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實現AIoT生態系轉型
5G智慧工廠逐步演進

【作者: 陳念舜】   2025年01月10日 星期五

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當全球製造業邁入AI、5G與IoT技術交織的新世代,正在重塑未來生產模式,從效率提升到精準決策,改變的不僅是工廠樣貌,更是整個產業鏈生態。新一代AIoT智慧工廠,也從傳統運搬輸送應用,更全面性擴及人、機、料、法、環等不同場域。


基於現今人工智慧(AI)驅動的解決方案,正持續加速生產流程優化與品質管控,而5G技術則可確保工廠內現場的IoT設備實現無縫連接與即時監控,進一步提升生產靈活性與效率。分為人、機、料、法等不同階段,落實「永續生產力」特別重視的能源、環境、安全需求。


包括從入料開始到生產階段,透過影像辨識、人機協作減少出錯,建立安全環境的場所。在保護現場人員部份,建立裝備檢測與防護系統。例如針對個人安全保護裝置檢測,即透過影象來檢測裝備,包含安全帽、反光背心及口罩等防護裝置;堆高車安全運作防護系統,監控堆高機在偵測到移動時超過人行道時立即警示。


機器的設備運轉與維護,減少浪費停機時間,提高效率與產能。透過感測器、資料蒐集平台長時間蒐集設備運作資料,再透過數據統計和AI分析瞭解設備健康狀況,達到預診保養的目的,從而減少浪費能源並提高生產力。


物料包含原物料及半成本檢測,減少料件浪費及重工,節省成本。在IQC透過進料機器視覺檢測,有效降低誤判率,提高檢測效率,減少浪費人力;DIP/SMT機器視覺瑕疵檢測,透過少量樣品即可訓練AI模型,減少重工及提高生產品質,亦可串接MES系統做為即時生產回報及追蹤生產履歷的依據。


方法上即是生產參數及人機協作,藉以減少浪費和彈性生產。透過生產參數最佳化,在排程規劃時。考量製程設備實際情況,並透過系統模擬達到製程最佳化;搭配人機協作優化,以減少工安事件。打造工安防護平台,設立安全工作場所。



圖一 : 5G技術可確保工廠內現場的IoT設備實現無縫連接與即時監控,分為人、機、料、法等不同階段,落實「永續生產力」特別重視的能源、環境、安全需求。
圖一 : 5G技術可確保工廠內現場的IoT設備實現無縫連接與即時監控,分為人、機、料、法等不同階段,落實「永續生產力」特別重視的能源、環境、安全需求。

華碩5G智慧工廠 跨越1.0~2.0進化升級

其中如華碩電腦智能整合方案部處長呂文成,進一步將自家智慧工廠進程區分為1.0數位化(Digitalization),電腦化、聯結化、可視化; 2.0智慧化(Industry 4.0),透明化、預測化、適性化,華碩正處於1.0可視化邁向2.0適性化階段。


前者針對電子業PCBA解決方案從原物料開始,涵括:智能倉儲、AMR+VMS、生產及廠務設備、人臉/行為辨識、能源管理等開始佈建IoT裝置,採集基礎設備控制層資料;再上傳打通現場管理層的智慧數據與服務平台。藉此建構機聯網IoT+OEE、廠務監控系統FMCS及中央監控管理SCADA平台,採集機台與廠務設備運轉數據,打造廠區戰情室、3D設備可視化系統、與現場管理層應用系統。


到了2.0階段開始建構數據驅動(Data Driven)架構和可分析能力,整合工廠流程,建構製造執行系統(MES)及現場排程派工系統;垂直打通企業營運層(IT)與現場管理層(OT),建立智慧數據與服務平台;導入AI預測分析,加速工廠智慧化。


其中由華碩主導開發的「智能物料搬運系統」,係整合自主移動機器人AMR,執行產線間物料搬運,以及從庫房到產線的跨樓層搬運;物料搬運管理系統WCS,則可記錄儲位與物料資訊,實現以物料為中心的搬運管理。現皆可經由5G高速傳輸,讓WCS與AMR可即時更新物料訊息與搬運任務執行狀態。


呂文成指出,由於AMR透過光達掃描地板時,經常遭遇若工廠走道堆貨品或物料時,將會改變場域情境問題。如今則可經由5G影像導航系統的攝影機,以高角度拍攝工作走道影像,再透過5G回傳AI辨識出地板區域是否有人、物,以及通過姿態估算出人的位置和移動方向,即時產生AMR行走時的最佳路線圖,或是動態避障的參考。


加上現場排程派工系統(Shop Order Dispatching and Analysis,SODA),主要針對製造現場實際營運現況,「即時」將工單任務分派(job Dispatching),並利用有限資源製造執行,所追求的是各工單任務的有效達成率和產線設備、產能資源及作業效率的適性化調度。


於其企業營運層的「先進規劃排程系統」(Advanced Planning and Scheduling,APS),融入MP物料/CP產能需求規劃為WO工單(AATP)。呂文成說:「如今現場排程派工系統,也成為製造營運管理的關鍵。」


目前針對製造現場數位轉型而打造的排程派工系統,則依照產能、物料、模治具,以及產線特性、作業人力等影響生產製造的「人、機、料、法」4大關鍵要素,可在短時間內找出智慧化、適性化的可行方案。


經過以數據驅動推演派工計畫,並採「PDCA」(Plan派工計畫、Do即時報工、Check分析檢核、Act差異調適),掌控現場人、機、料、法等製造現場變動要素,達到快速、準確、透明、可信任目標;最後可依系統提供各項排程法則滾動派工,並選擇工單或產線不同視角,呈現派工結果,進而建構廠區戰情室、3D設備可視化系統、現場管理層應用系統。


搭配AR智慧眼鏡可作為行動戰情室,藉巡檢展現機台資訊,人員可透過第一人視角,隨時隨地讀取設備情況並傳送生產資訊、操作手冊,釋放雙手調整、維修,或即時向遠端專家求助;線頭看板巡檢應用,讓機械設備即使在線尾,也能掌握產線所有指標。以及實現遠端協作,包含培訓、維護、查修等功能。



圖二 : 華碩智慧工廠提供電子業PCBA解決方案從入料開始,正處於從1.0可視化邁向2.0適性化階段。(攝影:陳念舜)
圖二 : 華碩智慧工廠提供電子業PCBA解決方案從入料開始,正處於從1.0可視化邁向2.0適性化階段。(攝影:陳念舜)

導入電子製造業應用 推行瑕疵檢測方案

呂文成進一步說明華碩5G+WiFi6工廠智慧化解決方案,係針對電子製造業瑕疵檢測解決方案,在智能倉儲領域包含原料倉,可結合AMR物料搬運系統,進行SMD元件進料/料捲入料檢測。透過現場排程派工系統,整合組裝測試包裝區域,包含DIP區域的爐前/組裝站/包裝站瑕疵檢測;SMT區域,進行SMT AOI爐後AI覆判;最終再結合OQC板彎檢測、AR智慧眼鏡系統。


且強調該方案具備:「一張建模,多工檢測」、「友善介面,快速設定」、「低漏檢、高精準」3大特色,包括硬軟體皆為自主開發為主,採取彈性程式設計,方便依照客戶環境參數設定或修改;使用少量樣品即可訓練AI模型,大幅減少人力及檢測時間,達到零漏檢率(underkill Rate)、過殺率(overkill Rate)<10%,將有效減少重工、提高生活品質,甚至即時反饋R&D改良設計。



圖三 : 5G+WiFi6工廠智慧化解決方案,係針對電子製造業瑕疵檢測解決方案,將達到零漏檢率(underkill Rate)、過殺率(overkill Rate)<10%目標。(攝影:陳念舜)
圖三 : 5G+WiFi6工廠智慧化解決方案,係針對電子製造業瑕疵檢測解決方案,將達到零漏檢率(underkill Rate)、過殺率(overkill Rate)<10%目標。(攝影:陳念舜)

5G專頻專網創新應用擴散 傳產雲端戰情室再進化

值得一提的是,目前除了電子、科技業大廠之外,目前台灣傳產中小企業也在軟體、系統整合商,以及官方、公協會主動協助下逐步引進5G AIoT擴散應用。


其中如GoodLinker谷林運算2024年首次展示「5G MR 食品加工生產雲端戰情室」使用情境,可讓參觀者戴上MR頭盔就彷彿走入虛擬觀光工廠,並由虛擬機器人帶領,沉浸式體驗認識攪拌、水煮成型、X光檢測等關鍵製程,參觀者直接用手勢就能進行互動,浮現即時生產數據及操控選單。


谷林運算執行長馮輝譯表示,由該公司所提供的產業服務定位在解決各種設備數據擷取難題,包含「綠色機聯網OT工程顧問服務」擅長蒐集製造參數或 ESG 碳盤查數據,鞏固製造業數位化基礎設施。


數據可視化應用則包括「企業雲端戰情室」,以協助作業員能自動準確即時報工,設備狀態及參數即時及歷史數據留存、異常警報,並加入生成式 AI 營運報告功能。馮輝譯認為:「雖然過去部份企業已有儀表板和戰情室,但現在透過5G MR 技術結合真實與虛擬世界,就能打造出企業專屬的沉浸式戰情室,再結合綠色機聯網服務,可望協助業者快速實現數位化升級。」


機械設備業更早已投入與數位發展部數位產業署合作推動「5G專頻專網創新應用擴散計畫」,包括線性傳動元件大廠精浚科技(STAF)與機械公會(TAMI)合作辦理「5G工廠AI與MR應用建置計畫」。


其中精浚除了為優化生產製程而導入「智能撿料」,經由MR眼鏡結合WMS系統,以提升撿料效率及庫存進出貨之精準度;透過數位影像式品檢,利用5G高頻寬、低延遲、廣連結特性,落實智慧製造,大幅提升組裝與包裝流程的精準度、改善並提升原有作業流程效率;同時利用最精簡的人力,有效提高產品質量,增加產業競爭力。


精浚科技公司總經理張若軒表示,因應建置智慧工廠,未來將全面加強資訊管理,以資訊條碼化、數位化、即時化為主軸,通過供應鏈管理系統將供應商來料資訊及相關單據轉為數位化條碼,只需掃描QR Code即可快速串流相關資訊倉儲管理系統,收貨、領退料、出入庫及出貨等資料並同步至ERP。


另外通過製造執行系統及機聯網技術,將工人的工時、機器開工時間、物料來源及數量、產品良率等資料數位化,可透過戰情看板,隨時視察廠內的生產狀況。進一步利用5G企業專網快速傳輸加上AI即時影像辨識,可在組裝/包裝工站發生異常時,即時示警及時修正,並將相關數據作?提升產能的分析參考資料。



圖四 : 谷林運算2024年首次展示「5G MR食品加工生產雲端戰情室」使用情境,可讓參觀者戴上MR頭盔直接用手勢就能進行互動,浮現即時生產數據及操控選單。(source:谷林運算)
圖四 : 谷林運算2024年首次展示「5G MR食品加工生產雲端戰情室」使用情境,可讓參觀者戴上MR頭盔直接用手勢就能進行互動,浮現即時生產數據及操控選單。(source:谷林運算)

未來還將利用MR眼鏡來進行倉儲管理,掃描QR Code確認工單/物料,再利用地圖導航功能指引人員取料儲位。維修新手也可憑藉MR眼鏡遠端連線到老師傅,透過5G通話、即時影像及截圖標記等功能協助維修指導,並將維修過程錄影存檔,可供後續人員重複觀看學習及訓練。


為了進一步強化管理效率及技術傳承,精浚還在自家新廠作業場域內建置5G專頻專網連線,強化廠內網路連結,並直接使用MR眼鏡為載體,導入遠距教育訓練。讓現場設備維修人員與老師傅直接連線溝通,遠距指導設備維修,使Domain Know-How可無縫接軌、經驗傳承零時差,還可將每次維修以數位方式留存紀錄,加強作業管理,員工並可經由反覆練習,提升技術水準及動作的準確度。


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