「一顆相同的螺絲,依照客戶訂單需求,不同的呎吋、處理方式,產生上萬種品項」,位於高雄的螺絲業者久陽精密總經理吳居諺一語道出螺絲產業現況。

在高雄梓官、橋頭、崗山一帶,為國內螺絲產業群聚地,臺灣將近有1,800多家螺絲業者,所生產的螺絲不只用於國內,也外銷至國外,從航太、醫療、電動車到3C電子,都有採用螺絲,臺灣更有「螺絲王國」之名,更是僅次於中國、德國,為全球第三大扣件出口國。

然而,螺絲產業卻面臨一些問題,由於客戶訂單需求的多樣化,導致螺絲生產少量多樣的現象,以久陽精密為例,該公司一年生產的螺絲品項就多達1萬3千種以上,每年產出約17億隻螺絲,在製造過程中,消耗約5萬件模具,使用7萬5千個船形物流桶。這樣複雜的生產過程中,過去大多是仰賴老師傅,以人工方式回報生產數據,再由專人登打輸入,但容易因為手寫錯誤,或是手動登打輸入數據也可能出錯。此外,傳產業的製造現場勞動人力還面臨逐漸老化,經驗不易傳承,人才斷層的危機。

螺絲依呎吋、熱處理、顏色的表面處理,品項多達上萬種:

屬於台鋼集團旗下的久陽精密,成立已超過36年,主要生產中碳標準品螺栓,出口6成以歐洲市場為主,3成則是美洲市場。久陽精密的兩年前計畫朝智慧製造發展,希望透過在製造現場導入AIoT,提升該公司在螺絲產業的競爭力。在NCC鼓勵5G的垂直應用發展下,久陽精密與友訊科技、中華電信合作,由中華電信為其代建代管,協助久陽精密在高雄梓官、橋頭兩個廠區以3.5GHz頻段建置5G專用網路,採用中華電信的專網2型架構,單一工廠內建置5G基地臺與MEC邊緣運算,再以VPN串連兩個工廠,後端則搭配中華電信的5G智慧管家+管理平臺,依門號、位置、服務控管5G專網。

在柱子上方架設的5G小型基地臺:

 

傳統的螺絲生產過程,包括從上游鋼鐵業者購買原料,經過撞擊成型,輾牙、熱處理、表面處理,到包裝商品、出貨,久陽精密在梓官、橋頭兩個工廠的製造現場,部署小型5G基地臺,兩個廠區共有127個機臺,每個產線安裝5G智慧機上盒(SMB),通過感測器蒐集生產機台的數據,再由5G智慧機上盒將生產數據經由5G專網,送到工廠的MEC。

每個生產機臺都設有5G智慧機上盒(白色方盒),將機臺上感測器蒐集的數據,透過5G網路送到工廠的MEC:

吳居諺指出,為了實現AIoT,為蒐集生產機臺的數據,曾測試使用有線網路,但因為堆高機在廠內移動,可能扯掉或壓斷有線網路,造成數據蒐集中斷,而使用無線網路Wi-Fi,容易因為廠區內的環境所干擾,也測試過使用授權無線頻段的4G網路,但其網路頻寬無法滿足大量生產機臺的數據傳輸。

而使用5G網路,一方面使用授權頻譜,較不易受干擾,另方面,5G的高傳輸、低延遲,能夠滿足即時的大數據分析需要。

過去由老師傅以人工方式,每小時回報一次機臺的生產數據,現在導入5G AIoT後,設定每5秒蒐集一次自動傳送機臺的生產數據,包括機臺嫁動率、生產周期,產出的螺絲數量、重量,還有船桶在各生製過程所停留的時間、重量,以及生產機臺所使用的模具或耗材使用的壽命、技術員操作機臺時間等等。甚至,現場師傅拿著電子游標卡尺,在不同機臺間抽測產出螺絲的量測結果,不再和以前一樣,需手寫紀錄量測結果,按下電子游標卡尺上的按鈕,就會自動將量測數據透過藍牙送到5G智慧機上盒,和其他數據送到後端。

通過5G蒐集生產線上的數據,送到ERP系統,吳居諺表示,經由大數據分析優化各機臺生產排程,將產能最大化,同時準備生產的原物料,經過一個季度的測試,生產效率提高2成。利用大數據計算耗材壽命,以生產螺絲的模具為例,每個模具都以雷雕刻上QR Code,用以追蹤每個模具,而透過蒐集每個生產機臺的模具使用數據,計算每個模具生產螺絲的數量,是否將達到模具的壽命,也能監控每個模具耗材的異使耗損情形,節省約25%的模具成本。

每個生產螺絲的模具上,以雷雕刻上QR Code,追蹤每個模具的使用情形,根據機臺的生產數據,分析模具可使用的壽命:

此外,還從數據分析提高物料、耗料對生產工作令的配對,建立領料防呆機制,並且建立機臺及品質的異常警示,讓管理者可追蹤哪批貨料出問題,及早因應、找出原因,降低6成的異常件數。

工廠內用來裝盛螺絲的船桶,也標有RFID或是QR Code,追蹤船桶在生產過程的動向,而智能生產工具令的先後順序,將原本的交期達成率由8、9成,提高到99%。

用於移動的船形桶都以RFID或QR Code追蹤:

吳居諺表示,由於螺絲品項的多樣化,沒有一家業者可以完全產出所有的品項,因此螺絲產業維持著競爭且合作的關係,也是螺絲產業形集產業聚集的原因。由於螺絲產業的業者眾多,競爭相當激烈,加上客戶對螺絲除了交期達成,也希望品質達到需求,導入智慧化的生產有利於獲得客戶的信賴,未來透過智慧製造提高製造業的良率、品質將是趨勢,因此導入5G專網,發展AIoT。

他更表示,導入AIoT蒐集數據只是第一步,未來的最終目標是向無人工廠發展。

智慧製造同場加映:車燈業者龍鋒展示AR產線組裝應用

距離高雄較近的臺南,除了以小吃、觀光聞名,近年也積極的發展智慧城市,與業者合作成為新科技的實驗場域,除了在沙侖建立自駕車測試場之外,還有自駕公車道路測試,去年還推動n79(4.8到4.9GHz)頻段5G專網實驗場域。其中,臺南市政府促成專門生產汽車車燈的龍鋒企業,和臺灣松下(Panasonic)、雲達、資策會、佐臻合作,利用n79頻段,採用雲達的小基5G基地臺、5G核網、AI伺服器,加上資策會的AR虛實疊加技術、佐臻的AR眼鏡,展示AI+AR輔助車燈組裝訓練、AI組裝過程監測兩項應用。

首先,AR輔助車燈組裝訓練,主要適合不熟悉組裝操作的新手,傳統上,新進員工在組裝時,會由老手教導或是一邊觀看手冊進行操作,而導入5G及AR,新手戴上輕量型的AR眼鏡,連接5G手機,就能將AR眼鏡上相機所拍攝的員工視角畫面,經由5G基地臺與核網,送到AI伺服器進行辨識,新手就能透過戴在頭上的AR眼鏡,根據AI的AR擴增實境疊加影像,按部就班操作組裝,例如按照AR影像指示安裝固定螺絲。

戴上AR眼鏡後,按照AI的指導組裝車燈燈具:

 

螢幕中顯示員工配戴的AR眼鏡所看到的組裝畫面,經過AI辨識後,以AR指引在哪裡、按步驟鎖上螺絲:

另一個應用AI組裝過程監測,適用於一般組裝產線,在車燈組裝產線上方架設相機,拍攝員工組裝車燈過程影像,經5G網路送到AI伺服器,由AI判斷組裝程序是否符合操作規定,若發生錯誤則送出警示訊息。

下圖為設置在龍鋒組裝產線上的雲達5G小型基地臺,下方為RU,上方為天線:

 

龍鋒的IT機房內一角,有一櫃裝載有雲達的5G核心網路,採用一般的X86伺服器,搭配一臺採用Nvidia A100 GPU的AI伺服器:


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