工業4.0之發展與應用

刊登日期:2016/7/5
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德國產業界在 2011年 4月德國漢諾威工業展中首次提出工業 4.0概念;2013年4月,德國業界及德國國家科學與工程學會專家組成的工作小組,向德國政府提出「工業 4.0策略執行建議」最終報告。德國政府與產業界希望結合正迅速發展的新興 ICT 技術,創造新的工業 4.0應用市場並成為此領域的全球領導國家,以維持德國在全球製造業領域的競爭優勢。在本文中,首先介紹工業 4.0概念、潛在效益與願景;其次說明 CPS 與物聯網在智慧製造體系應用與效益;最後介紹德國產研界在工業 4.0技術與應用發展上的案例。
 
工業 4.0之關鍵技術
在實際應用上,工業 4.0以 ICT 技術與創新應用(例如雲端、巨量資料、IoT)、感測元件、先進製造設備與材料所建構的新世代智慧製造體系,將目前製造設備、材料物流、產品與製程資訊、人員決策之間關聯性不夠密切的生產工廠,轉變為更具智慧、更有效能,以及更人性化的智慧工廠。

智慧工廠會運用 IoT、巨量資料與雲端技術,擷取來自於供應商、客戶與企業本身的資料並加以評估,然後與實際製造程序相結合。在製造過程中將大量使用許多新技術,例如,數位設計與模擬、智慧感測器、3D列印、智慧機器人、先進材料與先進製造設備,以及串聯現場端、製造管理與企業管理的各種資訊系統(例如企業資源規劃系統ERP、製造執行系統 MES、產品生命週期管理系統 PLM 等)。使工廠能具有最佳的製程能力,以滿足不同客戶的大量客製化需求(圖二)。


圖二、工業4.0智慧工廠應用情境
 
1. 網宇實體製造系統
網宇實體製造系統(CPPS)是網宇實體系統在製造領域的實施方案。德國國家科學與工程學會對網宇實體系統的解釋為:網宇實體系統是一個具有嵌入式軟體的系統,此系統能:①使用感測器來直接紀錄實體世界資料,並透過致動器來影響實體程序;②評估與儲存系統紀錄的資料,並與實體及數位虛擬世界進行主動或反應式的互動;③在全球網路中透過數位通訊工具(無線及/或有線,區域性及/或全球性)與其他網宇實體系統連結;④使用全球性資料與服務;⑤具有一連串專用的、多種形態的人機介面。
 
工業4.0技術發展與應用案例
德國目前有多所大學、研究機構、企業投入工業 4.0技術研究與應用方案發展,以下就幾項重要案例進行說明。
2. Festo公司展示智慧生產訓練機台
Festo 是全球知名的自動化零組件與系統整合廠商。在 2014及 2015年漢諾威工業展中,Festo 展出一套智慧生產訓練機台,其模組化產線包括機器人上下料、自動組裝、自動檢驗等功能,並使用裝設 RFID 資料傳輸與讀取,及光學 ID 辨識裝置的零件傳送盒,形成智慧設備、智慧產品與智慧製造流程(圖五)。
 

圖五、德國Festo公司展示(a)智慧生產訓練機台;(b)裝設RFID(圓圈處)的零件傳送盒
 
4. 德國 Bosch Rexroth公司液壓閥智慧生產線
德國 Bosch Rexroth公司在漢堡工廠設置一條液壓閥智慧生產線,用來驗證該公司發展的工業 4.0相關技術與系統應用。在智慧生產線中,使用三種重要系統功能……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:熊治民 / 工研院產經中心
★本文節錄自「工業材料雜誌」355期,更多資料請見下方附檔。


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