智慧製造2018.08.06

從數位分身探討智慧製造

蘇菲亞 小姐

自造者 機器人 創新

自從瓦特改良了蒸汽機,從此開啟了工業革命!以蒸汽或者水力作為驅動動力,我們實現了工廠機械化,首次用機器取代生產所需的人力、畜力,以取代個體手工製造,社會經濟從手工業逐漸發展為以工業和機械製造等,帶動經濟快速發展的模式。接著內燃發動機和發電機的發明,藉由電器與自動化設備普及,我們進入大量製造的工業2.0時代。隨著科技更加進步,網路的資訊連結全球各地,各種精密機器的發明,大幅提升工業生產的效率與品質,我們稱為工業3.0。發展至2010年,德國正式提出了 “工業4.0” 口號,利用虛實整合將製造業及產業供應鏈互聯化。 從強調Real Time的生產網路現今已發展至第二階段: 由美國提出的Digital Twin (Twin Model),以大數據建構新一代智能工廠。

那什麼是Digital Twin呢?Digital Twin又稱數位雙胞或數位分身,它是虛擬模擬與真實物理系統的完美融合。在真實世界裡某個實體物體或系統的數位象徵,藉由感測器蒐集的資料連結真實世界裡的對應物,可更容易了解真實世界中的物件的狀態和變化。藉由過往的工業自動化經驗,我們利用閘道器蒐集不同產線上的各類資訊,運用大數據分析概念並建造最適模型,此模型可加上AI人工智能優化,始之具有辨別及自動演算進化能力。

就像波音公司採用數位分身技術,在虛擬空間建立真實飛機的模型,利用感測器與飛機真實狀態同步,完全擬真,在每次飛行後,將採集到的各種數據,透過物聯網傳送到飛機的「數位分身」中,即時分析評估是否需要維修或調整,也可以進一步優化飛機性能、改進設計,並減少故障率。

依據MarketsandMarkets預估,全球數位分身(Digital Twin)市場在2017~2023年期間,預計以37.87%之複合成長率發展,2023年將成長至156億6000萬美元之市場規模。由於各種產業之物聯網 (IoT) 引進應用擴大,製造工程之時間、成本縮減,效率提升要求,促進該市場之高度成長。數位分身技術可以幫助廠商,於生產系統早期就運用數位建模進行優化,使產品設計生產開發更具效率及競爭力。

在未來三到五年內,數位分身的技術將會擴展到各種造價高、安全需求高的產品上。例如工廠內的重要機台、關鍵機具,都可能搭配一套獨立的動態軟體,用來主動設計生產流程、預測設備故障或提升營運效率、輔助產品開發。像這樣利用虛擬空間來發想永續創新,透過虛擬世界改善真實世界,在工業4.0與智能工廠的趨勢潮流下,「數位分身」更是你不能不知道的智慧製造科技。

延伸討論

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邊緣運算是算什麼?

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在物聯網的架構下,資料來自四面八方,而正是如此多源流資料蒐集,提升資料的即時性、有效性、精緻度,以至而後運算的準確性;避免現今所倚賴人工輸入、個別軟體匯出分析結果,再由人工綜合判讀的諸多不足。
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從 4G 數位自動化 到 5G 智動化

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4G 通訊導入高速影音資料傳輸,也開啟無線通訊的新時代。全球化貿易透過 4G 帶動數位自動化製造升級,機台控制介面彩色影音顯示,並能無線傳輸資訊流,人機溝通走向人性直覺化。然而,軟體導向的人機介面仍需經人操作軟體,資料傳輸也侷限於人工手動操作,只能透過實體電腦中央控制的方式溝通。
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運算好多種  該用哪一種?

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資料處理過往是透過人工輸入後,經由硬體電腦資料運算後輸出,再經人工作業實體網路交流互傳。物聯網就是打破實體界限,全程自動化資料流程,並經無線網路通訊。虛擬化與分散式運算都是源自 1960 年代興起的概念,時至今日已發展出融為一體的現行雲運算實務應用;並再透過無線通訊,構成目前物聯網的基本資料流環境。