淺談 SEMI 智慧製造藍圖與實現方式
✎ 【聯華電子股份有限公司】林京沛 副處長 | 2023-11-10
為了掌握從「製造」到「智造」的契機,半導體廠商紛紛利用物聯網、大數據分析、人工智慧(AI)、機器人、自動化和雲端運算等智慧化技術,將製造流程和設備相互連接,實現生產過程的智慧化和自動化,並重新設計業務流程與優化價值鏈,驅動數位創新。絕大多數的半導體廠商,都已具備工廠自動化的能量,但工廠自動化與智慧製造仍有著本質上的顯著差異;
自動化製造:關注生產過程中的控制和監測,多採用固定、標準化的生產方式,強調機器的自主性和自動化程度,以及關注單個系統的優化和升級。
智慧製造:更著重大數據的收集、處理與分析,並透過AI演算來提高生產效率和品質,同時提倡靈活、可客製和可變的生產方式,重視人機協作,讓人和機器進行有效的溝通和互動,以實現更高效的生產,強化各種不同系統之間的集成,以實現數據的無縫流動和生產流程的協調。
林京沛 副處長
◆聯華電子股份有限公司副處長
◆國際半導體產業協會(SEMI)台灣智慧製造委員會共同主席
◆SEMI智慧製造全球執行委員會副主席
經歷
◆於聯電智慧製造處負責工業AI新技術導入、智慧製造應用與發展、跨廠雲原生平台/解法佈建與維運。
傳統的自動化製造主要是將製造流程中的重複性工作自動化,但對於複雜的製造流程和變化多端的產品,仍需要人工介入調整和管理;相較而言,智慧製造則可以根據大數據分析、AI與機器學習等新技術,實現更高精度的自動化控制和調整,甚至進行生產流程的即時監控和預測,迅速調整生產計劃和避免製造過程中的問題。
我們可以用一套在SEMI推動的金字塔模型(圖1),來說明如何達到AI驅動的全自主化工廠(AI-driven autonomous smart factory)的願景。例如在金字塔底端,有一些局部使用的客製化單點系統(point systems),也許過了1到3年後進入Smart 1.0階段,主要是使用大數據(Big data)與統計技術建構數位雙生(digital twins)來串接不同點系統;3至5年後邁向Smart 2.0階段,利用AI與機器學習技術來強化預測、推薦、與最佳化的能力;5至10年後達到全自主化(autonomous)的境界,廠內大部分工作將可以被系統自行判斷,自行找到最適當的方式來執行。
▲圖1 邁向全自主化工廠之金字塔模型
然而,在半導體智慧製造落地實施的過程中,廠商各自面對了諸多技術或管理思維上的挑戰。因此SEMI台灣智慧製造委員會邀集產業學研等單位討論了上述問題。他們發現,原有的金字塔模型雖然可以很好地描述系統不斷往智慧化演進的過程,但缺乏從使用者角度來看工廠的自主化應該如何逐步達成。
對使用者而言,金字塔模型主要還是從系統的角度出發,理解上還是會有困難。如果我們將全自主化(Autonomous Control)比喻成自駕車等級,把使用者比喻成駕駛,系統比喻成車子,或許就比較能讓大部分人理解。
SAE(國際汽車工程師學會)定義了6個自駕車等級(如圖2),Level 2 以下是人員主導,Level 3以上是系統主導,駕駛可以放手讓車子主導。例如在Level 2,車道偏移了,車子會透過方向盤提醒你,最後你還是要操控方向盤來修正方向。但是在 Level 3,當你選擇自動駕駛時,是可以暫時放手讓車子自行駕駛,直到車子請求你接管。
▲圖2 從使用者角度思考何謂全自主化工廠
所以經過以上說明,我們就可以結合自駕車概念與SEMI金字塔模型,來連結人的感受與系統的演進過程。例如自主化程度(Autonomous Level)的level 0可以連結金字塔模型的單點系統,我們可以手動查詢資料、畫圖表,自己分析資料來幫助做判斷。Level 1 可以連結 Smart 1.0,用digital twins來輔助自動化。Level 2加入了AI/ML 來幫助人做判斷。Level 3之後,系統取代人做判斷、推論與執行的程度越來越高,直到全部都可以交由系統來自主運行的程度。
從這個案例可以很容易了解到, Level 2 以下是人員主導, Level 3以上是系統主導。如果把這個想法套用在工廠,終極目標就會是實現生產製造的全自主化。
然而,促成生產製造的全自主化也需要管理思維上的變革,以往固有的習慣可能被打破,取而代之的將是更加敏捷的組織運作。在此也引用天下雜誌2022年底出版的《推倒高牆》一書所提出的方法來說明,共有三個步驟:
驗證概念(POC): 它的目的,就是要把新的概念試做之後,能將評估後的成果作為可行依據,有效說服更多的利害關係人,也就是對專案成敗具有影響力的個人或團體。
複製作法: 把步驟一所達到的成功模式帶去跟其他使用單位談合作開發,也一樣做到類似的效果。
擴展模式: 接下來要擴展,但如果只能有一個部門有辦法做,這個部門就會變成瓶頸。所以要想辦法教會其他部門也有能力去做,這樣才能夠持續透過影響力擴大執行。
最後,建議首先設定好數位轉型推動願景與流程盤點,得知目前還有哪些地方最值得優化,以提升工作效率。接著利用推展變革計劃三步驟,勾勒出每年每季每月的目標,按計畫執行。如此一來,離AI驅動全自主化工廠的願景就會越來越近了。