从精实生产
谈预见未来智造
2021年中国生产力中心出版了日本能率协会顾问公司生产工程创新中心的著作，『预见未来智造：活用工业4.0暨IoT驱动次世代制造与商业模式』，由林信帆翻译。该书以工厂自动化，计算机整合制造（Computer Integrated Manufacturing, CIM）到工业4.0的路径发展，说明当今工业4.0所带动的产业制造体系的变革。不可讳言，物联网（Internet of Things, IoT）与虚实系统（Cyber-Physical System, CPS）或数字双生（Digital Twins）是工业4.0的二项最重要的技术。
在该书中，作者直言工业4.0化的生产系统面对七大障碍。我们检视国内在政府推动的产业精进计划，相关重要的障碍仍有三项 如下：A.兼具产品架构与商品化的新产品研发、B.活用IoT在变动因应、C.维持工厂基础与遵守运用规范。
IoT在智能制造/工业4.0所扮演的角色就是提供制造体系内的多个种类感测的应用可能，让过去诸如订单、物料、设备，与人员 等的状态得以揭露其状态。这也是过去几年来政府力推的Smart Machine Box（SMB）的成果之一，让设备的加工状态可以揭露。IoT的定义与应用应该是多元的而非仅限于传感器类的应用， 例如生产现场的工单报工系统中以条形码扫描、计算机key in都可视为 IoT的应用。新近的影像科技更是提供更多有关QR code扫描、影像辨识、影像分类等多种应用。
另一方面，虚实系统在数字世界建立一个与实体世界相仿的模 拟器，透过IoT传入当前实体系统状态给数字系统进行同步，并 透过仿真器进行必要的决策建议给实体系统。典型的范例就是以 Google Map作为行车路线规划，驾驶人将汽车的实体定位传给 Google云端系统，Google Map即会在汽车行进中，根据当前的 路况建议给驾驶人最佳的行车路线，以便能在最佳条件（如最短 时间）下抵达目的地。
黄钦印是东海大学工业工程与经营信息学系教授，自美国普度大学取得工业工程硕博学位后即应聘 返回母校担任教职，自助理教授升等副教授，至正教授。黄钦印教授的国际学产经验丰富，是国 际生产研究基金会（会员涵盖三十余国）的副董事长，也是亚太工业工程管理学会理事。同时，负 责我国工业工程学会国际产学，亦担任中华萃思学会与医疗系统联盟理事。黄钦印教授的主要专长 与研究领域在智慧自动化，对于企业AI数字转型议题有其独到见解。多年来协助机械公会、PMC、 CPC、中卫发展中心，与中科管理局推动企业精实生产与制造智能化不遗余力。黄钦印教授亦有医黄钦印疗管理领域的专长，是东海医务工程与管理硕专班的创班主任。
然而，不论IoT或虚实系统，对于生产制造现场的指导仍然有限。也正因为如此，前言的三项障碍，让生产系统进入工业4.0仍有着无法跨越的鸿沟。其中一项主要原因是，不论 IoT或虚实系统，都是技术本位，对于制造系统的造物流程与其持续改善的要义并不理解。 换言之，是一个德系与日系制造系统的先天差异。本文即企盼透过精实生产来协助理解如何 将上述的障碍解除。
许多有关精实生产数化化的作法都过于直观，例如JIT delivery直接对应Automated JIT delivery。具体的适用理由并不清晰。承如前 言，因为工业4.0是以技术为推广的重点，对 于生产制程所需关注的重点主要以单机效能与 科技应用为思考。相较于精实生产，以流程浪费最小化和订单满足为思考，二者之间其实有整合的必要。在前述的三个障碍中，本文以下仅针对B与C项障碍提供一些精实生产可以如 何利用智造的相关技术来强化。
从精实流程浪费最小化来看，我们可以 看到智造技术可以有以下的协助：
(1)制造过度的浪费：IoT可以提供前后制程的 店面 （在制品/Kanban）给予数字化。倘若前制程有一个数字面板呈现后制程真实 需求品项，如此，前制程就能够真正因应后制程的确实需求规格与数量来生产。同 时，因为店面的信息对业务与生管透明， 特定客户的急单需求也可做对应的处理。
(2)等待的浪费：在设备的入口加入一个报工系统用以收集开始加工/组装时间，出口再加入一个报工系统用以收集结束加工/组装 时间。如此一来，把出口减去入口的时间 即可得到工单在设备的总体时间。将总体时间扣除设备的稼动时间，即为无效的等待时间。简易的IoT可以提供报工功能， 对于产线的无效等待时间可以提供数据化 的制程检讨依据。当然，单一设备的等待浪费其实是目视可以得到，只要有决心改善，没有报工系统的数据仍然可以进行等待时间的改善。相同的做法可以用在一整条生产线，若再搭配设备的报工，则可以对于标准工时与成本估算提供更精细的数 字，而不只局限于等待浪费的改善。
(3)库存的浪费：实时库存信息会让采购、物管、业务，与生管单位对于原物料仓与成品仓的库存有更精确的掌握。然而，只要有心，很容易从库存数据库调出呆料（原 物料或成品）的品项，更可以据此检讨呆料发生的原因。
从精实订单满足，我们可以看到智造技术可以有以下的协助：
(1)客制件的单件流完善程度：单件流的基本工在于换模换线时间的最小化。透过报工系统或影像摄影，可以拆解换模换线的动 作，提供改善的可能。
(2)制程完工的追踪：由于制造流程已被数字化所监测，公司很容易从订单的交货日， 与产在线待完工时间得知订单是否能如期完工，并提出必要的处置作为。
(3)外包管理：数字化的优点在于能整体性地 确保生产要素如期如数到位。外包的不确 定性常是订单无法如期完成的主要因素之 一。大型的委外公司（如锻造，热处理 等）已经提供API（Application Program Interface）让客户的系统程序可以串接， 使客户了解受委托订单的加工进度状况。 此外，数字的订单追踪也可以协助企业累 积相关的委外件的状况，从而评估是否应 该以内制取代委外。
另一方面，就数字双生的应用来看，以扩增实境（Augmented Reality, AR）来协助检测设备的妥善状况，与产品的质量良窳是另一个使 用智造技术的案例。扩增实境可以帮助作业人 员自虚拟系统获得更高阶与实时的知识协助， 促使自工程完结能完整落实。例如，作业人员 使用AR眼镜来检测肉眼极不容易辨识的品检 项目，如此一来，质量与效率就能够同时提 升。
在数字与AI等智造技术当道的今日，提醒产 业先进，技术的本身无法提升企业的竞争力。 引进智造技术之先应先对制造系统的精实化有通盘的理解，如此精实生产与智造技术才能整 合思考，避免单纯只为引进智造技术。一个完 美图像是，地面的精实制造现场有虚拟实时的 空中智造技术予以辅助地面运补决策之进行， 达成陆空联合作战。如此，精实智造成为企业 大利器。
