邁向紡織業智慧製造第一哩路

作者: 蔡坤成 發佈時間:2020-03-19
產業分類: 智慧製造
文章分類: 產業動態,經營策略,轉型成果
文章標籤: 智慧製造
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紡織產業一直是臺灣創造外匯收入與貢獻貿易順差的重要產業。近年來中國大陸與東南亞國家的紡織產業崛起,搶占多數大量製造的訂單,而臺灣業者則順勢朝向高毛利、差異化產品發展,例如機能性布料、環保回收紗等。為了與中國大陸及東南亞鄰近國家紡織產業有所區隔,維持臺灣紡織業的競爭力,紡織業者無不積極朝向智慧製造發展,以因應訂單日益少量多樣、交期縮短的趨勢。 

紡織業要發展智慧製造技術,首先面臨的問題是甚麼才是紡織智慧製造的第一哩路?一般導入智慧製造解決方案包含以下三階段: 

第一哩路:IoT機臺聯網

IoT機臺聯網在不同加工製程中,連接機臺與品質相關的參數、感測資訊,使製造資訊透明化,改善自動化設備資訊孤島現況。 

大多數人認為IoT機臺聯網不是什麼高深的技術,常常輕忽此階段的重要性與價值。首先,在規劃階段就必須依據將連接的機臺特性、資料傳輸量、傳輸距離、資料屬性、網路可承載節點數、網路抗干擾能力、網路架設成本、後續擴充與維護成本等諸多考慮條件中,選定適合的網路通訊方式完成機臺聯網。此外,在連接機臺時還必須克服機臺連接介面的差異性。較新的機臺常以網路介面提供聯網功能,但機齡較久的機臺往往完全沒有考慮如何與外界連接整合,因此聯網成本較高,甚至無法連網。 

各階段的機臺連網都有不同的技術難度,有些是取樣頻率的挑戰,有些是感測點數眾多的問題。例如:POY紡絲速度為3,000-3,600m/min,每一條絲又極其纖細,因此在製程中感測絲的張力並不是一件簡單的事。又例如織布廠整經時的紗線數量大多超過1,000條紗,若要感測每一條紗的張力已經很困難,而且要達到分析應用所需的取樣頻率,那就更加困難了。 

雖然IoT機臺連網屬於智慧製造的基礎建設,但因為投資成本不斐,如果將機臺連網設定成只是為了收集資訊,提供後續資訊分析與AI應用,而缺乏立即有助於改善製造效率或品質的成果,往往使廠商邁向智慧製造第一哩路時,就面臨投資成本效益不彰的問題。 

第二哩路:CPS虛實整合

CPS是由美國國家科學基金會所提出,於2011年由德國所提出的工業4.0發揚光大。CPS利用「網路」將虛擬世界和實體環境兩者之間的距離縮短。CPS是一種類似ERP的複合性整體解決方案。過去企業藉由ERP系統從財會、銷售等角度進行公司整體流程再造。現在工廠也面臨各種不同環境上的競爭與需求,需要利用不同軟硬體設備進行虛實資訊的整合,使工廠具有智慧化的管理能力。 

CPS虛實整合提供資訊視覺化功能,可直接即時呈現設備、機臺與製程狀況,全盤掌握製程環節現況,完整檢視生產流程,透過遠端告警,有效減少故障等所產生的生產偏差。以織布廠為例,CPS虛實整合可提供全廠目標管理所需的即時進度、即時效率、即時狀態、開臺數量等資訊;在整經、漿紗、併經階段提供操作參數、生產進度、送出/捲取轉速、張力、斷經、毛羽偵測等即時製程資訊;在織布階段提供織軸需求、了機、開機回饋、機臺維護、配置,操作參數、生產進度、轉速、張力、停車次數與因素等資訊。 

第三哩路:AI智慧分析

人工智慧的定義可以分為兩部分,即「人工」和「智慧」。「人工」即由人設計,為人創造、製造。「智慧」包含感知、學習、判斷與預測。在智慧製造領域,AI普遍應用於設備預診斷、製程異常偵測、瑕疵檢測、參數優化、品質預測、智慧排程等。例如:瑕疵肇因分析、製程異常因子與瑕疵關聯分析、各段製程機臺參數優化、織布品質預測、如期達交的品質優化智慧排程、預估訂單實際交貨量、委外廠商如期交貨量、交貨品質等預測。 

找尋專屬你的第一哩路

廠商邁向紡織業智慧製造的第一哩路並不盡相同。首先應該檢視企業現有資訊化程度,評估現有基礎與需要解決的問題,想要達成目標之間的差距。以瑕疵肇因分析為例,不僅需要具備資訊系統,例如ERP,同時必須將相關的機臺連網;如果想要應用AI技術進行製程參數優化,除了資訊系統、機臺連網之外,還必須製造流程數位化。少數AI應用,例如委外交期、品質預測、物料需求預測,只要具備ERP資訊系統,即可立即導入。

除了檢視企業現有資訊化程度,還必須明確化短期改善目標,使初期投資立即有感,以減少推動智慧製造的阻力。在訂定中長期目標規劃方面,則必須使各階段投資有連貫性,避免各階段打掉重練的情況發生。

小結

應用IoT機臺連網、CPS虛實整合、AI智慧分析,提升製造業智慧化程度,轉型成為智慧工廠,迎戰市場競爭的確是勢在必行的策略,但是慎選適合各企業的第一哩路更是成功的重要關鍵。此外,為縮短發展時程,減少無效的投資,企業可尋求具備相關經驗的資訊單位,例如資策會數位轉型研究所,不僅已累積多件紡織智慧製造成功導入的實際案例,資策會不僅陪企業走第一哩路,也將與企業同行第二哩,以及未來更長遠的發展路程。