對台灣製造業者來說,這十多年來歷經了許多轉變:2015、2016 年時開始面臨上雲轉型浪潮,而到了 2020 年代,人工智慧(AI)在產線中已變得不可或缺。在 COVID 疫情,以及全新政經情勢與供應鏈挑戰下,新一波的轉型大浪即將讓工廠變得更智慧——以工業元宇宙(Industrial metaverse)為首的下一波製造業數位轉型正在展開。台灣微軟物聯網卓越中心協理周森益博士更表示,「製造業者得加緊腳步!」

對於台灣製造業者而言,工業元宇宙或元工廠(Metafactory)的概念仍然相當陌生,但其實國際上已經有許多國際大廠正以前所未見的速度進行轉型。

像是日本的川崎重工(Kawasaki)、德國車廠 BMW 等業者都已開始透過建造虛擬工廠全面提升企業營運以及生產效率。

周森益形容,其實所謂的元工廠,可視為是 AIoT 智慧工廠的再進化:透過 AIoT 以及元宇宙技術,在數位工廠中「真實反映」工廠運作狀況,並在虛擬環境中不斷優化產線環境,最終應用於工廠現場,而不浪費任何材料、物料成本。

全面提升工廠生產效率,工業元宇宙實現製造業 do less, get more 願景

周森益解釋,從前工廠裡頭都是使用 MES 系統進行派工等管理,卻不能確保在派工邏輯與產線最佳化上達成目標,「但在執行最佳化運算時,必須要有能精準描述其過程的模型。」而能真實反應現實物理法則的數位雙生(digital twins)等元宇宙技術,正可以滿足此需求,讓製造業者有能力調控最佳化模型。

要能在虛擬工廠中真實反映這些運作狀況——包括工具機的驅動電流、生產線產品良率、工廠內的溫度、溼度、製程參數等等——則需要透過 IoT 技術不斷蒐集工廠現場的即時資料,進一步驅動工業元宇宙中的數位雙生模型。

由於上述這些工廠內的各類數據都不是獨立變數,且會互相影響,透過工業元宇宙技術可以將數位工廠與現場狀況做比對,即時修正、來回迭代,才能真實模擬出工廠內不同參數的操作行為。「在數位空間內建立起真實工廠,找出其中關鍵 insight,並且在此過程中不斷修正模型使其越來越準確,能幫助製造業者即時因應外部環境快速變化。

周森益指出,在建立起工廠模型後,製造業者就能在數位環境中測試不同參數,輕鬆找出最好的操作環境,「不用真正浪費到產線的時間、材料、物料,就能對整條產線做出最佳化設計與排程,有效提升生產效率,若模型精準,在接到市場急單時也能更快速準確預測交期。」

製造業人力吃緊狀況越發嚴峻,2021 年,製造業空缺數增至 20 年來新高,甚至面臨滿手訂單卻人手不夠的窘況。對於製造業者來說,現在正亟須利用科技技術解決製造業越來越嚴峻的缺工問題,在成功進行工業元宇宙轉型後,工廠更能實現生產效率的最佳化,達成「do less, get more」願景,一舉解決缺工問題。

微軟元宇宙工廠解決方案,就像提供「樂高」給製造業者

周森益指出,微軟已經提供給製造市場一整套完整的解決方案,開發者可以透過 Azure 的 DTDL(Digital Twin Definition Language,DTDL)來描述數位雙生。由於此描述語言是開放式架構,開發者可以用類似物件導向程式語言的設計概念,來描述工廠模型。

這概念相當於把整個工廠拆解開來,讓開發者可以從最簡單的 sensor 開始定義,「定義完一個 sensor 的特性後,再把這些 sensor 集合起來變成一台『設備』的描述,再結合設備元資料,構成『產線』,一層層去定義、並重複使用元件。」

周森益用簡單明瞭的概念進一步解釋,這就好比微軟提供樂高積木的套件,讓開發者可以一層一層組出完整的產線,再透過 Azure IoT 模組把資料匯入數位雙生模型並加以驅動。

而輸出結果也能透過 Azure TSI(Time Series Insights)進行分析,或透過機器學習、深度學習模組找出資料最有意義的價值、或透過 Azure Digital Twins 3D Scenes Studio 浸式 3D 環境即時顯現工廠 3D 模型,讓企業主、第一線工作者能即時知道工廠運作狀況,取用或調查來自  Azure Digital Twins 解決方案的作業資料。

工業元宇宙內關鍵議題不再只是 IT、OT 整合

在邁向智慧工廠中,IT 與 OT 之間的整合一直是轉型過程的關鍵一環。

而在打造元工廠的過程當中,將有新的 T 誕生。也就是 Communiction Technology,「在把各式 sensor 埋進產線後,物聯網之間要有互相通訊能力,這也讓資安議題更顯重要。」

而數據治理問題更是工廠特有現象,周森益指出,要打造出元工廠,並非把現在的智慧工廠打掉重新蓋,而是一代一代、不斷演化的過程,要如何把第一代、第二代、第三代機台的資料串接、通透,又是必須克服的議題之一,「所以 CT、IT、OT 的整合,將會是整個工業元宇宙中的關鍵流程。

例如,微軟在協助國際大型車廠導入工業元宇宙的過程當中,就發現車廠的控制器可能有不同的規格存在,透過協助其透過共同的資訊平台,成功把所有資料串連起來。「該車廠甚至已在考慮,之後能將上下游資料整合、串接,讓供應鏈更加通透,在保護住商業機密的同時,也讓供應鏈更為透明,因應市場快速轉變。

邁向工業元宇宙,台灣微軟給製造業者的 3 個轉型建議

周森益再次強調,工業元宇宙不是要把製造工廠「打掉重來」,也並非要透過新的技術或工具,取代全部人力。而是一步一步、按部就班的轉型過程。若要讓這個轉型過程更為順利,他以以下 3 點提醒製造業者。

首先,若要進行轉型,企業主必須熟悉工廠運作流程,並在現有工作流程中,找到最合適的工具,讓工作流程更輕鬆簡單。他建議可從「人機協作」開始這個過程,協助第一線工作者提升產能,並且整個過程中需持續對準最核心目標進行轉型。

同時,在轉型過程中,需要一個「懂 IT」的團隊來進行,「但也不能放棄原本的 OT 團隊!」,周森益解釋,這是因為在打造元工廠的過程當中,時常需要在蒐集完產線現場資料後,由產線人員進行解讀,再交由 IT 人員將其模型塑造出來。因此雙方必須密切合作,敏捷迭代。

第三,培訓刻不容緩。讓員工學習操作新的數位工具,對企業主來說至關重要。這也相當考驗 IT 人員,如何讓產線人員更容易使用這些新工具,培訓流程中必須注意如何不讓員工產生排斥使用新工具的心理。

製造業者必須盡速轉型

依我的觀察,業者必須很清楚知道自己要什麼、要往什麼方向走。

對於製造業者來說,幾乎所有製造業者都必須往工業元宇宙的方向轉型。

這不是選擇題,製造業者必須盡速轉型,尤其碰上嚴峻缺工問題,製造業要用最少人力得到最大的產出,亟需這些新的數位工具來協助。——台灣微軟物聯網卓越中心協理周森益博士

回顧 2015、2016 年台灣製造業者開始朝向雲端轉型,經歷 2020 年疫情市場的大起大落,從原本供應鏈斷鏈,到如今的 overbooking 問題,製造業者已清楚意識到工廠產線韌性以及上下游供應鏈資料的整合與串接已更加關鍵且必要。

《TechOrange 科技報橘》觀察,對台灣製造業者來說,現在的市場競爭環境,已非 2015、2016 年時還能對雲端等新技術抱持「觀望」態度的時候,包括疫情、供應鏈斷鏈、烏俄戰爭、美國升息等多隻黑天鵝群飛的時代,工業元宇宙無疑將扮演提升製造業者未來十年競爭力的下一個重大驅動力,就如同周森益所說,「轉型已經不是選擇題」。

延伸閱讀:台灣製造業如何做工業元宇宙轉型?台灣微軟看好:轉型速度會比上雲轉型更快!

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