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如何以「柔」克剛,打造高彈性產線,讓產能效益倍數成長?

在工業4.0的時代下,加上疫情的影響,企業面臨少量多樣的生產需求、產品生命週期縮短以及缺工的困擾,讓各家機械手臂紛紛推陳出新。但真的只要靠機械手臂就可以打造高彈性產線了嗎?還有哪些方式可以幫助企業提高產能,降低人力成本呢?

作者

莊馥綺

2k

・2022/09/23

在疫情反覆不定、烏俄戰爭等因素影響下,讓全球化供應鏈面臨巨大挑戰,而製造業者該如何在三缺(缺工、缺料、缺櫃)的情況下,順暢處理好客戶訂單多樣少量化的需求?如何以具有韌性的供應鏈、高彈性的產線來迎接變動的未來?怎麼做才有辦法讓產線和設備都能穩定持續運作,達到獲利條件?

 

面對疫情後的大解封時代,本來是一件令人高興的事,但卻衍伸出訂單下滑、客戶端庫存堆積情況越趨嚴峻的情況,且在高原物料價格、供應鏈瓶頸的衝擊下,世界經濟趨勢已悄悄被改變,對於製造業來說,哪些應該要注意且積極應對改變的呢?

1.數位化及自動化的需求增加:除了工業4.0的需求,加上疫情因素導致停工、缺工問題,遠端監控能力、設備自動化顯得尤為重要,因此透過IT+OT的結合將生產過程中所有環節的流程和資訊數據化、即時化、透明化,做到即時調整、解決產線問題,降低成本和風險。

 

2.全球依存度降低:因為之前缺料、塞港、部分城市封城,導致全球化供應鏈的重組,為了降低供應鏈在長途運輸時的風險,許多企業採取將生產線挪到終端市場旁,除了可縮短運輸時間成本,降低國際地緣上的風險,還能減少碳排放與碳足跡,逐步邁向ESG環境永續經營。

 

3.競爭加劇:許多排名前幾大的企業可以說是壟斷大部分的技術優勢和產業利潤,因此排名靠後或是中小型企業如何借助自動化降低成本,增加獲利空間便是一大重點。

 

除了因為大環境影響而產生以上幾點問題,還有一種情況是明明已經購入機械手臂,或是將設備聯網化了,但在生產過程中的輸送系統卻老是問題一堆無法徹底解決,但究竟還有哪些問題困擾著大家呢?

 

傳統流水線生產與輸送系統問題點

流水線生產問題點

1.單一工作站做固定單一製程:在流水線上一個工作站,只能做一件事情,等於一個蘿蔔一個坑,無法彈性做調整。

2.工作站之間,使用輸送帶傳遞加工件:雖然可以解決複雜的安裝角度問題,但卻需要以人力操作,可能會因為人為因素而造成失誤,且產能也較不穩定。

3.無法任意調整生產節拍:假如一條流水線上分成四站,即便前面三站只需一秒,但最後一站卻需要三秒的加工時間,這樣整條產線只能將間距統一調整成三秒,造成停等的浪費,若硬是調快生產速度,反而會造成反效果。

 

傳統輸送系統缺點

1.輸送履帶:無論是利用皮帶還是齒輪輸送,雖然可以快速彈性作業,但定位精度低、產量低,且會製造粉塵、需要定期維修。

2.分度盤:使用馬達帶動軸承,比起輸送履帶來說速度較快、產量較高,可以在台車上進行加工作業(無須人力加工)、定位精度也有到0.02mm,但還是需要定期潤滑保養,且台車間距固定,無法彈性調整。

 

看到這些產線上的問題點,有些人會想說:那就直接將設備和輸送帶改成全自動化就好了啊!但事實上如果沒有確切瞭解最終的理想狀態、沒有做好完全的評估與測試,貿然進行設備自動化只會帶來極大的困擾與失敗的風險,但自動化有哪些風險呢?

 

加工廠設備自動化風險與解決辦法

設備自動化風險三階段

1.產品風險(product risk):一開始產品尚未設計好、完全標準化,還存有很多的變數,如果在這階段便嘗試做自動化,會因為這個風險導致投入自動化的浪費,增加時間成本。

 

2.流程風險(process risk):尚未成熟的流程存在風險,並隨著添加製程或增加生產速度讓事情變得更困難。以下有兩種不同條件但都可能發生的流程風險情形:

a.製程已經成熟,為了讓產能提升、降低成本而導入自動化。像是原本設備可以做到產出100件不會有問題,但提高到120件便會有問題,這就是屬於產線的瓶頸,導致產能無法提升。

b.流程還未穩定,還在摸索階段便嘗試自動化,這時便會遇到流程性風險。

 

3.預測風險(forecast risk):你無法準確預測市場對於新產品的反應會如何,因此必須等到市場做出反應,確認所有的不確定來源。如果產品不好賣,需要做部分改變,這也會影響自動化流程的發展,只能花費時間、金錢去調整。

 

降低設備自動化風險三要素

專案管理三角形理論來說,品質會受到時間、成本、風險這三點的影響,這三個重點必須要保持平衡,如果過度強求某一樣東西,就要承受風險、成本上升的問題,

 

1.確立最終的目標 

只要瞭解最終的理想狀態,就算中間遇到疫情、戰爭缺料的干擾,只要目標明確,就可以降低中間的風險,再分階段逐步導入,便不會有到最後一步還要大改的狀況發生。

 

2.打造穩固且健全的基礎

做一條自動化產線和蓋房子很像,首先要有穩固、好的地基,因此在進行自動化時要選用好的基礎設備,如:選擇高彈性、模組化可以調整的軌道,遇到改變時可以重新快速地做調整,才有辦法面對不確定的風險。

 

3.別做重複且無意義的事(Do not reinvent the wheel)

如果市場上有一樣東西能符合80-90%的需求,就不要再花費時間重新開發,只會浪費時間跟力氣,就算重新開發可以達到100%要求,也應該要把力氣專注在本業上,達到最高附加價值。

 

由這三個核心理念所構成的自動化產線,可以大幅降低

所有風險,最重要的是產線要保持彈性,不能是一台做死的機器死做到底,要能符合環境市場的變化,隨時彈性化調整。

 

柔性磁浮造軌道打造智慧產線

磁浮軌道技術概念

磁浮軌道上面的靶塊稱為台車,軌道是以模組化拼裝方式一塊塊拼起來的,可以自由組裝,主要加工料件會放在上面做承載,在旁邊或中間加入機械手臂,或是汽缸性夾持裝置。以垂直方式安裝,並與定子構成磁場,切換動子運動來實現高速的移動,可以提供極為靈活的產線變換

 

通過軟體的整合可以實現速度、位置的同步關係變化,進而實現生產線的重新組織,打破加工瓶頸

 

磁浮軌道特點

1.平衡生產節拍,倍數生產:迴圈形軌道(一邊進料、一邊出料,完成整個加工)方式設計,用軟體系統控制間距,不像傳統輸送方式會有停等的時間,台車速度最高可以到4 m/s加速度40m/s,且站與站之間停等時間不到1秒,加上緩衝區(buffer zone)大大減少總行駛距離。可用空間得到更優化的利用。機電一體化系統可將製造過程加速高達 50%,提高生產力


2.台車定位精度高、承載重量提高:其他輸送系統,由於定位精準度不夠,需要先以機械手臂將到站的加工件夾下來,到旁邊進行加工,再夾回軌道上。而磁浮軌道以模擬軟體系統控制台車要停在哪一個點,精準度到一條(0.01mm)、能承載10公斤的壓力,即便加工重力更高,只要在台車下方增加承載平台,便可以增加台車的耐壓性,達到在台車上直接完成加工,比起傳統方式更加節省時間。


3.工作站點可以任意擴充、彈性更換:台車是具有磁力的,利用增加槓桿手把,便可以輕易取下、吸回台車上,需要調整時,可以用軟體進行編號認證。且磁浮軌道皆為1公尺,可以依照現場環境需求彈性增減。


4.轉換時間短:在連線的螢幕上點擊即可更改產品或格式。機械轉換的停機時間通常可以完全消除。


5.節省樓地板面積:節省44%樓地板利用、減少14%占地面積,連帶降低系統成本。


6.建置時間縮短:模組化方式做組裝,調機、定位部分可以比傳統少60%時間,加上利用模擬軟體模擬實際產線軟體情況,以模擬方式減少客戶理解需求的時間,設計時也可以透過模擬軟體內的一些簡化工具,減少工程師溝通、交流,去驗證想法和設計的時間,讓設備建置時間比傳統輸送帶更快速、更有效率。


7.降低維修成本:磁浮推進原理設計沒有損耗,不需要歲修。


8.潔淨室生產技術:高達IP69K的保護,可以防止敏感產品被弄髒和污染,並降低清潔成本。


9.防晃技術:以特定的移動速度防止液體露出(用於飲品、需要浸泡的加工件),並且在移動中不須再增加蓋上蓋子、拿掉蓋子的時間,節省時間成本、提高生產速度。


10.打造可學習產線:利用每一個站點蒐集足夠的數據資料,讓業者可以分析出產能的瓶頸,並將其解決。

 


磁浮軌道應用案例

◎從人工到全自動化生產(以藥廠為例)

業者需求:研發新藥,並盡快通過認證、批量上市。

導入過程:

1.先以人工製程開發,確保產品有效果。

2.導入半自動化磁浮軌道生產線輸送技術,利用橢圓形軌道加工站,取代人力重複動作(採用模組化加工站的方式來去做申報)。

3.從小批量全自動化生產方式逐漸變成大量生產時,利用加長軌道、複製加工站方式增加產量,打破生產瓶頸,增加出料速度。以同樣的CCD、手臂動作模式,即使產線有變動,也可以很快調整好,並得到美國FDA的認證,讓藥品可以很快上市。

 

◎靈活打造多樣產品加工環境(以電動車廠為例)

建置效益:大面積打造磁浮軌道系統,並用台車承載電池,電池輸送時可以變更軌道,並做到每一個站點的獨立加工,若要生產不同型號電池,會自動更換軌道,不須再經由人工調整更換。且可不同型號電池可依照其訂單數量來增減加工站,打造柔性且全自動化生產系統,隨時調配產能,目標要讓位於德州的工廠成為全球最大規模電池生產工廠之一。

 

磁浮柔性軌道可應用於飲料、製藥業、半導體、3C、手機零件組裝等,模組化、彈性化的優勢,相較於傳統的生產線,更是革命性的一大改變,因此如何一步步打造自動化生產線,更是企業們要思考的一項重要議題。



參考資料:巨緯科技

 

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