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《AUTOMATION TODAY季刊》第64期

打造未來的製造方式 - 數位分身的益處

封面故事

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打造未來的製造方式 - 數位分身的益處 hero image

在您將人員、產品及製程數位化送往數位世界時,擴展業務機會。

從數位轉型到數位線程(Digital thread)與數位分身,再到數位工程,得到的共識是,「數位」是下一個產業熱門字。但是,數位只是個熱門字?還是也有其他內涵?

如今,產業界面臨的挑戰是,既要快速安全生產高品質的產品,還要保持價格低廉。數位技術所帶來的智慧製造,因為讓製造商可取得即時相關資訊而顛覆了製造商運作的方式。資訊化製造可讓您解決多項最大的挑戰。

 

為何需要數位技術?

數位轉型的益處遍及工作場所的各方面。益處包括改善法規遵循與資料完整性、改善產品品質與客戶體驗以及提高生產力。也有助降低銷售商品的成本,並改善供應鏈完整性。

您可能已經聽聞類似數位分身和數位線程的概念,但它們代表什麼意思?數位分身是資產的數位複製品 — 像產品、機器或工廠一樣。這個複製品是「活的」,表示它會隨著資產的發展、操作與維護而改變。分身也可在螢幕或沉浸式3D環境中看到,以便改善諸如設計、訓練與維護的流程。

數位線程(Digital thread)指的是數位分身在資產生命週期中所建資料的數位足跡(Digital trail)。這項資料可變成容易理解的解析,說明該資產目前或未來的運作狀況。好消息是,數位工程並未採取極端策略。第一步應先檢視企業,確認哪些地方可使用數位方法讓工作更智慧化、更迅速地完成或做得更好。

 

建立數位解決方案

數位工程有一些新方法可改善您業務中多項不同的領域。具體來說,可分為五個關鍵領域:設計與原型製作、調試、操作員訓練以及生產與維護。

設計與原型製作

虛擬設計與原型製作可幫助您的機器提早上市、降低設計風險及創造更優質、更客製化的機器。可讓您看到機器運作,以及機器如何與人或其他機器互動。

將數位分身模型帶入虛擬實境(VR)環境中,觀看機器在您面前運作,宛若您親臨廠區。這可幫助您發現以其他方法無法發現的明顯問題或小毛病。如果需要變更,只需點幾下按鍵就可在數位設計中進行變更,不需要購買零件並花幾天力氣建立新的原型。

食物製造商在實施設施前,先使用數位分身進行設施升級的測試與驗證。這讓該公司的停機時間減少80%,產量增加10%以上。

啟用

等你把機器帶來現場再進行控制項測試,這種做法會釀成大災難。

虛擬調試可避免所有問題。為您的機器設計與控制系統的真實運作邏輯打造動態數位分身,可幫助您在設計期間提早發現問題,不用等到將機器運到客戶的工廠後才發現。您可在投入資源前,對機器與控制器的運作進行詳盡地確認與示範。

訓練

如今有了虛擬訓練後,您可在機器到達前使用數位分身來訓練員工。員工只要戴上VR頭罩或是在螢幕前訓練,就可在安全的沉浸式虛擬環境中培養技能與能力。

運作

數位工程的價值並不僅止於調試機器和訓練操作員。開始生產後,數位分身就可模仿製程、機器和控制項,來幫助工廠人員了解運作並進行變更試驗。不斷增加的資訊數位線程可提供如何改進生產的解析。

其實,一家全球製造商同時實施了數位線程與MES(製造執行系統),結果縮短了50%的前置時間交貨給客戶、瑕疵零件減少了50%,且將生產力提高了4%。

維修

維修團隊可使用數位模擬和即時(或甚至是預測性)解析,以前所未有的方式解決停機問題。透過數位線程的資料流可幫助技術人員及時發現問題,以避免或盡量減少停機時間。這包括控制系統裝置的運作和診斷資料,需要維修時會通知技術人員。但是也包括網路資料,例如:交換器層級的警報,這在現今狀況中對正常運作時間來說至關重要。

在理想的情況下,維修團隊永遠都不需要應付停機事件,因為已經可以預測停機的發生。因為使用了預測分析,所以預測的可能性增加。這些分析使用機器學習和人工智慧來了解您公司的運作情形、提早發現機器問題並向技術人員提醒這些問題。之後,技術人員可在預定停機時間內安排維修。

數位分身可用幾種關鍵方式幫助您改善平均修復時間(MTTR)。首先,虛擬訓練可讓技術人員事先為停機問題做好準備,而非在第一次發生故障時才進行故障排除。而且當問題發生時,技術人員可使用AR技術在實體機器上覆蓋數位診斷或工作指令,以便更快速地診斷和解決問題。

數位轉型的階段

數位化持續為產業提供重大益處。McKinsey在最新報告〈物聯網:超越市場炒作之外的價值〉( The Internet of Things: Mapping Value Beyond the Hype)中指出,到2025年前IoT每年的潛在經濟總影響值為$3.9兆至$11.1兆美元。

這在產業裡非常普遍,數位轉型已超越「考慮」階段,進展到現在的顯著企業成果階段。其實,有72%的製造公司計畫在2020年大幅增加對數位化工作的投資。根據PWC的預測,這些製造商的總承諾金額到2020年將達到$9070億美元。

Rockwell Automation最近進行全球初步研究,探索了全球七個關鍵產業中參與數位轉型/IIoT決策之高階主管的角色、看法和決策參與:石油天然氣、化工、金屬採礦、生命科學、食品飲料、家庭及個人護理以及汽車。

在〈Rockwell 2020年數位轉型報告〉(Rockwell Digital Transformation 2020 Report)中,許多公司很明顯已跨越數位轉型計畫的考慮階段。其實,2019年進入實施後階段的數位轉型專案增加了400%。在受訪的公司中,有50%的公司已經投入生產或全面生產,或是對最初的數位計畫進行持續的製程改善(圖1)。

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圖1:數位轉型的階段

端對端解決方案的價值

這項研究顯示,許多企業缺乏成功所需的技術專業知識。在接受調查的企業中,不到三分之一比率的企業認為足夠了解邁向成功的關鍵技術知識。具體而言,只有37%的受訪者認為他們「很清楚人工智慧(AI)」,且僅有33%的受訪者很瞭解IIoT;擴增實境和虛擬實境為29%、雲端分析為31%,機器人技術為27%。

他們都同意一件事:有必要有效地部署和維護全面性、統一的數位轉型計畫。有鑑於IIoT系統很複雜,他們尋求可支持大規模部署的端對端合作夥伴。解決方案必須解決製造執行系統及分析,並作為完整的IIoT平台。

賦能技術

近年來,數位轉型技術獲得了顯著的進步,讓現在成為有史以來評估這些賦能技術如何幫助您建立更智慧化、更安全員工團隊的最佳時機。

擴增實境可幫助解決複雜的廠區問題,並提高員工的生產力和效率。包裝設計解決方案產業的領導者Harpak-ULMA,最近使用由PTC及其Vuforia擴增實境平台所支援的FactoryTalk®InnovationSuite,來實施數位轉型解決方案。這個新的解決方案擴展了該公司的IoT連接性。使用機器學習和預測分析,讓Harpak-ULMA可以重新打造維修的商業模式和客戶成本結構。

當今製造業普遍面臨的另一個挑戰是,傳統的機器和生產線設計、調試和啟動方法可能所費不貲,並阻礙產品上市的速度。因此,許多消費性包裝商品(CPG)製造商,正在將模擬作為一種得以在虛擬空間中研究、測試及驗證製程的工具。CPG公司透過模擬技術獲得發行時間的重大優勢。視覺化、設計軟體和訓練方面的進步讓這項技術比以往更容易使用。

Rockwell Automation的Emulate 3D開發針對虛擬調試、產量模擬和工業示範的動態數位分身軟體。使用3D模型代替真實的自動化系統,藉此提供逼真的反饋,讓您可利用虛擬模擬和調試功能使機器和生產線栩栩如生,同時又能降低成本和相關的風險。

針對OEM的數位技術

對支援IoT智慧機器的需求正在迅速增加。市場強烈需要OEM利用數位轉型技術來重新打造運作方式,以此滿足需求。

對許多OEM而言,在終端用戶現場迅速以符合經濟效益的方式整合智慧機器是一項重大挑戰。好在創新的控制系統設計工具可以幫忙。這項新功能的核心是系統設計指示,讓您可使用標籤結構一部分的「智慧物件」進行設定。智慧物件可找出要收集的資料,及收集資料的方式和時間。在您的機器到達廠區之前,這種智慧機器控制系統設計的新方法精簡了整合過程中最艱鉅的部分之一。

最新的視覺化技術(包括擴增實境、混合現實和虛擬現實)可幫助OEM提升員工的能力並建立更安全、更多產的製程。視覺化技術可將設備製造商的智慧直接傳輸到工程師裝置。他們會一起檢查機器、收集其他資訊、找出問題的根本原因,並在幾分鐘(不是幾天)內提出維修解決方案的建議。

克服路障

數位轉型對所有產業的益處無庸置疑的,但必須注意的是,大多數的數位計畫還沒全面實施之前就已經失敗。Gartner最近的一項研究估計,在所有市場區隔中,有85%的大數據專案都失敗。

導向新的數位轉型計畫時,有許多風險需要注意,包括:

缺乏對數位化的了解

確認數位轉型對公司的意義很重要,同時也可確認數位轉型未涵蓋的範圍。公司必須明確確認數位轉型對其企業有何意義,以及他們希望實現的目標。數位轉型是技術、製程和人員的組合,必須將其定位為企業轉型的推動者。

數位轉型作為獨立策略

麻省理工學院斯隆管理學院(MIT Sloan)最近的一項研究顯示,只有28%負責執行策略的中高階主管可列出公司的三項策略優先順序。當數位轉型未納入整體企業策略時,該專案就無法獲得長期成功所需要的優先順序和資金。

技術思維而非問題思維

當數位轉型計畫進展時,他們通常會在執行負責人、成員或專案團隊的要求下,找到更多相關的技術解決方案,但一定要記住,就技術而言,更多並不一定代表更好。

勞工技能挑戰

大家經常認為使用數位工具是一項技術工作,但是,採取和使用數位解決方案需要的不僅僅是技術技能而已。公司必須將招聘計畫的重點放在找尋具有數位素養和好奇心的員工上,而非剔除缺乏技術專長的人選。

客製和內部應用程式

雖然客製軟體解決方案最初看起來似乎很完美,但是要記住,客製應用程式通常只能由建立程式的人更新或更改。但是,以設定為主的新產品讓公司可開發和部署擴增實境和供應鏈模擬等體驗,無需花費大量時間和資源來制定專門的解決方案。

缺乏可擴充性計畫

New Everest集團的最新研究顯示,當今有78%的企業無法擴充他們的數位計畫。數位轉型經常發生在此單一個案中:企業無法規劃整個組織的可擴充性。可擴充的分析能開發單位營運的分析經驗,也具備擴展到公司不同領域的能力。

沒有明確的商業案例或投資報酬率

數位轉型的價值太過明顯,導致有時候推行專案並未花時間制定每個專案計畫,並注意相關價值和風險。為免忽視這一點,一定要列出哪些專案元件先開始、繼續或停止的優先順序,以便選擇最佳計畫,次佳者則設為策略進行監控,並將最弱的業務案例廢除。

錯誤的供應商與合作夥伴

時至今日,我們周圍充斥著許多供應商的技術解決方案。通常,這些供應商都過於專注在銷售解決方案上,卻沒有確認解決方案是否滿足買方合理的業務需求。公司必須尋找了解最新數位技術並熟悉技術與業務需求關聯的供應商。

整合老舊基礎設備的挑戰

製造性能研究所(Manufacturing Performance Institute)的一份報告顯示,所有製造商中只有50%的業務系統能夠妥善管理業務流程。所幸新的IoT平台可促進老舊系統的整合,不需要全面翻新。

所有製造商中,只有50%的業務系統能夠妥善管理業務流程。

進入數位世界

數位工程是未來的基礎。它為產業提供了解決最大挑戰所需要的技術。進行數位轉型時,必要制定策略並勾勒出清晰的指引圖。

一定要將數位轉型視為一趟旅程,而不是要到達的目的地。透過正確地確認和規劃、員工技能升級以及全公司的數位計畫整合,數位轉型可帶來卓越的結果。

主題: Emulate3D Digital Twin
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