先進製造

發佈日期 : 05 October 2024

發佈者 : Parul Atri

先進製造技術的應用能夠改變生產流程，並開啟新的商業前景。然而，在不久的將來，先進製造不太可能完全取代現有技術。

原因之一是，許多現有技術，特別是針對小規模生產的技術，仍然有效且有效率。此外，一些企業，尤其是小型企業，可能會發現購買和維護先進製造所需的工具和軟體成本過高。

此外，向先進製造技術的轉型需要對教育和培訓進行大量投資，以培養工人使用和維護這些技術所需的技能。因此，由於缺乏投資，這項因素阻礙了小型企業對工人進行先進製造技能培訓。

製造業是所有技術創新和發展的根基。製造業的任何改進往往都能帶動供應鏈下游無數其他產業和企業的發展。利用尖端技術和製程提升製造業競爭力稱為先進製造。先進製造採用靈活的生產技術，能夠最大限度地利用資本設備，並且更有效率、更快速地回應市場需求。雖然在某些情況下，例如長期、可預測的生產週期，傳統的專業化方法仍然適用，但先進製造能夠滿足各行業經常面臨的各種生產需求和大規模定制，而無需大量資本投入。

先進製造技術使製造商能夠根據市場需求靈活調整生產規模，從而提高生產效率。為了將製造和商業活動整合為一個連續且有效率的營運體系，先進製造仰賴資訊和通訊技術（ICT）。這涵蓋了價值鏈的各個環節，從概念構思到產品報廢處理。為了保持製造業的領先地位，先進製造技術（通常被稱為「智慧製造」）至關重要。

高階技術的優勢

製造技術

• 當生產營運更加自動化和經濟高效時，資源可以更集中到研發上，從而推出新穎而令人興奮的產品。
• 現代生產技術整體上更加精確、一致和高效，從而生產出更高品質、更可靠、更容易取得且價格更合理的產品。
• 透過自動化生產活動，先進製造有助於實現更精益的生產，使員工能夠專注於更具創造性的工作。
• 先進製造技術的靈活性以及最佳化的規劃和調度，使得更好地響應市場需求成為可能。

市場未來發展前景

先進製造

預計到2035年，全球先進製造業市場規模將達到約780億美元，在2023年至2035年的預測期內，複合年增長率約為22% 。技術發展和新應用的日益普及是推動先進製造業市場收入快速成長的主要原因。由於新方法、新材料和新設備的開發，先進製造業企業擁有眾多提升產能和效率的機會。

先進製造業的目標

在市場中獲得競爭優勢是先進製造業的目標，它透過多種方式實現這一目標。提高產量無疑是先進製造業的主要目標之一。產量越高，就能賣出更多產品。但這並不意味著提高產量是現代製造業的唯一目標。其他方面，例如流程最佳化和效率提升，也同樣可以改進。例如，先進製造業旨在縮短產品開發時間，降低單位成本、材料用量、材料庫存以及閒置的資本設備數量。

先進製造的類型

• 高效生產：與順序工程不同，同步工程是這項工作的重點，它還包括設計、模擬、物理和電腦建模、尖端製造技術以及控制方法。精密鑄造和快速原型製作都採用了這種方法。
• 智慧生產：採用資訊通信技術及相關物流系統，提高製造設施的使用壽命及使用率。這透過有效的監控、日常維護和維修來實現。
• 高效率組織：協調並充分利用工業資源，包括有形資源和智力資源。這適用於虛擬招標、企業營運、資源共享和設施使用、創新組織結構、孵化單元、知識管理、貿易和電子商務。

先進製造解決方案

• 人工智慧和機器學習能夠徹底改變製造業。儘管人工智慧已經存在一段時間了，但雲端運算、大數據和機器學習等最新發展正推動這一概念走向世界經濟的前沿。透過收集企業各部門的數據，可以優化製造業中的人工智慧應用，從而提供即時數據驅動的解決方案。例如，生產線數據可以幫助計算和預測製造週期時間，並實現精準的計劃和調度。利用感測器，人工智慧可以監控產品品質或生產設備的運作狀況。人工智慧也可以應用於採購，以做出準確的需求預測並據此訂購必要的原材料。據預測，到2035年，人工智慧可望使製造業利潤成長40%。
• 奈米技術：隨著設備尺寸的縮小，對更小組件的需求也日益增長。由於設計人員需要在緊湊的設計結構中整合更多功能，奈米技術正日益成為多個領域的前沿技術。此外，奈米顆粒也應用於化學和生物領域，能夠改善材料特性、調節光譜並改變化學反應活性。
• 機器人技術：機器人技術名列現代製造流程之列，這並不令人意外，因為這些自動化技術能夠實現重型設備搬運、精準移動和連接，並提高眾多生產單元的作業一致性。工業機器人技術在執行危險作業方面極為有用，因為它能夠降低利害關係人的風險、營運成本和浪費，同時更可靠、更快速、更經濟地生產產品。汽車、航空航太、鍛造、消費品等眾多產業都在頻繁使用機器人，隨著我們對機器人技術的理解不斷加深，我們將自動化系統引入其他領域的能力也不斷提升。
• 積層製造：積層製造利用CAD軟體或3D物件掃描器來引導機器逐層沉積材料，從而精確地製造出幾何形狀。透過這種方式，製造商可以降低系統故障的可能性，並帶來許多優勢，例如減輕重量、簡化結構以及解決散熱問題。航空航太、醫療、原型製作、汽車、消費品等眾多產業都受惠於積層製造，隨著這項技術變得更加經濟實惠、易於使用，這些產業也將進一步拓展。
• 雷射加工：雷射加工和焊接利用雷射技術，能夠快速、高精度地生產各種產品。雷射透過精確控制傳遞到材料中的熱量，消除了裂縫和連接不良的問題，同時保持了零件的完整性。壓力容器、接近感測器焊接、電池焊接、精密電子產品以及許多其他產品，目前都利用這些技術實現了更安全、更精確的製造。

利用產業

先進製造

先進製造技術並非任何能夠負擔得起複合材料或雲端運算的公司都能應用。它只有在擁有完善的IT基礎設施的情況下才能成功，例如電動車、機器人、航空航天和其他一些行業。

以下是一些正在被先進製造技術變革的行業：

• 消費品：在產品開發生命週期的早期階段，3D列印非常適合製造外觀逼真、功能齊全的複雜消費性電子產品。快速、精確地提供早期迭代產品對運動用品的開發大有裨益。精細的建築模型、娛樂道具和服裝也是3D列印成功應用的例證。隨著3D列印技術在列印體積和速度方面的不斷提升，未來幾年可能會有更多消費品轉向增材製造。
• 能源：快速製造能夠承受嚴苛環境的專用關鍵零件的能力，對於能源產業的成功至關重要。利用積層製造技術開發高效、輕量化、按需客製化的零件和環保材料，可為各種需求和現場功能提供解決方案。
• 醫療：快速發展的醫療產業正在利用積層製造解決方案，為醫護人員、病患和研究機構帶來創新成果。醫療產品生產商正在使用各種硬質、柔性、不透明和透明的3D列印材料，以打造前所未有的客製化設計。透過使用手術級組件、功能原型、逼真的解剖模型和功能原型，先進製造技術正在推動拯救生命的技術實現前所未有的發展。骨科生物材料植入裝置、牙科器械、基於CT掃描的術前模型、客製化鋸鑽導板、外殼和客製化器械等應用正在重塑醫療產業。

最新創新

先進製造

• 模擬：模擬技術是製造管理者採用的第二大最受歡迎的創新與管理科學方法。準時制生產離不開模擬技術的支持，其優點包括：計算所需的理想資源、零件在系統中的停留時間、運輸時間以及機器和人員的利用率。利用整合計算材料工程（ICME），產品工程師可以設計虛擬產品模型，並在實際生產之前測試其在不同條件下的性能。虛擬製造可以模擬製造流程，這對於消除低效環節和簡化生產流程大有裨益。
• 擴增實境技術：對於車間技術人員而言，擴增實境技術能夠提供沉浸式、詳盡的操作手冊。它能向員工展示機器的內部運作原理，幫助他們學習，進而提升學習體驗，並減少時間和金錢的浪費。擴增實境技術還能輔助生產設備的維護。由於擴增實境應用以創新的方式融合了現實與虛擬現實，因此可以幫助製造商優化生產流程。它有助於在實際環境中驗證和評估數位化規劃的正確性。

先進製造業的未來

協作機器人（Cobot）旨在與人類共同完成繁重或危險的工作。隨著協作機器人技術的不斷發展，預計它們將在製造業中得到更廣泛的應用，從而提高生產效率和安全性。此外，一種名為循環製造的生產策略優先考慮減少浪費和提高資源利用效率。在生產過程中使用再生能源，以及製造易於拆卸和回收的產品，是該策略的兩個重要方面。

小型企業如何促進先進製造技術的應用？

為了累積先進製造領域的知識和經驗，小型企業可以與顧問、顧問公司和技術供應商等專家合作。這有助於他們克服技術難題，跟上產業發展趨勢，並獲得資金和培訓等資源。此外，小型企業還可以利用政府援助計劃，包括撥款、貸款和稅收減免，來幫助購買先進的製造設備。這些計劃透過降低小型企業的技術成本，可以減輕他們在技術投資方面的財務壓力。

綜上所述

先進製造並非曇花一現的潮流或幾年後就會被遺忘的流行語。它將在不久的將來迅速發展，為部署新型先進製造技術的遠端管理智慧工廠鋪平道路。而邁向這目標的第一步，便是製造商開始為其先進製造計畫的落地生根建立基礎設施。