工業 4.0 技術如何改變製造業

工業 4.0 徹底革新企業製造、改良與分銷產品的方式。 製造商正在將致能技術(包括物聯網 (IoT)、雲端運算和分析)以及 AI 和機器學習整合到其生產設施與整體營運中。 這些智慧型工廠配備先進的感應器、內嵌式軟體和機器人,以收集並分析資料,並讓您做出更好的決策。 結合來自生產營運的資料與來自 ERP、供應鏈、客戶服務和其他企業系統的營運資料,為先前孤立的資訊創造全新層次的可見性與洞察。 此技術可提升自動化、預測性維護、流程改進自我優化,最重要的是可提供更進一步的效率水準和空前客戶回應速度。

發展智慧型工廠為製造商進入第四次工業革命提供絕佳機會。 分析從工廠廠房感應器所收集到的大量資料,如此可確保製造資產的即時可見性,並提供執行預測性維護的工具,以盡可能縮短設備停機時間。 

在智慧型工廠中使用 IoT 裝置可提高生產力與品質。 將人工檢查取代為採用 AI 技術的視覺化洞察,以減少製造錯誤並節省金錢與時間。 只需最少的投資,品質控制人員就可以設置連接至雲端的智慧型手機,以從幾乎任何地方監控製造流程。 透過運用機器學習演算法,製造商可以立即偵測錯誤,而不是等到後期才偵測到,從而避免代價更高昂的修復工作。

工業 4.0 概念和技術可運用在各種工業公司中,包括間斷式和加工製造,以及石油和天然氣、採礦和其他工業領域。 
 

從蒸汽到感應器: 工業 4.0 的歷史脈絡

第一次工業革命

從十八世紀末開始,英國的第一次工業革命利用水和蒸汽來發電,不再單純只依靠人類和動物的力量,這促成了大量生產。 成品是由機器製造出來,而不是手工辛苦製作。

第二次工業革命

一個世紀後的第二次工業革命中導入了生產線,並開始使用石油、天然氣與電力。 這些新的動力來源以及運用電話和電報的先進通訊,將大量生產和一定程度的自動化導入製造流程中。

第三次工業革命

第三次工業革命始於 20 世紀中葉,它將電腦、先進的電信和資料分析導入製造流程中。 將可程式化邏輯控制器 (PLC) 嵌入到機械中,以協助自動化部分流程並且收集與共享資料,自此工廠數位化便拉開了序幕。

第四次工業革命

現在,我們正處於第四次工業革命時期,也稱為工業 4.0,它的特點是提高自動化程度並採用智慧型工廠,運用資料以透過更高的效率和生產力來製造商品。 靈活性大幅提高讓製造商能夠使用大量客製化來進一步滿足客戶需求,在大多數情況下,其終極目標是實現大規模的效率提升。 透過從工廠廠房收集更多資料,並將這些資料與其他企業營運資料相結合,如此智慧型工廠即可讓您做出更好的決策。

哪些技術在推動工業 4.0?

代表機器的圖示

物聯網 (IoT)

物聯網 (IoT) 是智慧型工廠的關鍵要素。 工廠廠房機器配備感應器,這些感應器具備 IP 位址,可讓機器連接其他支援 Web 的裝置。 此連線功能使我們可以收集、分析並交換大量寶貴資料。

代表上傳的圖示

雲端運算

雲端運算是所有工業 4.0 策略的基石。 全面實現智慧型製造需要連接並整合工程、供應鏈、生產、銷售與分銷以及服務。 雲端有助於實現此目的。 此外,使用雲端可透過更有效率且更符合成本效益的方式處理所儲存與分析的大量資料。 雲端運算還可以降低中小型製造商的啟動成本,他們可以隨著業務的發展調整自己的需求和規模。

代表人工智慧的圖示

AI 與機器學習

AI 和機器學習可讓製造公司充分利用從工廠廠房、業務單位甚至合作夥伴和第三方來源所產生的大量資訊。 AI 和機器學習可以建立洞察,提供營運和商業程序的可見性、可預測性及自動化。 例如: 生產流程中的工業機器很容易發生故障。 使用從這些資產收集到的資料,可協助企業根據機器學習演算法執行預測性維護,從而帶來更長的正常運作時間和更高的效率。

代表資料分析的圖示

邊緣運算

即時生產作業需求意味著部分資料分析必須在「邊緣」進行,亦即在建立資料的位置。 這可將從產生資料到需要回應之間的延遲時間降至最低。 例如,安全或品質問題的偵測可能需要透過設備進行幾乎即時的動作。 將資料傳送至企業雲端然後再傳回工廠廠房的所需時間可能過於冗長,而且取決於網路的可靠性。 使用邊緣運算還代表資料停留在其來源附近,這樣可以降低安全風險。

代表資料安全的圖示

網路安全

製造公司並未總是考量到網路安全的重要性。 工廠或現場 (OT) 的營運設備具備相同的連線功能,可實現更有效率的製造流程,然而,這同時也暴露了可讓惡意攻擊與惡意軟體進入的新路徑。 進行工業 4.0 數位轉型時,必須考量包含 IT 與 OT 設備在內的網路安全方法。

代表數位分身的圖示

數位分身

工業 4.0 提供的數位轉型可讓製造商製造數位分身,它們是處理程序、生產線、工廠與供應鏈的虛擬複製品。 數位分身是透過從 IoT 感應器、裝置、PLC 以及其他連接至網際網路的物件中取回資料而建立的。 製造商可使用數位分身來協助提高生產力、改善工作流程,以及設計新產品。 例如,透過模擬生產流程,製造商可以測試變更程序,以尋找讓停用時間降至最低或提高產能的方法。

智慧型工廠的特徵

在電腦上工作的男性

用於做出最佳決策的資料分析

內嵌式感應器和交互連接的機器為製造公司生產了大量資料。 資料分析可協助製造商調查歷史趨勢、識別型樣,並做出更好的決策。 智慧型工廠還可以使用組織其他部分及其延伸的供應商與經銷商生態系統的資料,來建立更深入的洞察。 透過查看人力資源、銷售或倉儲資料,製造商可根據銷售利潤和人員做出生產決策。 可以將營運的完整數位表示法建立為「數位分身」。

正在調整機器的工廠員工

IT-OT 整合

智慧型工廠的網路架構取決於互聯性。 從工廠廠房的感應器、裝置和機器所收集的即時資料可立即被其他工廠資產消耗和使用,也可以在企業軟體堆疊中的其他元件之間共用,其中包括企業資源規劃 (ERP) 和其他商業管理軟體。

從事工廠自動化工作的男性

客製化製造

智慧型工廠可以用更符合成本效益的方式生產符合個別客戶需求的客製化商品。 透過使用先進的模擬軟體應用程式、新的材料和技術(例如,3D 列印),製造商可以輕鬆地為特定客戶生產小批量的專屬商品。 第一次工業革命是關於大量生產,而工業 4.0 則是關於大量客製化。

大型儲存設施

供應鏈

工業營運取決於一個透明的高效率供應鏈,該供應鏈必須與生產作業整合在一起,以作為強大工業 4.0 策略當中的一部分。 這會轉換製造商購買其原始物料和交付成品的方式。 透過與供應商共用部分生產資料,製造商可以更妥善地安排交貨方式。 例如,如果生產線中斷,則可以重新遞送或延遲交貨,以減少浪費的時間或成本。 此外,透過研究天氣、運輸合作夥伴和零售商資料,公司可以利用預測性出貨,在剛好合適的時間交付成品,以滿足消費者需求。 區塊鏈正在成為實現供應鏈透明化的關鍵技術。

工業 4.0 與混合多雲 IT 架構

在製造商尋求運用工業 4.0 來進行數位轉型時,建置混合多雲 IT 基礎架構是其中一個關鍵元件。 混合多雲是指公司使用兩個以上的公有雲和私有雲來管理其運算工作負載。 這讓他們有能力在所有雲端上優化工作負載,因為某些環境更適合或更符合特定工作負載的成本效益。 正在尋求數位轉型和安全開放式環境的製造商,可將其現有工作負載從內部部署位置移至最佳的雲端環境。 

工業 4.0 與 IBM

AI 視覺化洞察可提高生產力

透過採用 AI 技術的自動化檢查來增強手動檢查,可減少產品瑕疵、提高效率並將誤判降至最低。 通常,可以使用現有的影像和視訊來快速訓練深度學習模型。 連接到智慧型手機相機後,自動檢查模式即已備妥可加入生產線。

採用 AI 技術的製造業

以工業 4.0 為目標的數位轉型從收集資料開始,然後加入人工智慧來理解該資料。 智慧型工廠利用 IoT 裝置來連接機器與電腦,以透過即時資料清楚掌握製造設施的狀況。 然後,使用 AI 和機器學習從大量資料中獲取可行的洞察。

智慧型資產管理與維護

企業資產管理 (EAM) 對於保持持續營運至關重要。 實施工業 4.0 技術的製造商,可在其智慧型工廠中輕鬆擁有數千個 IoT 連網裝置。 為了滿足工業 4.0 的需求,每台設備都必須具有最大的正常運作時間,藉此確保效率。 企業資產管理容許從遠端監視設備、提供可延伸資產生命週期的,以及提供分析以進行預測性維護,藉此推動營運備援與敏捷性。

融合 IT 與 OT 是工業 4.0 的基石

工業 4.0 正在實現資訊技術 (IT) 和運算技術 (OT) 系統的融合,在自主製造設備與更廣泛的電腦系統之間建立交互連接。 來自感應器、PLC 和 SCADA 系統的 OT 資料正在與來自 MES 和 ERP 系統的 IT 資料進行整合。 藉由機器學習擴增,此整合會影響整個企業,從工程到營運、銷售與品質。

資源

數位轉型的製造端: 智慧型工廠

實現工業 4.0 的承諾 - 透過連接 IoT 裝置、收集和分析即時資料並優化製造流程,實現傳統生產技術的轉型。

保護物聯網安全

有 36% 的高階主管認為,保護 IoT 平台是其組織所面臨的首要挑戰。

為何有家公司認為此工作台是智慧型工廠的關鍵

英國航太零件製造商 Meggitt 擁有工業 4.0 的潛力,可確保無故障交付與零缺陷。

智慧型製造如何優化您的工廠以迎接新時代

將透過工業物聯網 (IIoT) 收集的資料結合在一起,開發預測性維護功能,並推動主要製造人員之間的協作。

AI 視覺洞察可提升製造效率

透過對作業環境採用 AI 技術的視覺化檢查,可大幅提升程序效率和產品品質。

工業 4.0 部落格文章

閱讀涵蓋一系列工業 4.0 主題的部落格文章,包括採用 AI 技術的製造、智慧型視覺化檢查與工業物聯網。

解決方案

IoT 諮詢服務

依靠 IBM 專家協助您建模,並實現支援 IoT 的互連作業願景,讓您達成新境界的敏捷性和彈性。

何謂企業資產管理 (EAM)?

讓 IBM 專家協助您運用支援 IoT 的感應器和裝置來管理您的實體資產和設備,以提高效率並將資源投資最大化。

IBM Maximo Visual Inspection - 透過 AI 增強視覺化檢查

在您的作業環境內部署 AI 和 IoT 電腦視覺技術,以監視您的資產並更快速地偵測生產問題。

使用 SAP 應用程式將企業應用程式現代化

讓 IBM 專業人員協助您提高製造產量,並增加供應鏈可見性與資產正常運作時間,從而充分運用您的 SAP 資料和交易。

改善製造供應鏈的管理和物流

IBM 解決方案可以透過 AI 採用自動化並部署工業物聯網 (IIoT),以協助您建置更好的供應鏈並降低複雜性。

在 IBM Cloud 上建置物聯網 (IoT)

透過在 IBM Cloud 上部署 IoT 裝置,您可以輕鬆地收集並處理資料,然後獲得有價值的 AI 型洞察,從而改善您的業務運作。