組化的美妙與強大之處。

為了展現模組化的價值，讓我們看看製造商常見的幾個簡單變更情境，以及遵循S88的模組化程式設計如何促進這些變更。

1. 在製程中添加新原料。這也可能代表對現有原料的變更。假設有一個簡單的三原料添加混合製程，我們想要添加一種新化學品，例如殺病毒劑，並將現有的10個配方改為現在也添加這種新原料。最有效的方法是什麼？
   • 非模組化解決方案：在不遵循模組化程式設計原則的典型工廠中，每個配方都需要修改，以新增殺病毒劑的功能。由於沒有模組化的概念，所有新原料的功能都必須在每個配方中重複實現。
   • 模組化解決方案：在模組化實施中，新原料的功能被實作為一個物件。從自動化角度來看，這個物件完整代表該原料輸送系統的所有功能，並根據系統能力撰寫。配方則撰寫為執行或呼叫這些自動化物件。因此，所有功能只需在物件中撰寫一次，然後由配方在執行時呼叫。
     
     由於我們只需建立一次功能，而非在每個配方中都建立，因此可節省高達90%的實施工作量，這帶來顯著的成本與時間節省效益。
     
     
2. 新產品配方。假設您想要在現有系統中新增一個配方。這個例子展現了能夠輕鬆以新的獨特組合和順序結合這些功能物件的好處。
   • 非模組化解決方案：新配方包含執行所需每個動作的所有程式碼，包括每個原料添加、每次攪拌、每次冷卻和每次轉移。
   • 模組化解決方案：新配方則使用連結或指標，指向原料添加、攪拌、冷卻和轉移的物件。
     
     配方實施的節省取決於配方的複雜度。配方越複雜，潛在節省越大。以簡單10步驟配方為例，在模組化工廠中實施新配方所需工作量不到非模組化工廠的20%。在這兩個例子中，模組化實施還將帶來額外效益，包括降低配置管理成本、減少測試費用及加快變更流程。

模組化：在靈活性方面的明顯優勝者

如您在這些範例中所見，S88 提供的分離允許控制功能的模組化，使功能包含在小型可重複使用的物件中。這些小型可重複使用的物件代表物理世界、流程的功能。這些設備功能物件可以更新和修改、新增或從系統中移除，而不會影響其他物件，從而減少進行變更時的工作量。畢竟，誰沒有嘗試過跳來跳去並對被戲稱為「義大利麵條式程式碼」的單體程式進行變更呢？

此外，如第二個範例所示，由於這些物件是分離且模組化的，它們可以根據新產品或配方的需要以許多不同且獨特的方式組合。雖然 S88 中的概念和想法是以批次製造流程為核心編寫的，但它們可以應用於各種流程。

您可能會想：簡單、抽象的範例很好，但這些概念如何幫助我們做一些重要的事情，比如對抗 COVID-19？現在，許多製造商正在適應供應鏈挑戰，並擁抱模組化製造流程的靈活性。有些公司更是超越期待，製造他們從未製造過的新產品，以協助解決疫情的公共衛生工作，包括：

• 呼吸器－一家醫療保健公司能夠在短短幾週內擴大生產規模
• 病毒檢測－一家跨國醫療保健集團已轉向生產 COVID-19 檢測
• 洗手液－啤酒廠和蒸餾廠正在快速適應，生產更高乙醇含量的配方以滿足關鍵需求

模組化製造是您的道路嗎？

判斷您的流程與自動化系統是否為模組化的最簡單方法，是問自己每當設備發生物理流程變更時，是否所有配方都必須變更。如果您必須因應物理流程變更而修改多個配方，那麼您可能沒有模組化系統。關於模組化自動化的一些優質資源是最新的美國國家標準協會/ISA 標準 S88 和 S95，這些標準處理製造自動化中的模組化階層，並且都是當前且良好的製造實務。

您可以做什麼來朝向更模組化的自動化框架發展？前進是一個簡單的三步驟流程：

1. 設定目標。記錄靈活製造策略對您的生產區域的意義。確定您希望實現的目標及其相關效益。
2. 制定計劃。評估您目前的設備和工作流程，並與熟悉 S88 概念的自動化顧問一起檢視。確定您目前的實施如何支持您的目標，以及哪裡有改進空間。
3. 採取行動。根據哪些專案能實現您的目標來優先考慮投資並實施變更。

我們的解決方案顧問是 批次控制和自動化領域的專家，無論您在旅程中的哪個階段，他們都能協助您規劃前進的道路。在這個瞬息萬變的世界中，Rockwell Automation 始終與您同行，協助大家共同克服 COVID-19 及未來的挑戰。了解更多關於我們的 諮詢服務如何協助您。