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日本物联网最新技术趋势与实例

物联网(IoT)以工业4.0 的发展为契机,不仅是大型企业,中小企业也开始发展。近年来导入了AI 与机器人,同时也尝试使用5G 高传输通讯技术。日本政府为了配合世界潮流趋势,推荐各家企业公司进行数字转型(Digital transformation)。

本栏主张在推动精益改革的同时,有效结合智能制造趋势。最近,物联网出现了许多变化,这次就以物联网为主题,向大家介绍最新技术趋势与日本中小企业的实例。

物联网相关最新技术

2016 年起,海外与日本的大型企业开始导入物联网,2018 年开始出现了中小企业的实例,对于物联网发展动向感到有兴趣的企业愈来愈多,试着进行的实例也开始变多。日本各地举办了许多的宣传、展览与研讨会,介绍当地中小企业实际导入的案例。另外,运用物联网的改善活动,也开始有增加的趋势。

初期是在制造现场收集实际信息,以屏幕显示器掌握现场状况。现在则是收集庞大的数据数据,用AI 进行预测分析工作。AI 在1950 ~ 1960 年代引领了第一次风潮,以推论和检索的方式解开问题点,执行能力只有下西洋棋或黑白棋的程度。这不仅是50 年前的AI理论基础不够周全,计算机的运算处理能力也不足。

接着是第二次的AI 风潮,在80 ~ 90 年代出现的专家系统(Expert system)。这项系统能将专家的知识保存在计算机中,并以此为根基进行推论,但是无法超越专家的知识领域。此外,当时仍以手动输入的方式进行知识数据库化,因此造成了庞大的人力负担。此时,电车路线检索与电梯操作已达到了应用化的程度。

2006 年左右到现在是第三次AI 风潮,出现的是深层学习(Deep

Learning)。AI 对于输入的数据,以及计算机本身具备的特长,都能进行判别,并学会相关知识与模式。最为人熟知的例子,就是照片数据的读取判别,这是将制造过程应用在质量管理或故障诊断,机器本身会学习掌握下次应该采取何种对应方式。由于AI 普及化的缘故,开始出现了便宜的软件包,并应用在各种不同的领域,同时出现了愈来愈多的相关实例。

此外,也开始进行了机器人的导入。在过去的汽车产业中,大多数的机器人都运用在大量生产上,现在已开始投入到少量多样化的生产现场。

机器人本身不仅拥有学习功能,利用搭载AI 的机械控制装置,能更加顺畅运行,避免产生无谓的动作。另外,机器人装上了摄影机之后,可以从各种不同的零件中挑选出适合的对象。目前机械控制装置的价位仍然很高,然而透过这项技术的运用,过去被认为很难导入机器人的多样少量化生产现场,今后导入机会将会变得更大。

从摸索迈向成熟

除了在制造现场导入机器人,事务部门也同时进行机器人流程自动化(RPA,Robotic Process Automation)的导入。日本从2020 年开始实行了工作方式改革,不仅是现场工作,行政工作也必须进行合理化的调整。将现状(Asis)、改善(Canbe)、目标(Tobe)加以明确化,并按照上述流程对于行政工作系统进行业务改革,自动化传递现场制造生产与事务部门信息。

伴随次世代的5G 通讯商用化,日本从2020 年春天开始推展这项技术。5G 通讯可以进行大容量的高速数据传输,不会产生延迟,并对应传送到大多数的机器,作为推行公司内外物联网通讯方式而备受期待。

工厂透过无线化的推行,变更厂内动线与控制自动导引车(AGV,Automated Guided Vehicle)开始出现可行的机会,然而工厂内的机械或材料可能会产生通讯问题。虽然这项技术无法立刻达到应用化程度,今后的发展动向仍然受到许多注目。

DMG 森精机、发那科、日立、NTT、电装等公司已经在进行实际试验,我认为距离应用化的时间将会愈来愈近。

以上动向显示AI 相关的物联网技术,以及机器人流程自动化、5G 通讯的发展动向,相关技术的机器与软件正被广泛开发中,并产生许多经过实证的成功事例。

为了整合这些智慧工厂的动向,日本政府开始主导了数字转型。主要是为了重新评估企业的业务流程,应用数字技术进行系统变革,确立企业文化。透过提升员工生产力,现场与行政工作的自动化,促进新创事业的推展。

日本政府在2020 年春天开始正式投入资源,主导进行数字管理准则(Digital Governance Code)与数字转型评价制度。从工业4.0 开始进行数字化,日本出现了社会5.0,运用物联网配合各项技术,在许多地方产生了效果。影响层面更广、更快速、更多方面,值得今后更深入注意其发展动向。

从大型企业到中小企业的实例

以爱知县当地A 公司与K 公司的实例,其中A 公司是旭铁工,K 公司是久野金属,两间都是大量生产汽车零件的工厂。岐阜县的模具工厂多田精机,主要是生产塑料模具,属于典型的多样少量化生产方式。这间公司掌握了机床的模具加工运转状况,不仅在出现停止异常时,会立刻解决问题,也致力提升机器运转率。由于工厂机器的制造商与导入时间都不一样,难以收集整理信息,因此所有机器都安装红黄绿的方型信号灯,进行各项信息收集。多田精机也透过岐阜县的信息技术研究所,导入了廉价传感器、安卓系统与简单的软件,建构出机床的运作监控系统。这套系统在公司内部顺畅运行后,开始以“AndonRoid”的名称对外贩卖,同时出版介绍开发过程的书籍。

透过各种便宜的传感器与通讯用智能手机,组合出能够实现物联网的简易系统,最初在公司内部进行导入,确认效果后再对外贩卖。像这样的事例非常多,原本只进行生产制造的公司,在内部发展物联网技术并获得成效后,就会将这套系统作为新产品提供给客户。

大隈建构的智慧工厂,是2013 年成立的DS1(DreamSite1)零件加工组装工厂,并实现了加工中心机的生产一贯化。从2017 年到2018 年,DS2工厂开始运行,进行车床的智能化零件加工与产品组装。接着在2019 年成立DS3 工厂,应用在龙门型加工中心

机的零件加工,用物联网建构出智慧机器、机器人与弹性制造系统(FMS,Flexible Manufacturing System)。所有工厂都与日立合作,以实现大量定制化生产为目标,试着进行单件流生产。

DMG 森精机透过德日合作,在生产体制的更新与增设进行了物联

网化,同时更新了ERP 系统,预计2020 年内在日本与德国的工厂,将信息汇集在SAPHANA(SAP Highperformance Analytic Appliance) 数据库系统。另外,将电脑辅助设计(CAD,Computer Aided Design)与产品数据管理(PDM,Product Data Management)整合起来,并进行5G通讯的应用化实验,在设计、制造现场透过物联网和制造执行系统(MES,Manufacturing Execution System)结合ERP 系统,完成全公司的系统整合。

2019 年MAZAK 重新调整两个主要工厂的工作内容,将零件加工与产品组装进行整编。2014 年在主要的二个工厂与总公司工厂,进行设备更新与动线变更,这是时隔五年的改革。依照各项产品的需要与变动,减少工厂间过忙或过闲的问题,提升物联网的运用。对于机器的运作状况,进行更广泛细微的收集与分析,目标是增进改善活动,提高五成以上的生产效能。

物联网应用的有效实践

日本机床厂商在厂内进行物联网的技术运用,与各家用户的合作变得更广泛。透过用户产生出更多实例,深化了物联网的应用。

2014 年的日本国际机床展览会(JIMTOF,Japan International

Machine Tool Fair)几乎没听过物联网这个名词,只有看到一部分的厂商展览。然而在2016 年的展览会上,各家公司都已经发展了物联网技术。当时会场内有80 家公司,250 台机床透过网络的连接,在一个地方同时掌握所有机器的运作状况。在2018 年秋天的展览会,超过300 台以上的机床透过网络链接运作,数量比以往更多。当时以“链接的未来”为主题,进入今后“要做什么”

的阶段。从制造现场的可视化开始进行,不仅监控机器运作,对于品质管理或预测性维修的应用,也可以提出更具体的方案。

目前日本和中国面临严峻的经济情势,此时虽然投资发展物联网很困难,但是现在生产量减少,出现空闲时间,正好是学习精实智能制造,跟进日本与世界动向的良机。

虽然目前成功事例还很少,但是不开始做的话,永远不会成功。现在是等待景气回升,累积实力的最佳时期。请大家务必好好利用不景气的时期,培养出今后能够活用物联网的强健体质。

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