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《AUTOMATION TODAY季刊》第74期 | 封面故事

賦予機械彈性新定義

實現更為智慧化的高彈性機械,無須犧牲生產量。

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機械製造商多年來都將目光焦點擺在改善換線/換模時間,以及其設備的彈性。儘管結果讓生產出的SKU數量達到前所未見之升幅,不過一般廠房內彈性與生產量之間仍未取得平衡。

換言之,裝箱機雖每分鐘可裝袋300件,但袋裝填充機無法匹配此速度。整個包裝產線會在數分鐘內換線/換模。不過,給料的高速加工設備無法達此敏捷度。

正常情況下,製造商可犧牲某些設備的生產量,進而維持彈性生產與充足供應量。但在疫情肆虐下,蜂擁而至的需求量很快就扭轉局勢,轉而朝向將廠房生產量極大化。這麼一來,遭殃的變成彈性。

近期活動聚焦工業供應商全體即將面臨的重大挑戰:如何建造更為智慧化的高彈性機械,無須犧牲生產量?

 

跨越疆界的技術

機械效能優化固為首要,但有許多機械製造商發現傳統技術基礎上所做的設備漸進改善,已不敷客戶所需求之彈性。

使用靜態機械零件、摩擦式傳輸系統與大量附加設備建造的機械,可透過固定變數運作單一產品的方式達到高產量。不過,這類製造通常在「少量多樣」的現實下無法達成生產目標,不論做過多少次設計調整皆然。

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歸功於機電技術的進展,找出提升設備彈性的路徑,通常也意味著生產量提高。特別是在裝配、包裝與其他應用上,更以下列技術為前瞻要素:

  • 機器人技術

本質具彈性化的機器人運用視覺引導產線追蹤(而非機械式重新規畫路徑),可應對繁多的產品形狀和尺寸。機器人可即時變更其參數,仍能夠滿足生產速率的需求。

  • 獨立推車技術(ICT)

傳統輸送帶系統以固定速率、按照預先設定好的路徑輸送產品。ICT則以系統中其他推車的位置作為依據,採推車智慧運送的方式來提高彈性與生產量。

  • 換線/換模自動化

換線/換模機制上採用智慧伺服馬達與變頻器,只需要單一按鍵即可完成新產品組態的機械設定。

機電技術取代繁複的機械設計,讓您的機械在更少零組件下有更高產出量,並大幅節省空間。有了模擬與數位分身技術輔助,機械製造商可先行用虛擬環境測試與驗證設計,以加速創新且減低風險。

有愈來愈多OEM運用通用機械控制策略,將這些技術整合至其設備與廠房架構之中。

 

資料運用再進化

要讓客戶有更佳契機獲取成功,其中一個方式為將機械設計為更容易取得資訊。此代表控制平台和網絡的基礎設施需標準化,進而讓整合更為簡便,並能無縫且安全地串連至分析平台與事業系統。

您的機械與設備很可能已有敘述性警報配置,可輔助提升維護與正常運作時間。表明馬達過載已觸發的警報訊號,有助於障礙排除。不過,操作員仍必須做出有關當下如何應對的多重判斷。

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當與強健的歷史機械資料庫建立起網路連線,就能讓分析工具在過往效能基礎下建模來預測未來行為,並運用機器學習技術將營運優化。此法簡明易實現,如同事先預測出異常而讓操作員有時間預做準備。

或者也能十分精密,促使您的機械自主化採取規範行動(例如馬達降速),藉此保持在閾值內與維持設備運轉。

 

事業開拓

機械製造商也必須重新構思當今社會所需的彈性。網路市場在過去10年來成長飛快。因為疫情的緣故,使得線上零售店的便利性不可或缺,更進一步讓需求高漲。

此外,有愈來愈多製造商正從批發與零售經銷的通路撤出,轉而從直接線上販售給消費者來提高利潤率。

之後會如何發展?隨著供應鏈、電子商務通路與MES系統之間的整合更為密切,製造業得以更快且更彈性的方式更加貼近需求。

而對OEM來說,代表在製程早期即與客戶共享機械的數位基礎。尤有甚者,設計打造出的設備不僅只輕易整合至生產空間,更直接與整體企業或甚至更大範圍的應用建立聯繫。

 

以可擴展的服務範圍滿足期待

自動化平台可擴展的性質,能讓您的服務項目更有彈性,並使您與您的客戶達到「雙贏」。真正做到可擴展的服務範圍,係可涵蓋平台每一層面都提供服務選項,舉凡從控制器和I/O直到人機介面(HMI)、批次程序處理和分析。

在開放通訊協定之下,客戶不再需要預先投入大筆資金備妥自動化基礎設施,也能獲取智慧化升級的設備價值,並可隨著逐步發展而擴充。

機械製造商得以讓可重複使用的隨插即用工具發揮優勢,在服務拓展的過程中保持精簡設計程序。除此之外,也能輕鬆將系統開發出的應用程式與分析技術套用至另一系統。

 

智慧化升級的工作模式

即便機械的敏捷度再高,也無法在效能最佳的條件下將生產量極大化。過去兩年來,我們學到了設備挑戰應該用彈性程度更高的方針應對。

對於面臨交通限制問題的OEM,從遠端建立與已建置資產的連線是維護機械的唯一途徑,而客戶也愈加熱衷於此技術。

在疫情驅使下,採取他種數位技術將機械效能優化的腳步隨之加快,並且也支援更為彈性的工作典範。尤其是擴增實境平台,帶來的影響不容小覷。舉例而言,這種協作式遠端協助工具便採用擴增實境技術,讓人員即使不在現場也能夠共用即時提供的指示和指引。

 

邁向成功的策略

機電技術與數位科技的最新進展,可提升機械彈性或機械生產量達50%以上。那麼,機械製造商有哪些應對措施?

其中一項建議是:這並非改裝專案。

要想成就新技術可望帶來的顯著革新,可能要在機械設計上採行「全新開始」的方針。並且,設想一個數位旅程終將抵達的願景,也就是契合顧客需求。協作式專案借力於OEM與其客戶之間本有的「推拉互動」(push and pull),生產出最具轉型實力且兼顧成本效益的機械。

了解更多如何打造出高智慧化機械與設備,提升彈性而生產量絲毫不損。

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