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June 6, 2022
模擬如何實現連續製造
您今天早上刷牙時使用的牙膏，可能是以非常先進的製造程序製成。從秤重及混合原料、封蓋、填充、壓接軟管、蓋印到包裝出貨，高度協調的機械設置在同一設施內逐一完成所有必要步驟，製造出讓您口氣清新的牙膏。這種不間斷的智慧生產程序稱為連續製造。
什麼是連續製造？
連續製造是一種製造方式，表示每個生產階段之間不會中斷。在此過程中，設備專為特定工作而設計，且加工的材料會在設備之間持續移動。連續製造通常代表一天 24 小時保持運作，因此這個生產程序可以快速製造大量相同的產品。
採用連續製造的產業包括：
- 油
- 鋼鐵
- 紙張
- 水泥
- 食品和飲料
- 藥劑
- 電子元件
- 汽車
批次製造與連續製造的比較
連續製造與批次製造是現今廣泛使用的製造方法，其中批次製造是標準業界程序。在批次製造過程中，生產作業涵蓋多個步驟，通常需要在每個步驟之間停下來評估產品、維護設備，甚至將產品運送至另一個設施執行進一步加工。頻繁的停頓可能大幅延長生產排程的時間。
連續製造則將所有生產步驟整合成單一流程，與批次製造不同。這種穩定的製造流程有助於製造商縮短生產時間及減少人為錯誤，還能在不停頓的情況下提升產品的一致性。
如果公司規模較小或計劃測試新產品，通常會採取批次製造。不過，對於生產大量相同產品的公司而言，連續製造的投資效益較高。
連續製造的優點包括：
- 不需反覆重設設備，可縮短生產時間，有助於按照排程準時完成每個步驟
- 設定自動化流程後，製造的產品將一律符合相同的規格，可確保商品規格一致
- 讓員工較少接觸產品，能大幅減少人為汙染，降低人為錯誤的風險
- 可延長或縮短生產設備運行時間來變更產量，提高整批產量彈性/簡化規模調整程序
- 透過持續分析整個系統，自動進行監控及預測性維護，可進一步控管關鍵程序
連續製造的挑戰為何？
雖然企業可藉由連續製造來節省時間並提升產品標準化程度，也確實會帶來以下挑戰：
- 前期購置所需自動化機械和廠房空間的費用高昂，因此初期投資金額很高
- 連續生產的規格要求嚴苛，因此彈性有限，無法滿足產品客製化的需求
- 若要對一部機器進行非計畫性維護，就必須停止整個連續系統，這會中斷整個製造程序
- 如果產品供給超過消費者需求，製造商將難以去化大量產品，造成庫存滯留問題
模擬如何提升連續製造效率？
由於連續製造是完全自動化的程序，因此整個系統會持續分析資訊。在使用數位孿生機制的情況下，模擬功能特別實用。數位孿生機制可在製造過程中為已連線的運作中機器提供虛擬分身，讓員工即時瞭解設備內部情況，根據準確資訊制定周全的性能和保養相關決策。
舉例來說，如果材料之間的摩擦可能導致工業用攪拌設備的馬達受損或故障，其數位孿生設備可立即警告製造商。如果沒有模擬功能持續提供的數位資訊回饋，工廠人員就必須根據自己瞭解的情況做出假設，而這可能只是實際情況的冰山一角。
混合分析在數位孿生中扮演的角色
全新的混合校正功能提高了預測分析的準確度。工廠人員可結合模擬式數位孿生與實體感應器資訊，來實作虛擬感應器，藉此減少所需的實體感測器數量，進而降低成本。
有了混合分析，即可大規模部署數位孿生機制，在眾多條件下追蹤不同設備的運作情形。此外，每個部署的孿生裝置均可根據其連線資產的監控資料進行校準，確保這些裝置盡可能接近實體系統和設備。
將數位孿生導入連續製造的優點
數位孿生機制部署完成後，使用者可以預期產品性能會提高 25%，產品生命週期內的維護成本最多可節省 20%1。數位孿生帶來許多優點，包括：
許多公司都致力將生產方法移轉到新一代整合式智慧製造，採用連續製造能讓這些公司朝向這個目標邁出一大步。若要瞭解創新技術如何協助各行各業的公司改變營運模式，歡迎閱讀更多數位孿生相關資訊，或是取得 Ansys Twin Builder 免費試用版。
參考資料
- Ansys 的「利用 Ansys Twin Builder 充分發揮數位孿生的價值」。