什麼是流程製造?

工業物聯網正在為各種垂直市場的流程製造塑造出靈活、可擴充的未來。

流程製造概覽

  • 流程製造取決於精準控制其製造環境。

  • 從事流程製造的企業往往也會採用離散製造來交付最終產品。

  • 流程製造商會採用工業物聯網技術和智慧邊緣應用(如機器人和智慧控制器),以最佳化產品品質與生產力。

  • Intel 與其合作夥伴的生態系統目前正為更多流程製造企業提供現成的智慧邊緣解決方案。

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什麼是流程製造?

流程製造是一種生產方式,其中會遵循公式或配方組合各種素材或原料,往往需要加熱、時間及/或壓力才能製成商品。

在流程製造中,素材收集或配方通常是許多連續步驟的第一步。開發人員會選擇原料和添加物、測試所有比例,並得出必須精準且一致遵循的配方。

所有程序會在嚴格的品質管制協定下運作,並在正確的條件下組合各種素材,以生產預定數量的產品。產品生產完成時,通常無法再次拆解成原有的個別素材。

流程製造仰賴營運技術,如由強大感測器驅動的即時資料分析,以及含有企業資源規劃(ERP)與其他管理系統的資訊技術。這些系統會管理和監控正在進行的測試,確保原料和製造過程的安全性與完整性,並最佳化最終產品的品質與產量。

流程與離散製造

製造過程可分成兩大類:流程與離散。

流程製造生產大宗貨物與商品。在流程製造中,會根據精確且一致的配方收集、組合和精製原料,以生產預定數量的最終產品。

此產品類別包括石油產品、化學品、塑膠製品、金屬和許多類型的食品、飲料和藥物。由流程製造生產的商品通常無法再次拆解成構成要素,儘管有部分產品可進行回收或重新利用。

離散製造所生產的個別元件通常是由零件和子系統組裝而成。離散製造所生產的產品範例包括車輛、電腦、傢俱、電器和服飾。

流程與離散製造之間的界線有時模糊不清。許多透過流程製造生產的產品隨後會與離散製造的產品整合。例如,飲料是透過流程製造所生產,然後通常會在不同的廠房設施中裝瓶和包裝。瓶子、紙盒和箱子是獨立單位,不過,大多數的裝瓶工廠是以裝配線為中心而建,而這也是離散製造的特色。

垂直市場中的流程製造

在流程製造和支援生產品質和效率的新技術方面投入大量資金的五大領導產業:

  • 石油與天然氣
  • 食品與飲料
  • 藥品
  • 塑膠
  • 金屬

流程製造通常需要複雜的多重步驟程序,這可能需要一條以上生產線,甚至是完全獨立的廠房。

例如,加熱和分離原油,即可將其提煉成汽油、石蠟、柴油和其他產品。這些製程會出現在煉油廠。
這些中間產品可能會經歷額外的製程。在美國,從煉油廠出廠的汽油會運送至混合油站,然後將其與乙醇(取自植物的替代燃料)、洗滌劑和其他添加物混合。

汽油的配方因地區與季節而異。不同的配方內容可因應各州的排放控制法規、管理汽油在冬季和夏季條件的揮發性,以及調整辛烷值以適用於不同汽車類別。

由於許多流程製造產品的性質,尋找可生產貨物的永續方法成為企業的關鍵議題。工業物聯網技術利用擷取和分析更多邊緣資料,可針對永續生產提供新方法。

例如,ExxonMobil 最近這幾年對開放系統的投資。這項新的流程製造策略使這家能源巨頭可利用靈活的平台來取代過時的工業控制系統,且這些平台可進行更新和升級,藉以充分利用更強大的新技術,以滿足企業公司持續變化的需求。

ExxonMobil 在其發展過程中參加Open Process Automation Forum(開發流程自動化論壇),鼓勵在開放標準型流程控制系統方面進行合作與創新。ExxonMobil 和各行各業中面臨類似挑戰的公司合作開展這些首創計畫。Intel 是主持該論壇的 Open Group(國際開放標準組織)的白金會員。

流程製造中工業物聯網的優勢

流程製造商部署先進的技術,包括機器人、智慧控制器以及即時資料分析,以在安全的環境中最佳化產品品質、一致性與產量。

新的開放平台可讓系統收集和分析生產與測試資料,並在連續循環中向製造控制器提供回饋資料,即時調整製程。這種資訊技術(IT)和營運技術(OT)的融合是工業物聯網方法的有力範例,而工業物聯網又稱為工業 4.0。

在工業物聯網架構中,流程製造商可將資料即時連接至作業系統,並將供應鏈、訂單管理和交付功能與製造系統同步。 
流程製造商會與供應鏈合作夥伴密切合作,因而可整合和簡化通常視為不同孤島(silo)的個別功能。這可提升效率和品質控制,有助於製造商對應不斷變化的市場條件,並加快推出新產品的速度。

工業物聯網和智慧邊緣技術還可實現預測性維護等解決方案,可在發生嚴重故障前偵測到機器問題。流程製造中的停機時間可能代價很高。單次停機可能會導致整批產品作廢。

COVID-19 疫情突顯對敏捷的需求

COVID-19 疫情讓全球注意到,在始料未及的快速需求轉變以及大規模中斷供應鏈期間,製造業需要敏捷性和復原力。

某些產業對動盪的市場狀況會快速適應。例如,部分製藥公司即使信守長年來的承諾,其創新疫苗和其他新產品仍可達到前所未有的銷售量。

其他產業的表現則沒有這般出色,因紙巾、清潔用品和其他流程製造的產品無法即時補貨,致使商店架上呈現清空狀態。

這種市場壓力帶來的其中一項結果是,大眾越來越著重於流程製造的數位化。這種數位化轉型的主要目標在於,將工廠或煉油廠內的製程和設備連接來提升產量和靈活性,以及將供應鏈與分銷合作夥伴活動與製造整合。在傳統、穩定垂直市場的公司目前更認真投資在策略規劃和執行工業物聯網,因為他們開始在流程製造的所有面向中融合數位資訊與實體產品。

疫情進一步證實了這個訊息:數位解決方案擴展到組織的範圍之外,並且涵蓋更多端對端價值鏈時,發揮的影響力最大1

McKinsey

開放式工業物聯網支援 QA 回饋循環

直到最近,大多數的流程製造系統皆是以單一供應商提供專屬整合式解決方案的方式進行。製造商通常會受限於供應商的設備和軟體,並依賴該供應商進行昂貴的升級作業與保養維護合約,通常一次是 10 年以上。在許多情況中,製造商的供應鏈合作夥伴無法與這些系統充分互動,因此導致昂貴的庫存過剩,或是問題更嚴重的短缺情形。

現在,許多舊版系統皆可由內建於現有硬體和軟體中的可擴充解決方案取代或輔助。這種開放的 ERP 方法可讓製造商應用人工智慧(AI)和即時資料收集方面的最新技術,藉以加速、控制和驗證生產程序,以及檢查所製造的產品。

過渡到開放的工業物聯網系統並非孤注一擲。對許多製造商而言,即使製造設備和程序並未一次替換或修改,漸進式數位化也可帶來直接的益處。

程序控制

製造商通常會在開始進行數位化程序時,利用可在前端與 ERP 整合、在後端與品質保證整合的開放解決方案來取代孤立的工業處理控制系統。處理控制的設計用途是在素材的數量和比例、材料承受的溫度和壓力、流速和其他關鍵因素上的預設限制內維持操作一致性。

這些條件是由感測器量測與監控。一般而言,系統會自動分析感測器資料;因此,僅在製造過程的部分項目偏離公認的量測範圍時,才需要人為干涉。AI 輔助的工業控制和分析可降低在流程製造中的技術人力需求。

「工業 4.0 預計將在 2025 年創造整體 3.7 兆美元的潛在價值,並為離散製造推動下一次工業革命。然而,現今只有約 30% 的公司可大規模地從工業 4.0 中獲取價值2。」

McKinsey

品質保證

將處理控制與品質保證連結後,最先進系統可在整合式快速回饋循環中連接感測器與控制器,因此製造過程中的意外變化會觸發缺陷偵測。

同樣地,缺陷偵測也會刺激製造過程中的即時修正,確保產品的品質和一致性。

在流程製造中,部分產品缺陷可在內部偵測。例如,在造紙廠中,產品的重量、溼度、抗拉強度、厚度、孔隙度和顏色皆會在生產期間即時監控。

至於其他產品類型,可能需要擷取產品樣本進行實驗室測試,才可進行品質保證程序。雖然這些測試很少即時完成,但可將定期的經常性自動化測試列入回饋循環中。如果樣品開始偏離預測值,即使僅些微偏離,QA 系統將會向合適的流程控制器發出訊號,因此可自動修正該問題。這些預防性措施有助於避免在製造過程中發生昂貴的減速或關機情況。

流程製造中的 Intel® 技術

流程製造環境的互相關聯性表示一台機器故障時可能會立即造成災難性結果。 
Intel® 解決方案專注於實現:

  • 流程最佳化(分批或連續)
  • 生產線上品質控制
  • 批次重複性
  • 最長運作時間
  • 建模與模擬
  • 虛擬量測
  • 可追溯性
  • 安全與合規監控

Intel 與其全球合作夥伴網路正在協助企業使用以軟體定義且可容納整合式技術堆疊的開放性基礎結構。Intel 解決方案可擴充為進階的安全性措施,即使在使用中也能有助於保護專屬資料。

許多 Intel® 產品與技術支援流程製造。其中包括:

Intel 支援流程製造中的工業物聯網

與 Intel 在流程製造方面中合作,可加快資料驅動、可交互作用之工業物聯網解決方案的價值實現時間。

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常見問題集 (FAQ)

常見問題集

流程製造是一種生產方式,其中會遵循公式或配方組合各種素材或原料,往往需要加熱、時間及/或壓力才能製成商品。

流程製造生產大宗貨物與商品。在流程製造中,會根據精確且一致的配方收集、組合和精製原料,以生產預定數量的最終產品。此產品類別包括石油產品、化學品、塑膠製品、金屬和許多類型的食品、飲料和藥物。

離散製造所生產的個別元件通常是由零件和子系統組裝而成。離散製造所生產的產品範例包括車輛、電腦、傢俱、電器和服飾。

許多石油產品是流程製造的產物。加熱和分離原油,即可將其提煉成汽油、石蠟、柴油和其他產品。