TWI818523B - 智能低碳的生產管理排程系統及相關方法 - Google Patents
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Abstract
一種智能低碳的生產管理排程系統，該系統包括：伺服器，設置有演算分析系統；智慧機上盒通訊地連接該伺服器；以及複數個生產線機台通訊地連接該智慧機上盒，其中，該智慧機上盒收集該複數個生產機台的即時碳足跡資訊並上傳至該伺服器；該演算分析系統依據輸入的排程需求，實行排程優化演算以生成優化排程，並依據收集到的該即時碳足跡資訊修正該優化排程。
Description
本發明涉及生產管理排程系統相關領域，特別是一種智能低碳的生產管理排程系統及相關方法。
基於環保議題的廣泛受到世界各國的關注，各類工業產品的生產、運輸過程所產生的碳足跡已然是重要的監控指標之一。以製造業為例，為了計算不同產品在其生產過程中，加工機台的運作狀況及其原料、物流來源，以利評估廠房或生產線的碳排放量，並依據評估的結果進行碳排放量的交易。為了達成上述目的，對於廠房或生產線於生產的過程中，必須能夠實時地監控每條生產線中加工機台運作參數，輸出至控制終端中以便管理加工機台中的消耗電力進而推估出相應的碳排放量。
各國紛紛設定2050淨零碳排目標後，產品及生產將會增加碳成本，若以目前缺少系統化計算方式來管理的企業，將無法應付未來的市場邊境管理要求。
過去技術缺少一能夠結合工廠管理的資訊技術(information technology,IT)平台，將碳管理納入並於排程階段即可將各項變數及條件進行分析後來協助生產管理人員進行排程，並即時查核及比對偏差。
目前生管排程很高比例都是人工排程，缺少一系統化導引的標準作業，經常造成損失及交期延遲。目前排程沒有考慮到碳足跡因子，在未來碳管理要求下，工廠將因缺少管理造成損失(例如，碳邊境管理稅或者是客戶索賠、成本轉嫁...)。
況且，人工排程皆未跟實際機台進行連結，取得電力及碳足跡資訊，來做比對及查核。因此會造成理論與實際落差，缺少管制，也無從修正。
隨著工業4.0的概念興起，使得智慧製造將以全新生產流程運作，其中資料的收集成為重要的一環。以智慧工廠為例，將接收端(例如，工具機)導入智慧化製造系統，需要提供傳送端設備(例如，後端管理控制系統)存取接收端設備之參數，而接收端設備主要為執行製造運算，同時也接收後端傳送端設備或系統之資訊擷取請求。
因此，有必要提出一種能夠結合智慧製造的生產管理排程以及碳足跡資訊的系統及相應方法。
本發明的目的在於加速達到減碳目標，利用智能管理配合物聯網等工具，以提供即時碳足跡監控，再回饋至排程系統，利於碳足跡優化排程，為了達到上述目的，本發明提出一種智能低碳的生產管理排程系統，該系統包括：伺服器，設置有演算分析系統；智慧機上盒通訊地連接該伺服器；以及複數個生產線機台通訊地連接該智慧機上盒，其中，該智慧機上盒收集該複數個生產機台的即時碳足跡資訊並上傳至該伺服器；該演算分析系統依據輸入的排程需求，實行排程優化演算以生成優化排程，並依據收集到的該即時碳足跡資訊修正該優化排程。
以一實施例而言，上述複數個生產線機台各自具有機台狀態感測器。
以一實施例而言，上述之智慧機上盒透過上述機台狀態感測器接收個別生產線機台的的即時碳足跡資訊。
以一實施例而言，上述複數個生產機台的即時碳足跡資訊係透過物聯網架構自動計算。
根據本發明的另一觀點，本發明提出一種智能低碳的生產管理排程方法，該方法包含：針對一產品的生產，建立基礎資料庫，該基礎資料庫至少包含該產品之生產材料的直接及間接碳足跡資訊、生產該產品所需輔助機台的
電力資訊以及生產該產品所需直接機台的電力資訊；對該產品的生產，設定排程需求；饋入上述排程需求至一演算分析模型，以執行生產該產品之碳足跡優化排程演算；取得優化後的排程結果；以及透過物聯網架構計算該輔助機台以及該直接機台的即時碳足跡，並回饋該即時碳足跡以修正該演算分析模型。
以一實施例而言，其中修正後之上述演算分析模型可進一步修正上述基礎資料庫。
以一實施例而言，其中上述設定排程需求的方式包含：設定目標值；輸入生產需求資訊；以及輸入限制條件。
以一實施例而言，其中上述目標值包含碳足跡之閥值以及生產成本等。
以一實施例而言，其中上述生產需求資訊包括上述輔助機台以及直接機台的電力資訊、上述生產材料的直接及間接碳足跡資訊以及工序表等。
以一實施例而言，其中上述限制條件包括上述機台無法派工時段、上述生產材料之庫存量以及訂單交期等。
以一實施例而言，其中上述生產該產品所需輔助機台的電力資訊以及上述生產該產品所需直接機台的電力資訊係透過量測實際生產時程的綠電/
非綠電的比例乘上系統設定之排放係數，可依個別機台所在廠域用電之排放係數設定換算為碳排放量。
100:智能低碳的生產管理排程系統
12:伺服器
14:智慧機上盒
(16a,16b,...):生產線機台
(18a,18b,...):機台狀態感測器
20:生產材料相關數據
22:工序表
140:設備物聯網數據擷取及管理單元
121:排放係數管理單元
123:演算法管理單元
125:最佳化碳足跡排程管理單元
129:設備碳足跡聯網監控管理單元
S31,S32,S33,S34,S35:步驟
[圖1]顯示根據本發明的一個實施例所提出的智能低碳的生產管理排程系統的架構。
[圖2]顯示根據本發明的一個實施例所提出的智能低碳的生產管理排程系統的配置圖。
[圖3]顯示根據本發明所提出的建置上述智能低碳的生產管理排程的相關方法。
此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。
成本控管是企業賴以經營獲利的重要因素，碳足跡的監控對於未來企業的生產成本而言將會佔據越來越重要的比重。於製造業中，為了計算每種不同的產品在其生產過程中，加工機台的運作狀況與其原料、物流來源，以利評估受管制對象的廠房的碳排放量，並依據評估的結果進行碳排放量的交易。因此，為了達到上述目的，對於廠房在生產過程中必須能夠透過即時監控每條生產線中的加工機台運作參數，並加以輸出至控制終端中以便管理加工機台中所消耗的電力數量，並將所消耗的電力數量換算為等量的碳排放量。
近年來，以智能製造為背景，應用物聯網技術實現生產場域的生產排程之實時感知、利用智能決策機制實現生產排程之智能計算或最優化解答等以成為熱門研究課題。
本發明提出一種智能低碳的生產管理排程系統，其能夠結合工廠管理的的資訊技術(information technology,IT)平台，將碳足跡的管理納入，並於排程階段即可將各項變數及條件進行分析，來協助生產管理人員進行排程，並即時查核及比對偏差。
個別企業可以運用此技術，因應不同客戶、不同時程要求，設定碳足跡管理目標，取得最佳生產排程以及監控日常運行管理。
圖1顯示根據本發明的一個實施例所提出的智能低碳的生產管理排程系統100的架構，其至少包括複數個生產線機台、智慧機上盒以及伺服器。智能低碳的生產管理排程系統100適用於優化生產排程以及碳足跡監控。智能低碳的生產管理排程系統100至少包括伺服器12與智慧機上盒14。其中，個別生產線機台(16a、16b、...)具有各自的機台狀態感測器(18a、18b、...)，可以通訊地連接上述智慧機上盒14。智慧機上盒14則可以由設置於個別生產線機台之機台狀態感測器(18a、18b、...)接收生產線機台(16a、16b、...)的數據以及相關操作參數，並將所產生的數據傳送至伺服器12上，然後配合輸入生產材料相關數據20(例如，直接、間接碳足跡資訊)以及工序表22等排程需求至該伺服器12，透過安裝於伺服器12上的演算分析系統，實行排程優化演算以生成優化排程，並依據收集到的該即時碳足跡資訊修正該優化排程。
以一實施例而言，上述演算分析系統可為軟體與韌體。
以一實施例而言，伺服器12至少具有處理單元(例如，處理器或類似功能之微處理器等，但不限於此)、通訊單元(例如，各類通訊晶片、藍芽晶片、WiFi晶片等，但不限於此)以及儲存單元(例如，隨機存取記憶體、快閃記憶體、硬碟等，但不限於此)等用於運行伺服器的必要構件。
以一實施例而言，智慧機上盒14具有處理單元、通訊單元及儲存單元等用於運行伺服器的必要構件。
智慧機上盒14可以直接安裝於生產線機台(16a、16b、...)或與其整合，用以接收生產線機台相關數據以及相關操作參數。智慧機上盒14可以通訊地連接至伺服器12。舉例而言，伺服器12可以安裝於工廠的管理室，而智慧機上盒14可以遠端地分布於生產線各個機台上或其周邊區域。據此，智慧機上盒14可將由生產線附近的裝置，例如生產線機台，所產生的數據傳送至伺服器12上，透過安裝於伺服器12上的演算分析系統做進一步分析以及優化，其中上述演算分析系統可為軟體或韌體。
圖2顯示根據本發明的一個實施例所提出的智能低碳的生產管理排程系統100的配置圖。其中，安裝於生產線現場之硬體A，其包括一設置有設備物聯網數據擷取及管理單元140的智慧機上盒14，可以透過工業網路通訊地與複數個生產線機台(16a、16b、...)互聯，用於收集每個生產線機台或其他生產設備的運作參數(例如，生產過程的使用時數、消耗電力等數據)，然後將收集到的相關數據傳送至可安裝於遠端的硬體B(例如，伺服器)12。
如圖2所示，硬體B(例如，伺服器)，伺服器12包含處理單元以及儲存單元，且儲存單元中儲存包含排放係數管理單元121、演算法管理單元123、最佳化碳足跡排程管理單元125、結果輸出單元127、設備碳足跡聯網監控管理單元129等軟體或韌體運算單元，處理單元可以執行上述各個軟體或韌體運算單元中的指令集。
上述排放係數管理單元121於實施時接收複數個生產線機台(16a、16b、...)的電力資訊、生產材料20的碳足跡資訊以及工序表22等生產需求資料，其可以針對碳排放中屬於間接排放(包含但不限於電力)範疇的數據進行轉換值的設定，並記錄於資料庫中以供計算之轉換基礎，據以建立生產排程需求。上述生產排程需求經由最佳化碳足跡排程管理單元125進行碳足跡優化排程演算，將優化後的排程結果經由結果輸出單元127輸出至設備碳足跡聯網監控管理單元129。設備碳足跡聯網監控管理單元129則接收由智慧機上盒14收集到的複數個生產線機台(16a、16b、...)或其他生產設備的實時運作參數(主要為消耗電力的資訊)，並利用物聯網(IoT)方式自動計算即時碳足跡，然後回饋實際碳排放值至上述結果輸出單元127作為修正碳足跡優化排程演算模型之用。上述演算法管理單元123則用以管理或整合上述軟體或韌體運算單元之間的運作。
以一實施例而言，硬體B(例如，伺服器)12可以經由人機介面執行接收(輸入)複數個生產線機台(16a、16b、...)的電力資訊、生產材料20的碳足跡資訊以及工序表22等生產需求資料。
以一實施例而言，上述複數個生產線機台(16a、16b、...)包括與生產有關的輔助機台設備以及直接機台設備。
本發明所提出的整合生產線機台以及生產材料(包括上游原物料、基礎料件、回收料件等)的碳足跡之智能低碳的生產管理排程系統，其係運作於
一電腦主機內，例如伺服器中。此系統應用物聯網技術實現生產場域的生產排程之實時感知、利用智能決策機制實現生產排程之智能計算或最優化解答。
於一實施例中，建置上述智能低碳的生產管理排程的相關方法，如圖3所示，該方法包括以下步驟：首先，於步驟S31，建立至少包含直接間接材料碳足跡資訊、輔助機台設備電力資訊(理論值)以及直接機台設備電力資訊(理論值)的基礎資料庫；接著，於步驟S32，設定排程需求，包含設定目標值(例如，碳足跡需低於一閥值、生產成本最低值等)、輸入生產線機台的電力資訊(耗電量)、材料備料的碳足跡資訊以及工序表等生產需求資料、限制條件(例如，機台無法派工時段、材料庫存量、訂單交期...)；然後，於步驟S33，將上述排程需求饋入一最佳化碳足跡排程管理單元125(參考圖2)進行碳足跡優化排程演算；進一步，於步驟S34，取得優化後之排程結果；於步驟S35，透過設備碳足跡聯網監控管理單元129(參考圖2)，以IoT架構自動計算即時(實時)碳足跡，以即時監控及計算碳足跡，並且回饋實際碳排放值至上述結果輸出單元，作為修正碳足跡優化排程演算模型之用；而經修正後的碳足跡優化排程演算模型，可以進一步修正於步驟S31所建立之基礎資料庫。
以一實施例而言，執行碳足跡優化排程演算可以透過人工智能機器學習方式或是最佳化演算法方式建構的演化分析模型進行。
以一實施例而言，本發明所提出的系統架構以及相關方法可以應用於企業中跨廠區、甚至誇區域國家的產品生產線的生產排程優化以及碳足跡精算。
以一實施例而言，執行生產機台的碳足跡估算，可以透過設置於該機台的機台狀態感測器(例如，智慧電表)來量測與傳輸生產時程的綠電/非綠電比例乘上系統設定之排放係數，可依個別機台所在廠域用電之排放係數設定，並據以換算為碳排當量。其中，碳排當量即一度綠電/非綠電所對應的碳排放量。
以一實施例而言，上述直接、間接材料碳足跡包含生產材料於生產以及輸送過程中所產生的碳排放量。
基於上述，本發明所提出的智能低碳的生產管理排程系統具有下列優點：
(1)企業可以避免人工排程錯誤以及企業偏離排碳目標而造成無法迴避的損失。
(2)企業可以依據標準程序、經實排程協助工廠管理上達成更精確的管控效率，使得碳足跡亦可以量化管理。
(3)企業可以運用資訊方法，讓客戶更相信企業所承諾的碳足跡宣告是在標準方法管理下的數據結果，獲得更多綠色採購的優質訂單。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明及其效益進行詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明權利要求的範圍。
S31,S32,S33,S34,S35:步驟
Claims (9)
- 一種智能低碳的生產管理排程系統，該系統包括：伺服器，設置有演算分析系統，包含處理單元及儲存單元，該儲存單元中儲存至少包括排放係數管理單元、最佳化碳足跡排程管理單元、結果輸出單元、設備足跡聯網監控單元，該處理單元用以執行儲存單元中的指令集；智慧機上盒通訊地連接該伺服器；以及複數個生產線機台通訊地連接該智慧機上盒，其中，該智慧機上盒收集該複數個生產機台的即時碳足跡資訊並上傳至該設備足跡聯網監控單元；其中該演算分析系統依據該排放係數管理單元接收該複數個生產機台的生產需求資料所建立的排程需求，透過該最佳化碳足跡排程管理單元實行排程優化演算以生成優化排程，將該優化排程由該結果輸出單元輸出至該設備碳足跡聯網監控管理單元，該設備碳足跡聯網監控管理單元依據收集到的該即時碳足跡資訊修正該優化排程。
- 如請求項1所述的智能低碳的生產管理排程系統，其中上述之複數個生產線機台各自具有機台狀態感測器。
- 如請求項2所述的智能低碳的生產管理排程系統，其中上述之智慧機上盒透過上述機台狀態感測器接收個別生產線機台的的即時碳足跡資訊。
- 如請求項1所述的智能低碳的生產管理排程系統，其中上述複數個生產機台的即時碳足跡資訊係透過物聯網架構自動計算。
- 一種智能低碳的生產管理排程方法，該方法包含：針對一產品的生產，建立基礎資料庫，該基礎資料庫至少包含該產品之生產材料的直接及間接碳足跡資訊、生產該產品所需輔助機台的電力資訊以及生產該產品所需直接機台的電力資訊；對該產品的生產，設定排程需求，其中上述設定排程需求的方式包括：設定包含碳足跡之閥值及生產成本的目標值、輸入生產需求資訊以及輸入限制條件；饋入上述排程需求至一演算分析模型，以執行生產該產品之碳足跡優化排程演算；取得優化後的排程結果；以及透過物聯網架構計算該輔助機台以及該直接機台的即時碳足跡，並回饋該即時碳足跡以修正該演算分析模型。
- 如請求項5所述的智能低碳的生產管理排程方法，其中修正後之上述演算分析模型可進一步修正上述基礎資料庫。
- 如請求項5所述的智能低碳的生產管理排程方法，其中上述生產需求資訊包括上述輔助機台以及直接機台的電力資訊、上述生產材料的直接及間接碳足跡資訊以及工序表等。
- 如請求項5所述的智能低碳的生產管理排程方法，其中上述限制條件包括上述機台無法派工時段、上述生產材料之庫存量以及訂單交期等。
- 如請求項5所述的智能低碳的生產管理排程方法，其中上述生產該產品所需輔助機台的電力資訊以及上述生產該產品所需直接機台的電力資訊係透過量測實際生產時程的綠電/非綠電的比例乘上系統設定之排放係數，可依個別機台所在廠域用電之排放係數設定換算為碳排放量。
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