自動化是什麼？製造業執行自動化的5大關鍵 | 鼎新電腦
文：吳欣珊
發布時間： 2022-10-12 13:57:00
現今自動化技術早已應用在各行各業，從工業應用的飛機自動駕駛系統、船隻的自動定位系統，到一般常見的辦公系統如門禁系統、電腦輔助設計CAD等，都是運用自動化技術的結果，在科技進步的過程中，自動化已佔據一席之地，且逐步朝向智能製造邁進。
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什麼是自動化？
自動化主要為使用各種控制系統的操作設備，廣義定義為不需借助人力親自操作機器或設備，利用動物以外的裝置元件或能源，來達成人類期盼執行的工作。狹義定義則是以生化、機電、電腦、通訊、水力、蒸氣等科學知識與應用工具，進行設計代替人力、減輕人力或簡化人工作程序的機構機制。相對人工概念而言，指無人參與的情況下，利用控制裝置使被控物或過程自動按預定規律進行，也可稱為自動化。
自動化的3種優勢
自動化技術的研發，除了讓機械貨運具操作者可以獲得休息外，也能大幅減輕製造生產時的人力作業，強化企業整體競爭能力。在社會面臨少子化的狀況下，導入自動化技術成了必需的選擇，自動化主要有以下優勢：
提高現場作業效率並節省勞動力
自動控制技術的研究有利於將人類從複雜、危險、繁瑣的勞動環境中解放出來，藉由設備大大提高現場作業控制效率，並能以最低的勞動力執行作業，將人力運用在必要的步驟或需思考的環節作業上。
節約能源與材料
以室內溫度調節為例，自動化目的把室內溫度維持在一定值，若有開窗等因素影響，透過閥門調節讓溫度保持恆定，恆溫熱水器的自動化同理，即便外界溫度干擾，也能藉由閥門調節控制熱水維持定值，藉此達到節省材料的目的。
改善產品品質、準確度與精度控制
自動化實行前，不論是製造的參數、飛機的自動飛行系統、船舶自動導航等，從簡單到複雜的系統，透過組合各種不同技術如機械、液壓、氣動、電子等，進行數據設定進而實行自動化，讓自動計算符合實際所需，達到所想的準確度與精度進而操控設備或器械。
自動化對製造業的5大關鍵
在自動化發明前，製造業本身也需要大量人力操作機器進行生產，產線運作以往多數仰賴人工進行，在現今缺人的環境下，生產線設備的自動化也勢在必行，而產線自動化對製造業主要有以下優勢：
較少的勞動成本
自動化設備可以操作並減少人力操控機台的勞動成本，將珍貴的人力資源作用在更加複雜的決策，進行產值更高的工作，提高多方作業速度，提升生產效率。
產品成本較低
在自動化設備運作的前提下，作業時間與使用材料數量皆一致，自動化可協助材料數量控管，與整體生產作業時間掌控，以便計算採購數量與生產排程，控制預算與時間。
較高的生產率
自動化設備的操控下，生產時間與步驟有高一致性，且對於各站生產時間嚴格計算，產品或零件在各加工位置的停留時間相同或以倍數呈現，緊湊時間所產出的速度較快，在製品數量較少，故產能也高。
製造產品時間最短
相對一般有人工作業的生產線，自動化生產線從開始生產製造直到成品完工之間所需時間最短，且生產時間固定，方便管理者估算現場實際作業時間與產能。
工廠佔地面積較少
自動化生產線大多皆為機電一體化，當規劃產線運作與配置時，除了機電配置外，原先預留給人員的空間可以吊至天花板或生產線上的機械手臂取代，所需空間較小，較不佔廠房空間。
延伸閱讀：如何自動化？工廠自動化完整解決方案
自動化與智慧製造的差異
智慧製造是近年數位化趨勢開始後所開始的重要議題，由企業內部開始數位化進程(數位化→數位優化→數位轉型)，同步轉移至生產現場，搭配智能感測現場蒐集數據後，企業因應數據執行對策。自動化是智慧製造的必須前提，而智慧製造是自動化與AI人工智慧的結合運作，兩者對於製造業都是重要的進化，但成長性卻是不同層級。
自動化：
無人參與的情況下，利用控制裝置使被控物或過程自動按預定規律進行，例如運用程式設定讓機器遵循設定參數運作執行不間斷生產，當所有設備都進行設定後，各司其職進行站點與站點間的流線運作，達成產線自動化無人生產。
智慧製造：
在高度自動化的生產過程中，裝置在設備上的感測器執行蒐集並處理即時數據，透過數據例如關鍵績效指標、整體設備效率的呈現了解實際生產狀況，運用AI人工智慧與機器學習能力，建立模型並預測設備生產過程與結果，自動執行異常偵測，預防生產現場異常狀況發生。
延伸閱讀：何謂智慧製造？實施工業4.0的關鍵
AI的突變式發展，除了改變人類在工作時的思考與方式，也直接影響到工作面貌，對於傳統的製造業而言，進行數位化進程的流程，也需要AI的助力。AI在數位世界內的合適基礎上，取代原先的製造業的繁瑣工作，藉由自動化或優化生產流程，減少錯誤並進行系統的監控與維護、預防警示、數據蒐集分析，並幫助人力決策判斷，預測市場需求，幫助企業讓自動化加速到智慧製造的進程，使AI與人類協作工作的同時，釋放人力與產值，推動產業的數位轉型。
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如何施行自動化，自動化流程介紹
製造業施行自動化，需分兩個面向處理：企業資源規劃與生產程序規劃。
企業資源規劃
針對企業內部所有資源的整合與數位化，進行管理自動化，例如遙控與感測技術結合電腦網路技術的IoT性能，運用最少人力掌握即時數據，監控產線細節與設備管理，分析數據並進行不同單位的自動化管理，從設計、試產、物料入庫、生產加工、良率、出貨、經營管理、售後等，藉由自動化將各單位數據統整，協助企業整合管理。
生產程序規劃
現場執行者管控整體生產作業流程，自動化協助整體生產製造與加工作業的流暢執行，藉由數據蒐集分析可能問題癥結點，並預測未來可能產能，提高現場生產效益。從原料進入生產現場開始，經由加工、運送、檢驗、包裝等一系列產線作業，生產現場流程規劃可分以下幾個步驟：
整體生產時間
依據訂單與客戶需求數量，計算出完成訂單數量所需生產時間，確定產品在完成時間內製造出確切數量，評估自動化後的固定時間內產出數量誤差值在一定範圍下。
站點作業時間
各加工或生產製造站點的作業時間計算，需取得站點作業時間一致或平衡，避免站點半成品或在製品堆積情形發生，影響最終產能。
感測器設置
除了產線自動化外，計算自動化後的生產線產能並推估實際作業時間，感測器的設置紀錄可協助上述問題數據化，讓現場管理者了解實際生產狀態。
生產線平面設置
自動化設備可依工程順序排序，因多數站點無須人力操作機械，以U字型生產線設置，減少生產線作業範圍，人員主力用於產線入口與出口的入料與接手成品。
燈號配置
即便產線自動化，也需設置讓現場管理者或操作人員能目視確認的燈號設置，協助傳達自動化生產線上的作業異常。
人員配置
確認現有自動化產線的範圍、產線出入口、必須設置人員控制操作的站點，計算規劃人力進行站點配置，維持自動化產線產能。
進行自動化的挑戰
在進行自動化之前，需評估企業整體作業的電腦技術、自動化設備、感應技術、機器人等系統整合應用，與數據串聯能力，其目的在於降低生產製造過程中的人力需求，與提高最終產線的整體良率與產能，最重要的部分是企業內部思維進行轉變，與內部單位的溝通整合。
企業內部自動化
企業內部需要的是各單位整體資料庫與數據串聯，進行流程自動化，協助企業營運作業流暢。例如客戶訂單整理、物料清單整合、出貨管理清單、管理與報表自動產出等，資料進行串連時，除了以BPM系統協助控管生產流程、同時與ERP系統整合，數位化所有資料與資訊，整體流程透明化，協助管理層運用數據找出問題癥結並處理，讓企業內部使用同樣語言溝通，加速整體作業效率。
產線整體自動化
除了產線設備的更換，評估新的自動化產線運作機制與舊有生產模式的成本比對，人力需求評估、整體產線規劃，成本估算；導入感測器，將以往傳統經驗轉化為數據呈現，依照數據並分析，即時調整生產作業流程，使產線通順，產能提升。
未來企業除了內部系統及產線的自動化外，AI的協作將成為企業高度自動化的運作助力，生成式AI所帶來的創新變革，加速企業的服務創新能量，例如蒐集數據預測維修、推算供應鏈體系的預估及庫存物料管控、達成智慧製造等，與人類偕同達成任務，讓人力能更有效率的執行其他高價值的工作，提升企業競爭力。
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進行自動化後的實質效益
因應少子化、經驗無法傳承與少量多樣變化的大環境趨勢，未來進行數位轉型與智慧製造是各企業的必續轉變，自動化搭配感測器收集數據，則是進入智慧工廠，轉變為智慧製造前的必須作為。而進行自動化後的主要實質效益有以下3點：
生產現場透明化建構
結合IT與OT，達到現場自動化與數據蒐集，背後需要強大的作業系統協助執行數據整合與連動，MES系統協助往上集成APS、ERP、PDM，向下透過MDC系統獲得設備監控數據與狀態，再依據現場運轉狀態分配通知物料配送及送貨等運輸事宜，跨系統的串接讓整體生產作業流程與資訊透明化，藉由數據達到生產現場精確管控。
提高設備配置作業速度
連動監控設備，提前得知設備運行狀態，透過數據確認提早警示設備維護；品管作業的品質檢驗資訊，藉由安裝MES客戶端，即時發送資料至各現場站點作業人員知曉，免去現場人員反覆來回確認，降低現場作業浪費。
生產工序與派工管理提升
生產現場的每道工序與流程作業都是環環相扣的，如何在開完工單後，讓所有作業都被執行到不遺漏，減少誤差的製造產品，是加強生產管理效率的重點。工單在移轉到MES系統後，根據設備負荷狀況與加工需求，將需求任務與人員配置至機台，依據生產資源調整；上下站點也透過MES系統防控，避免漏製、錯製、遺漏站點等狀況發生，主動預防並提升品質管理，協助整體生產流暢。
未來數據管理將成為製造業的常態，在產線自動化後，更要提升數據驅動的營運性能，協助生產管控、減少浪費，企業需改變原有治理思維，讓數位化管理協助整體作業營運，提升未來企業生存競爭力。
延伸閱讀：智能+製造，數位化管理的數智工廠
製造業執行自動化的成功案例
伯鑫工具創立於一九八四年，秉持追求精良技術的執著，專注於素有「工具王」之稱的活動板手製造，產品類型超過一百五十種，取得的專利超過三百項，研發與創新能量豐盈，屢次榮獲iF、reddot、G-mark等設計獎項與台灣精品獎的肯定。
但手工具製造被視為典型的傳統金屬加工產業，具有勞力密集特性，原先運作模式為事後使用紙本報工，於生產後半天至一天才將資訊輸入系統，現場生產的物件即時狀況與流向無法掌握。若有突發狀況或製程需要，在線外製程上更難清楚追蹤相關資訊，現場必須額外分派人力支援，生產進度無法完全掌握，難以答覆客戶交期，影響後續訂單出貨。
為了轉型朝向技術密集，因此需要自動化與智慧化的助力。而導入MES等系統聯動自動化後，協助伯鑫有了以下卓越的改變：
1.製造資訊的連結紀錄
導入MES藉由數據分析可對生產進行優化，針對加工良率問題，從源頭設備進行數據採集，以便做到異常發生前的預防，舊產線建置數據收集與工時紀錄，後續做到基礎整合，收集設備數量與狀態，再將檢測機的設備整合，最終導入品管系統中，過程收集的生產資訊都能透過看板呈現即時數據，現場能隨時應對異常狀況。
2.現場可視化管理
現場小平板能於線上做資訊曝光，大平板電視可以看到各線即時生產效率，現場可以即時知道生產效率變化並做出因應，無須到現場，可從看板或電腦得知產線開線狀況，機台設備的異常情況等，生產做到即時監控與管理可視化。
3.自動化產線的參數載入
進站時系統連結設備，設定工單讓設備載入產品生產資訊，自動載入加工參數，節省原先需人員換模校模的時間，生產完自動檢測即時計算良率。原先需要4到5人支援的產線，透過自動化可僅需一人協助，生產參數更可根據老師傅的經驗調整後續自動載入設備，既可預防人員的操作失誤，又可以傳承難得的老師傅經驗。
藉由導入系統，排程準確率透過資訊工具的協助達到85%以上，藉由不同資訊平台的整合與連動，可以有更多資訊處理自動化的效益，營收在五年間成長五、六成。在智慧化的浪潮下，留下來企業的都是有能力做智能製造，最後回歸到產品競爭力、是否符合市場需求，及營運面臨瓶頸能否透過智慧化解決。
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結論
面臨未來的人員成本高升、應對環境不斷變化的製造需求，製造產業執行自動化將是必要趨勢，從早已出現的工業4.0，也已驗證未來設備智能化的發展走向，如何讓自動化深入企業經營與製造現場，提高現場作業能力，加強企業競爭力，是未來製造產業在轉型路上所必經的路途。
延伸閱讀：智能+製造，數位化管理的數智工廠
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