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小魯就是在自動化慘業的魯蛇

想知道什麼叫工業4.0，就聽小魯來畫唬爛吧


從頭談起工業1.0

既然有工業4.0，那自然就有3.0、2.0 & 1.0

工業1.0的另一個名稱比較耳熟能詳，就是當年瓦特發明蒸氣機引發的工業革命

工業革命的核心概念，在於將原本使用人力、獸力作為動力來源的工業條件

改為使用蒸氣動力

一般會稱之為﹝工業機械化﹞

雖然我認為"機械化"這個說法不好，因為人類在工業革命之前早就會使用機械了

像是輪子、齒輪都是機械，只不過我也想不到更好的名詞，就暫時延用這個說法


接著隨著人類學會使用電力，要留意一點，人類發現電是比工業革命更早以前的事

富蘭克林放風箏時，瓦特還只是個屁孩而已

但發現火跟已知用火是有時間差的

總之在工業革命後，人類對於電力的使用開始熟悉

隨著電磁學的發展，人類學會使用線圈通電產生磁場，再磁場吸斥產生動力

電動機(馬達)就出現了

隨著馬達的發展，原本要燒水用蒸汽推動的機械，很快的由馬達動力取代

這個階段是所謂的工業2.0，或稱為﹝工業電氣化﹞


工業2.0以後，人類發現半導體這鬼玩意(其實半導體之前是真空管)

透過半導體可以作邏輯運算的特性，加上積體電路的發展

小型化的運算邏輯單元開始問市

在這之前先插播一下

繼電器這東西跟馬達是相同原理，繼電器除了一般教科書上說的小電流驅動大電流外

其實繼電器的功能跟電晶體有87%像，可以用來做邏輯控制(難道我會工業配線也要說嗎?)

所以早在半導體問市前，人類就已經使用繼電器做出大量的自動化設備了

只不過繼電器體積大、耗電、反應慢、機械耐用性不佳

所以純粹用繼電器搭出來的邏輯電路，以現在積體電路的角度來看

比當年用一堆真空管兜出來的"計算機"還弱

所以就暫稱繼電器時代的自動化為工業2.5吧


回到半導體，總之人類有了可以做大量複雜運算的計算機

大量的邏輯運算甚至數值處理就由計算機來處理

而PLC (programmable logic controller : 可程式邏輯控制器)就是其中的佼佼者

一直到今天，全世界工業都還在大量使用PLC

只不過現在的PLC跟當年只能作邏輯運算取代繼電器的機種

性能自然是提升不少

這個階段稱為﹝工業電子化﹞，就是工業3.0了


臺灣目前的自動化大約停留在工業2.5~3.0之間

有些產線還在大量使用人力，電控箱打開就是滿滿的繼電器邏輯


大部份則使用PLC取代繼電器，但依然是滿滿的產線作業員

但要注意的是，作業員的多寡跟是否工業4.0無關，工業4.0的核心價值不在無人工廠

很多人老愛拿無人工廠當做工業4.0

早在民國72年時，日本就有無人值守的工廠了，YOUTUBE還找得到影片

但那只是工業3.0而已。 實際上工業2.5也搞得出無人工廠(當然要看是什麼工廠)


終於幹古得差不多，時間線走到工業4.0了

近年隨著網路的大量發展

雲端、大數據、物聯網都已經發展到可以應用的程度了

工業上也蘊釀下一代的革命

﹝工業信息化﹞，就是下一代工業革命的主軸

什麼叫工業信息化?

就是生產設備(簡稱機台)的訊息，可以透過物聯網技術上傳到雲端

然後透過大數據分析將大量的設備訊息分析出有價值的結果


當然信息的傳遞不會是只有單向的，遠端的數據(命令)，也可以傳到設備上
(這就是老愛談的EE在辦公室點點鍵盤就可以輕鬆工作)


對於一些舊時代的設備，本身不具聯網功能(老PLC你要它上網，難啊~)

簡易沾上I4.0邊的作法，是外掛一些感知器，譬如溫度、濕度、震動 balbal...

透過外部的連網設備將每一台機器收集到的數據上傳到雲端

這個雲端可以只是樓上的電腦，不必真的在對流層上那麼遠

透過分析這些數據，監控每台設備的運作狀況

譬如某台機器的溫度突然升高，這通常不會是正常的狀況

遠端的監控設備就可以跳出警告，然後EE就得拼老命跑進現場..... (這畫面好像很熟悉)


當然這只是I4.0的最簡易入門而已

I4.0的核心價值，就在收集大量數據，分析跟使用

所以物聯網、大數據、雲端等，都只是達成I4.0的條件而已

自動化廠商著眼的，就是怎麼賣物聯網、數據分析跟雲端平台給使用者(才有賺錢啊)


而對於使用者來說，I4.0能做到什麼? 是根據使用者需求而定的

I4.0只是一個工具而已，要用這個工具做什麼是使用工具的人決定的


譬如彈性生產系統(客製化)是I4.0最常被提出來當做指標的

但事實上，客製化從全人工時代就在做了

I4.0只是加速客製化生產的流程 & 減少出錯而已


舉個例子

在工業3.0時代，如果一間車廠要提供消費者客製化的選項

譬如車頂顏色、內裝顏色跟輪圈樣式

每種客製化選項各有五種選擇，那麼總共就有125種不同的結果

在工業3.0時代，從客戶下單開始

這張訂單就會進到生產線的第一站，隨著某個底盤一起在產線上移動

每一站的施工人員要對需求單上的需求，到供料站選擇正確的零件(或噴漆選項)

最後完成這台客製化的車

那如果總共要提供10個客製化選項，每個選項有5個選擇呢?

出錯率會高到你無法想像的程度


而工業4.0在這個環節能介入的

就是在一開始接單時，訂單就輸入雲端系統，產線會生出一個QR Code(或RFID之類的)

QR Code會隨著某一個車台進入生產線

產線上的自動掃瞄設備會自動掃瞄這個識別標籤

然後烤漆站的噴漆機器人自動會切換到對應的漆色配方

進到輪圈組裝站時，半成品車進到組裝人員面前時，後面的自動機器人已經把正確的輪框

送到待組裝區了，安裝人員只要拿起來裝就好
(還是要有人喔! 當然要用機械手臂取代也可以，但機械手臂在這裡不是重點)


這是一個彈性生產系統的例子

但這只是I4.0的其中一個應用而已


再舉個汽車業的可行應用範例(願景)，汽車業是全世界工業自動化最完整的產業嘛


我們知道汽車底盤大量使用電阻焊接來將不同組件結合 (搭配機械手臂)

現在的中頻直流電阻焊接機可以偵測每一個焊點在焊接過程的電壓電流等數據

一開始的用意是建立標準焊接模型

在測試過程中先以測試方式試打一個焊點，然後將此焊點送實驗室分析物理特性等

如果特性都符合需求，就將這個紀錄當成標準

往後車身上同一個位置的同一個焊點，焊接過程都要跟標準焊點比對

數據要相同才被認為是符合標準，如果曲線差異過大，則可能是焊接過程有問題

譬如焊點髒污、銅電極磨損等等

這時焊接機可以自動報警，等待人員排除


如果搭配工業4.0，一台車的所有焊點資料，包含這台車焊了多少點、每個焊點的焊接資料

都可以被上傳雲端並儲存起來

如果這台車出廠兩年後，發生意外事故，在車主同意的前提下

車廠可以將當初的生產資料與事故車輛結果比對分析

研究這樣的焊接製程與事故後的車體扭曲的相關性，進一步修改製程提升產品完善性

這也是一個I4.0可行的願景，因為生產過程的資料都被保存下來，

所以可以在產品進入市場經過實際使用後，再回頭分析製程與產品使用的影響性


當然這也不是I4.0的挶限

譬如生產管理系統也是I4.0可以觸及的


另外提一個目前德國I4.0的示範工廠

這也是另一個有趣的想法

I4.0不是用來取代人力的想法

這個示範I4.0的工廠，著眼點在人

每個產線人員都配戴身份識別卡(就員工證啦!)

產線人員上站後先刷識別證，電腦上立刻SHOW出 "xxx 歡迎上工"

然後工作站的桌椅高度立刻調整到這個員工的最舒適高度

休息時間到會立刻提醒該休息了。

當然每一個經手這個技師的產品，在產品的生產履歷上都會註計

這又是i4.0的另一個面向


總之廢話這麼多，工業4.0的重點在收集、儲存、運用所有可收集的數據資料

而收集來的資料要怎麼使用 ? 是看使用者想達到怎樣的目的而定。




※ 引述《c1823akimo (屎鼻)》之銘言：
: 工業化4.0？！
: 重點在可以客制化而不用人工吧？
: Robot自動換模具、機台自動換線
: 自動上下料應該不算4.0吧？
: 大尺寸面版都自動上下料了
: EE直接在辦公室遠端切換參數
: 遠端操作機台人機都已經很常見了啊
: 高階主管手機也能看數據看機台
: 都很常見了吧？！
: 不知道有沒有強者出來解釋ㄧ下
: 4.0的重點是？
: 我是覺得應該是「客制化」
: 不知道我有沒有看錯重點？

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