自動化產線智慧監控與排程優化技術

摘要：國內傳統產業由於全球智慧化轉型的衝擊下，紛紛意識到轉型的必要性，不僅訂單方面朝向少量多樣的型態，內部管理面臨勞工需求、老齡化與經驗斷層等問題，如何協助傳統產業企業轉型為目前重要課題。因此本研究透過智慧監控，掌握生產數據和狀態，利用智慧排程提供快速訂單排程與提供小批量生產插單，推動智動化提升與數位串流將供應鏈串連，打造智慧工廠為目標。
Abstract：Due to the impact of the global intelligent transformation, domestic traditional industries have realized the necessity of transformation. Not only do orders face the small-volume large-variety production, but internal management faces problems such as labor demand, aging and experience gaps. How to assist traditional industry enterprises to transform is an important topic at present. Therefore, this study uses intelligent monitoring to master production data and status, and uses intelligent scheduling to provide fast order scheduling and small-batch production insertion, and promote intelligent automation and digital streaming to connect the supply chain and build a smart factory.

關鍵詞：分類與回歸樹、基尼指數、企業資源計劃
Keywords：Classification and regression tree, Gini index, Enterprise resource planning

前言
因應全球工業4.0推動政策與淨零碳排能源共識，全球各型態產業，為講求高效率的生產加工、縮短Time-to-market時程、有效節能與降低碳排量等議題，積極導入智能監控、智慧化生產等，力求在符合高產能的需求下兼具環保意識，而國內傳統產業在此全球智慧化轉型的衝擊下，紛紛意識到轉型的必要性。以傳統膠帶產業為例，全球膠帶市場在2021年估計規模達626億(USD)，市場到了2027年預計整體市場規模將達到853億(USD)，以收入作為估計複合年增長率增長約5.1%[1]。膠帶產業供應鏈分為兩種，出售給經銷商或者直接給消費者端，因原始少量銷售價格本來就高，則銷售增幅不大，另一種為委託代工(Original equipment manufacturer, OEM)，則有機會提高獲利，如3M委託國內廠商製造，但因為全球製造商數量逐步增加，製造商要如何在原物料端缺的狀態下維持相同售價將會是製造商面臨的重大問題之一，除此之外，膠帶生產於換料會產生大量廢料，於成本與降低碳排為不利因素，如何有效進行訂單排程，也是廠商關注的議題之一。
然而傳產大部分的機台巡檢與排程皆以人工為主，仰賴經驗法則，造成成本和競爭力下降，因此本研究開發目的為透過智慧監控，掌握生產數據和狀態，利用智慧排程提供小批量生產插單，線上生產查詢提供客戶查詢品質和到貨時間。未來以智慧工廠概念為出發點，協助傳統產業逐步轉型，整合上中下游，上游資訊流整合下單和生產履歷同步，中游生產端整合智慧化排程、記錄生產參數、設備狀態，下游銷售端透過上游線上生產查詢隨時了解交貨狀態，解決勞工不足與提升國際競爭力。
產線自動化智慧監控
本研究與萬洲化學共同合作，以該公司為示範產線，整體智慧工廠規劃架構如圖1所示，本研究主要介紹B部分智慧排程、智慧監控(包含可視化、設備聯網軟硬體)，其中灰色為未來規畫項目、藍色為本次擁有、紫色為原始具備，透過整體規劃，預期整體完成可成功建立單向垂直串連E化管理作業，提升電子化技術水平增加經銷利益，並輔助自動化設備、製造工程的技術提昇，提高企業價值。

圖1 智慧工廠規劃架構

1. 設備狀態監控架構
根據該公司產線位置與關鍵參數進行點位規劃，內部製造膠帶產線共六條，包含F機、F2機、O機、O1機、O2機、O3機，切台共三條，包含B1、1F、2F，其整體設備狀態監控架構如圖2所示，針對F和O機的溫度、機速、張力、生產計數和開機時間進行狀態監控，底層設備段為上膠機透過內部鎖定監測段PLC IP位址將訊號傳送至中控端看板管理，如現場設備發生問題，設備警示以E-mail和Line傳送給相關管理人員，外部使用者透過VPN可進入系統查看現在整體生產狀態，在數據收集後會持續上傳至Oracle進行製程參數存放。現場部分每個上膠機旁原始配置電腦部分，由中控段經過廣播至設備周邊電腦顯示該設備現階段狀態，以看板警示每個階段製程狀態管理。

圖2 設備狀態監控架構

2. 設備狀態監控系統
系統分為主要監控頁面、電子地圖、即時狀態監控和趨勢顯示四個大項設定如圖3所示。其中圖3(a)為主要監控頁面：記錄機器運轉狀態、警告狀態、即時稼動率和生產累計。圖3(b)電子地圖部分則將每個部分所量測到的即時數據顯示於電子地圖，如現場有發生溫度、速度或張力問題時，電子地圖的該處則會顯示紅色，同時以E-mail和Line通知主管、設備檢修人員，以方便檢修人員於現場進行即時性修復。圖3(c)即時狀態監控與電子地圖功能相同，不同處在於狀態監控以設備控制人員為主，進行狀態顯示如發生問題以反紅色顯示，讓現場人員進行設備調整。趨勢顯示為連續式記錄設備溫度、機速、張力和計數顯示，並將所收取到的數據即時上傳至資料庫中做數據留存。

(a)                                                                                        (b)

                  (c) 
圖3 設備狀態監控系統(a)主要功能表、(b)電子地圖、(c)即時狀態監控