製程控管和優化如何帶來巨大收益

製程控管是所有製造活動的關鍵要素,透過部署軟體和系統來監控及調節生產的不同階段,這種製程控管包括基礎設施和智慧設備,例如:

  • 用於收集資料和連接設備的網路
  • 資料處理設備
  • 將製造過程中的變數與各種產品屬性相關聯的演算法
  • 感應器、致動器和探針

自調適控制系統、開放式架構軟體工具、診斷工具、監控加工設備狀況的流程,全都適用於製程控管,並有助於優化流程本身。

通常,優化是指根據預定標準,從製造問題的可能解決方案中選出最佳選項。

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為什麼需要製程控管和優化?

製造是從一系列材料和產品中建立某項產品的過程,涉及在流程不同階段中互有關聯的各種活動,包括產品組件的生產、整合和組裝。這可能是一項非常複雜的操作,具體取決於行業或產品。

現代化製造融合了產品設計、材料選擇、處理規劃、品質控制、品質保證、文件記錄和產品管理。過去幾十年的技術進步使製造變得越來越複雜,需要具備精密技術、自動化和管理操作的技巧。除此之外,還必須遵守更高標準的製程安全要求,以及用以縮短生產週期的必要安全規範。如果沒有適當的流程優化,公司可能會落後於其擴張計畫和抱負。

全球化一直是行業競爭加劇的主要因素,製造業也不例外。公司必須利用現有和新興的技術來獲取競爭優勢,而製程控管和優化有望透過製造更優質的產品來獲得更大的市佔率。

製程控管和優化可以降低生產成本與材料消耗,促使更有效地利用資產、資源和收入。在優化的條件下執行製造作業不但可以節省成本、提高生產力、提高製造產品的品質,還能透過優化能源消耗和減少對環境的影響,而使企業更有利於永續發展。

製程控管在哪裡適用?

製程控管在製造過程的以下階段尤為重要:

  • 在敏感或惡劣的加工環境中測量溫度曲線
  • 在高溫和高線速下測量重要物理屬性
  • 監測燃燒過程和混合物的化學成分

這進一步影響了製造產品的品質控制和品質保證。

從生產線的角度來看,製程控管和優化可以消除以下導致生產力降低和品質問題的缺陷:

  • 生產線問題
  • 孤立且超載運行的工作站
  • 進行中的工作太多
  • 佔用地面空間的未使用資產和設備
  • 人為錯誤,導致重做或延誤
  • 不一致、令人不滿的生產力
  • 生產管理問題
  • 工作流程瓶頸

積極主動地進行製程控管

製程控管是先發制人的行動,也是自動化的應急規劃。

應急規劃

例如,製造商可以設計一個自動控制圖,以便在出現問題時發出警報,並採取相應的行動計畫。

品質控制

異常偵測和自動化缺陷分類是製程控管的一個常見重要特色,有助於保持產品品質和完整性。

為什麼預測型維護很重要

預測型維護使用資料分析來預測和防止機器故障,它是一種在全行業範圍內重塑維護活動的新方法。這在製造業中尤為重要,因為大量資金和資源都需要仰賴投資密集型設備的最佳運作,這些資產可能需要定期維護,從而導致計畫性停機。不恰當的維護策略將導致工廠的製造能力大幅下降,並造成收入和競爭優勢的損失。

相反地,投資製程控管系統的回報也相當可觀:據報導,透過進階分析技術來預測故障,可以有效增加設備的正常運行時間。

平均而言,預測型維護可以:

  • 提高生產力
  • 減少故障
  • 降低設備維護成本

一般來說,以工業規模制定的維護策略需要考慮可供使用和正在工作中的資產、其營運成本和技術複雜度,然後根據組合內容,組織可以選擇四種回應方式之一,前三個選項較傳統,第四個預測型維護則是由技術和物聯網驅動的新功能。

1. 反應型維護

如果東西壞了,就必須修理或更換它。此術語和操作通常適用於容易更換的低價物品,例如燈泡或遙控器。

2. 預防型維護

此術語是指在預定的停機時間和依照固定的時間間隔,採取先發制人的行動來維護設備和機器以預防其故障。此選項通常在維護成本不是很高的情況下才有效,並且可以將維護時間安排在生產時間之外,使損失最小。

3. 狀態型維護

這種形式的維護活動在很大程度上取決於特定機器或設備的使用程度。

4. 預測型維護

預測型維護是透過分析整個運行過程資料,得出最佳維護策略和頻率的一種方法。它採用相當先進的分析技術,能夠提前預測設備發生故障的可能性和時間,從而可以採取先發制人的行動,並估算設備和機械的剩餘壽命或運行時間。結合智慧工廠或工業 4.0 等系統所收集的資料,它將隨著時間推移而越來越準確。

在維護活動涉及多層次或很複雜、執行維護可能很昂貴,或者停機時間可能導致重大損失的情況下,預測型維護就很有價值。

從被動反應到主動預測的維護轉變:挑戰和解決方案

建立數位工廠、流程或機器並不是一個簡單或直接的提案就能做到,智慧監控系統必須整合到現有或老舊的系統中,並且必須能夠繼續生產,不能有絲毫中斷。同樣地,先進行預測型維護,之後才進行任何必要的維修或停機,將是更具成本效益的做法。

為了從被動維護平穩演進過渡到主動維護,製造業專家必須集中精力應對一系列挑戰。

地理和複雜性

營運複雜性或地理距離的挑戰,可以透過建立互聯的製造單元生態系統來應對,這將為整體營運帶來能夠即時知曉情況的元素。此外,它也使監督操作的人員更容易監控。企業應該建立智慧系統,以便在感應器、致動器、資料收集基礎設施、工作人員等「攝入」裝置之間,形成可行的連結互動。

資料的可存取性

資料分析應該連接製造業務的各個方面,從供應鏈到最終使用者。也應該設計資料結構,以便透過報告來輕鬆獲得所有內容的即時快照。這為企業提供了基於即時情況做出敏捷決策的優勢。

偵測異常情況

異常偵測是預測型維護和品質控制優化的主要部分。為了使其發揮作用,系統需要大量關於製程失敗的詳細日誌資料。異常偵測是以累積收集的感應器資料為運作基礎,這些資料則是以最小的測量頻率,依照固定時間單位從基礎設施中的每個感應器收集而得。

然後可以對這些資料應用進階分析,以便系統設定「正常」參數。系統中的任何偏離規範或異常都會引發危險訊號,並向操作員發送系統警報,之後操作員必須判斷是否確實發生了實際的設備故障,再決定要採取哪些糾正措施。

預測型維護在實現製造控制和優化方面的優勢

預測型維護具有很多優點:

  • 在故障發生之前提早預測故障,並採取預防性維護來降低設備停機成本
  • 自動化設備監控和系統警報,以減少故障數量和回應時間
  • 即時回應不穩定的條件,有利於提高供應鏈的敏捷性
  • 減少產品缺陷,並建立更嚴格的品質控制
  • 瞭解製造過程的各個方面,從簡單到複雜,始終提供 360 度全方位視圖

製程控管和優化的數位驅動力

機器人流程自動化

機器人流程自動化接管了枯燥、勞動密集型、無意識的機械性操作任務,機器人流程自動化可以釋放人類的潛力,將人才重新集中於更高價值的領域,以更好地推動業務成長。許多人類工作時間被浪費在乏味、重複性的任務上,而這些任務應該由自動化技術接管。

近來,智慧自動化公司和新創企業正在蓬勃發展,它們提供一套智慧自動化解決方案和產品,有望簡化最複雜的工作流程。

在製造業中採用機器人流程自動化技術被認為是一大進步,將能為公司帶來短期和長期的巨大回報。

人工智慧

人工智慧在製程控管和優化領域的最大好處是,它能夠不斷發展,並在自身基礎上變得更智慧、更直覺、更主動。它利用互聯流程(例如數位流程自動化和機器人流程自動化)所產生的資料,在偵測異常和預測故障方面變得更強大、更精確。

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即時流程優化

即時優化被定義為一種可確保性能不斷即時改進的流程,與傳統的流程控制器相比,即時流程控制器在規模和設計感上大不相同。即時優化流程大多建立在基於模型的優化系統之上,相較於傳統的流程控制器,它們的規模通常更大。

即時優化需要仰賴系統回饋和資料分析洞察力。透過即時優化,錯誤偵測功能將會自動執行,使系統可以修改及消除隨機和非隨機的錯誤。

除此之外,即時優化使運算過的資料變得即時可用,並能發送到各個位置,還可以對其進行編程,以評估任何特定時段、以及流程中任何任務或應用程式的性能細節。它是一種提高系統性能和實現流程優化的解決方案,而且極具成本效益。

不要將即時流程優化與進階流程控制 (APC) 混為一談。它們不可互換,但具有互補功能。進階流程控制是一種旨在產生控制策略的技術,可以有效地將流程設定點和實際值之間的差異最小化。一個例子是最小化流程更改期間出現的暴衝,或縮短系統在流程擾亂後恢復穩定狀態所需的時間。

即時流程優化可用來定義 APC 的目標流程參數,使其與業務目標和短期目標保持一致。即時流程優化可以透過複雜的預測控制和動態矩陣控制技術,應用於基本的開或關控制。

自動化和流程優化系統可以優化多個製造流程,從簡單到高度複雜都能涵蓋在內。制定清晰且定義明確的過渡策略是非常有價值的,可以篩選出能夠產生最大收益、以及能隨著時間推移而提高營運效率的流程。