鸿海实现工业物联网的关键架构,打造6座熄灯智能工厂

“未来更要从代工走向带领工业的“带工”,”工业富联CEO郑弘孟强调,这位在中国打造了6座熄灯智能工厂,部署超过6万台工业机器人的关键推手,透露了鸿海更大的战略布局。

鸿海集团以电子代工服务闻名,旗下富士康在各国工厂的员工合计超过百万人,但随着工业4.0浪潮袭来,鸿海也从2013年展开了转型之路,以工业物联网(Industrial IoT,IIoT)为重心,在2015年设立富士康工业互联网公司(Foxconn Industrial Internet,FII,以下简称工业富联)。

郑弘孟近日在一场活动中披露富士康的转型战略,包括如何发展工业物联网的三大技术,以及实际应用的5C架构。

他指出,工业富联的目标不只要打造集团内智能工厂,更要为外部企业提供自动化、网络化、平台化,且以大数据为基础的科技服务,包括工业物联网、机器人、精密工具、通信网络设备、云服务设备等。

工业富联以大数据为基础,结合AI、云、雾发展IIoT

郑弘孟引述研究数据,2025年全球大数据将增长十倍,其中70%来自实体经济,尤其嵌入式设备所产生的数据,将从2016年的16ZB,大幅增长至163ZB(Zettabyte) ,这些爆量数据来自智能设施、机器人、RFID读取器、穿戴式设备等。此外,工业物联网的数据大多是企业长久累积的结构性数据。 “拥有数据的企业更有优势。”他强调,这正是富士康成功转型的原因之一。

在富士康工厂内,不只有百万员工,还有7万多部机器人、17万数控工具机(CNC)和上百万支监控摄影机,以及超过1,600条执行表面黏着技术(SMT)的生生产线,生产线上部署了超过10万台传感器。 “所有数据累积成庞大数据,处理后再结合AI技术,就能产生有用的信息。”郑弘孟表示。

工业富联正是以这些数据为基础,来发展三大关键技术,人工智能、云(Fii Cloud)与雾(Fog AI),郑弘孟称这三项正是发展工业物联网的3辆马车。人工智能用于数据汇集整理分析、创建模型、深度学习与仿真优化;云计算则用来支持服务、运维管理、分析与建模,也可提供服务组件库等。而关于第三项,工业富联去年11月首次提出了“雾小脑”的新概念,可用雾技术来快速弹性部署、即时反馈、加速机器学习、管理接口,也可用于部署虚拟运算平台。

“要实际推动三辆马车,需要应用5C的架构,”郑弘孟解释,由下而上,可以进一步分为智能感知层(Connection)、智能分析层(Conversion)、智能网络层(Cyber​​/Cloud)、智能决策层(Cognition)、控制与配置层(Configuration)。

首先,智能感知层负责采集设备数据,并发送至智能分析层,经由实验设计、数据挖掘、特征提取、维度降低与创建模型的流程来进行数据分析。

而在智能网络层,则包含了雾小脑与云计算,雾小脑可以本地部署,利用边缘运算技术来创建数据的关联性,结合机器学习算法,可用于预估工业生产的性能与容量。工业富联则自己开发了一套生态系统架构的云计算平台,对内可用于生产预测、管理与维护,相关系统也都搭配了不同的工业App与应用软件,同时推出了114种开发工具,可支持15类通用算法模型。

智能决策层与控制配置层,则可依据前述分析所得的数据,找出生产过程中需改进的问题,如监控设备来进行维修预测、智能调度优化产能,或监测品质改进预判机制等。

郑弘孟表示:“采集数据是基础,平台是核心,应用是关键。”工业富联将工业物联网应用于工厂中,将厂内设备链接至边缘运算与云计算,要改善表面贴装、数控加工等产程。

他以烙铁头、吸嘴与车刀为例,来说明工业富联如何运用5C架构。烙铁头是电子焊接的耗材之一,可以将电子组件固定于电路板上,也链接各个电子组件以达到电子信号互相交流的目的,但烙铁头也容易因氧化造成焊锡不良,导致焊接品质下降、不良率提升,过去是靠人工目检来辨别失效的烙铁头。

而目前,工业富联利用5C架构,引进故障预测与健康管理模型(Prognostics Health Management,PHM),从智能感知层先采集关键有效的数据,再经过智能分析层的品质检测与数据清洗筛选,进行特征值趋势分析。在智能网络层则利用云计算监控,以时间串行分析预测焊点特征值的趋势。数据进入了智能决策层后,通过PHM模型反映烙铁头的生命周期与健康值,通过App让管理人员即时监控作业流程,还能用手机直接叫修。

郑弘孟表示,使用PHM模型对烙铁头进行生命周期监控预警,不仅可以提高烙铁头的使用寿命,从平均可焊点2万次提升至3万次,耗材更换时间从1.25小时缩短至0.45小时,还能提高产品质量,如良率从97%提升至99.9%,甚至平均每年降低343.5万人民币的成本支出。

另一个同为耗材类的应用实例是吸嘴。在组装作业流程中,需要通过吸嘴吸附微小零件,再装贴到电路板。但吸嘴很容易变形、破损,导致无法吸料或取料角度不正而无法使用。为了维护吸嘴的正常工作,同样须通过人力审查吸嘴内滤网堵塞情况来进行清洗。

后来,工业富联利用监视器取得8K高解析图片,创建了吸嘴寿命的预测模型,吸嘴的使用已经可以从2.6万次延长至8.6万次再清洗,降低了保养工时、更换工时与库存费用,吸嘴寿命延长了25天,库存量从平均2,200减少到800支就够,生产线的良率也改善至99.96%。

另一个案例是车刀。车刀是一种工具机,通常用来削切、研磨零件,若不慎故障就会停机,造成生产线的延误。尽管刀具的磨损会影响产品品质,但更换过于频繁会导致浪费,太晚更换又会导致不良。

对此,工业富联开发出车刀生命周期预测的模型,利用人工智能来预测刀具寿命与评估机器建康状况,及时发出维护预警来避免停机,实质降低了60%意外停机造成的损失。除此之外,同样延长了刀具生命周期,也可以预测刀具库存量。

“要做熄灯工厂太容易,无忧才是真正目的。”郑弘孟说明,数字转型目的在于减少浪费、减少工作与减少忧虑(Worry Reduction),其中,达到无忧化是最重要的价值。

通过烙铁头智能监控系统的导入,工业富联不仅可以延长烙铁头的使用寿命、提高焊接产品的质量,也能大幅降低生产成本。 摄影/翁芊儒

从代工到“带工”,富士康用IIoT实现Vaas的理念

郑弘孟表示,中国制造业的市场庞大,而工业云计算、边缘运算、大数据与AI等技术,正在改变制造业游戏规则,IIoT的构建已成趋势。

有别于传统物联网专注于人与人、人与物之间的数据交换,现今的工业物联网链接人、传感器、生产设备与机器人等数据协作,结合大数据、AI与IoT传感设备、数据处理技术(DT)、平台接口技术(PT)、分析软件技术(AT)以及运营技术(OT),“让产品从制程到服务端都更具系统性、快速性与传承性。”

“转型过程会产生新的价值。”他解释,大多生产线问题都是可见(Visible)的问题,是利用过去处理问题的经验,来避免问题发生,但导入AI等新方法或技术,可以开始预测未知(Invisible)的问题,将这些信息创建数据库,可以形成新的知识影响更多企业。

“我们要从过去的代工性质走向带领工业的“带工”。”郑弘孟谈到,成立工业富联,就是要将富士康40年累积的知识、关系与消息,通过数字转型来提升性能,也提供其他企业转型的服务,他称为价值即服务(Value As a Service,VaaS)。除了技术,他建议,企业要运用长期累积的专业领域知识,以及可证明第一代产品或服务有效的“证据”,才能创造差异化。