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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雲運算服務 vs 虛擬化技術

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當雲運算以其租賃概念優勢,漸漸攻佔得花大筆頭期建置費用、再加上後續長期維護費用為考量的傳統在地 IT 建置市場後,雲運算自然也盡可能將各項發展愈漸成熟、使用上愈顯普遍的虛擬化技術納入自身平台。如此,不僅能強化自身平台的更多元服務,回應使用端開發時的種種需求,也能積極協助新客戶從既有設備順暢移轉銜接至雲平台。
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雲端時代的虛擬化技術進行式

飛飛
雲是屬於第三方代管的運算平台。這樣做的好處是可以依情況迅速彈性變更 IT 資源,想用多少算多少,也能減低不少設備維護成本;更能從共享實體設備的量化觀念,經第三方服務供應商角色的經濟角度,提供較進階設備規格,獲得較優勢的資源效率,還能省卻種種品項採購的麻煩與冗長流程,減少可能的閒置設備。
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關於感測器的兩三事

飛飛
感測收集的資料囊括類比、數位兩種訊號輸出。一般自然界的連續波都屬於類比訊號,包括:風速、太陽幅射、光強度、聲波、電波等;由於數位時代電子儀錶的蓬勃發展,許多感測器均已能轉化類比訊號為數位訊號,方便數位資料處理。隨著科學研發成果進展愈發豐碩,人類對環境中的基本物質愈發瞭解,透過物理特性(如:聲波回傳測距、幅射能反應為熱感指標等)、化學變化(如:特殊物質遇特定氣體產生濃氣味或色變的氣體偵測等)等感測指標也已愈發多元又精密,還能以不同感測數據交叉比對,滿足高精準度要求的感測結果。