智慧製造轉型成趨勢 精準掌握工藝路線奠基

2021-10-13
隨著工業4.0成為全球製造業未來發展目標,在國際自動化協會提出的ISA-95標準中,Level 3定義的製造執行系統(MES),發展至今超過二十年,已躍升成為整合OT與IT的要角。

 

從承接訂單、備料、製造到完工的過程,MES除了可進行現場監視、控制、記錄等,同時整合企業資源規畫(ERP)等系統,建構完善製造營運管理(MOM)模式,以達到降低採購成本與庫存、如質如期交貨,增進少量多樣的製程能力。

NTT DATA智慧製造發展中心技術總監趙山貴指出,NTT DATA除了是國內外MES大廠的合作夥伴,同時也自主研發EXC-MES,可依據製造現場需求建議客戶選用合適的方案。NTT DATA之所以開始對市場教育智慧製造議題,主要是2018年年底,NTT日本總部看重智慧製造未來趨勢將蓬勃發展,決議大力投資在台灣成立智慧製造發展中心,由台灣團隊自主研發的EXC-MES於2020年正式推出,目前已有紡拓會台北實驗工廠等客戶導入部署,近期客戶還有廣錠科技,其以博弈機台設計、代工起家,近年來積極擴展儲能系統(ESS)市場,因為訂單客戶要求必須具備MES並提出生產履歷、管制措施等報告,即是由NTT DATA輔導建置EXC-MES來達到需求。

組織創新團隊推動數位化 

儘管MES一詞源自於國際組織MESA(製造企業解決方案協會)廣泛定義,產品從工單發出到成品完工的過程中,可達到優化的系統即屬於MES。實際上最早把MES發揮到極致的是台灣半導體產業,現階段製造業的顧問與開發專才,也大多是半導體產業所培育。

趙山貴觀察,早期本土自主研發MES的廠商,最初的雛形主要模仿國際大廠所設計,經過二十年的持續演變,逐漸展露各自特點,功能性甚至更優於國際大廠,不僅更加成熟且穩定,同時較國際大廠更接地氣,適用於台灣企業管理所需。

現階段尚未導入MES的製造業,通常是因為缺乏人才,其次是高階管理層目標不明確。趙山貴以近期實際拜訪某紡織業客戶為例,高階管理層欲朝向智慧製造邁進,但是公司只有一名IT人員,得先招募領域知識專才,組織成為推動智慧製造的團隊。

「台灣首家紡織業實際投入工業4.0的企業即為宏遠興業,原本IT沒有餘力發展創新,從我加入後,招聘15名電子業專才,組織創新團隊,以支持戰略目標。首要汰換十多年前建置的ERP,引進現代化技術的SAP S/4HANA,整合全新部署的MES,搭建數位化的基礎架構,進而讓每個廠區建立自動化範例上線運行,後續即可參照擴增到其他應用場域。」趙山貴分享任職於宏遠興業的經驗指出,從過去在紡織業推動轉型的經驗來看,傳統產業邁向智慧製造,勢必得先組織創新團隊,否則難以支持戰略目標。

MES建立製程透明度 進而提升良率 

過去台灣產業部署MES比例並不高,規模較大、自家IT團隊人數較多的企業,常見是自行撰寫工廠端應用程式,主要是依據自家工廠作業流程量身打造,用來解決現場發生的問題。

如今迫切需要導入MES的製造業,不同屬性想要解決問題,趙山貴大致歸類為三種。第一是解決成本無法精準估算,導致業務報價困難的問題。訂單承接後究竟能帶來多少利潤,趙山貴不諱言,多數是憑藉過去的經驗,根本無法精算。例如塑膠射出製程,出現錯誤時還可以重複使用,過程中欠缺系統進行卡控,生產線就如同黑箱,老闆只能知道請領物料數量、繳回的庫存量,根本無法得知製程中究竟錯誤重工發生過幾次,導致整體生產速度過慢。

第二是提升產品品質,可說是多數製造業共同的痛點,缺乏資料統計分析,產品良率始終難以突破。第三是交貨時間被壓縮,再加上良率無法提升影響交期,讓高階管理層備感壓力。承接出口訂單的工廠,以紡織業為例,若客戶是品牌大廠,當季款式無法順利推出直接影響銷售,對於交貨期限相當嚴謹看待。紡織業卻經常因生產時間延遲,被迫放棄海運改為空運交貨,導致成本大幅上升。

如今的MES系統可依照不同垂直領域,客製化的調整配置,滿足各式應用場景控管需求。製造業正可藉此提高數位化程度,逐步擴展到智慧化。

確認生產績效損失的主要根源

實際導入MES的客製化配置時,須由專業顧問與相關操作者討論,釐清製造業的BOM表(物料清單)與工藝路線,從投料到成品,過程中的卡控原則、生產管理者派工的邏輯、產品檢驗抽樣水平等細節,各家廠區皆不同。若是汽車、食品、製藥等廠區,還得增添法規遵循的控管政策。

至於績效指標,製造業最關注的莫過於稼動率(OEE),以評估工廠管理效率。趙山貴說明,簡單來說,稼動率的目的在於確認生產績效損失的主要根源。以時間軸對比效率的績效手法,扣除利用率、可用性、性能、品質等變數來看,工廠生產執行時間,一年365天、每天24小時,不中斷持續運轉即為工廠最大產能;扣掉每年固定的歲修保養等計畫性停產時間,稱為工廠計畫生產時間;生產過程中,可能遇到設備故障、工人罷工、跳電等不可預期的因素,屬於非計畫性停產時間,再扣除後即是機台實際運行時間。

產線運轉過程中的變數,包括員工離職與招募新人,對於生產流程、設備操作都不熟悉,效率不及資深員工,出現性能方面損失。設備老舊問題亦為此範疇之一,假設新設備的轉速可達600RPM,舊設備設定相同參數時,不良率勢必會上升,只好調降到400RPM;此外,生產過程中更換刀具、模具等零件,老師傅與新手更換的時間差也會有所不同,諸如此類潛在的因素全數扣除後,則為單純執行時間。

NTT DATA智慧製造發展中心技術總監趙山貴指出,製造業提高數位化程度,首要先得導入部署MES,依照不同產業別,客製化的調整配置,滿足各式應用場景需求,才有能力逐步擴展到智慧化。

完工後的產品品質,經過檢驗判定為不良品須報廢,或者是在製程中損壞,經過扣除後剩下的完全執行時間,生產出實際可交付的產品。整體過程即是評估工廠效率與產品品質的方法,對於營運績效不彰的工廠,若未借助MES系統準確地記錄,恐難以釐清根本原因。

初期導入部署MES系統,效益可能無法立即展現,而且現場作業員通常會反彈,廠長或高階管理者得充分溝通,讓員工理解準確衡量營收效益,勢必得付出管理成本。待MES上線運行蒐集足夠資料後,即可產出報表,以便於檢查工廠稼動率不高的根本原因,如此一來才可設立改善目標,讓工廠效能運行最大化。

 


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