制造業(yè)面臨的競爭日趨激烈，消費者的喜好瞬息萬變，造成產(chǎn)品生命周期愈來愈短，客制化產(chǎn)品日趨多樣，制造成本亦跟著難以控制，加上更加復雜的其他因素變項，使得廠商必須隨時面對不穩(wěn)定的訂單、少量多樣的生產(chǎn)及生產(chǎn)良率的控制等相關(guān)問題，如何從中找出一個能夠同時提升生產(chǎn)力及競爭力的關(guān)鍵策略，成為廠商有志一同的關(guān)切方向。「智慧工廠」的發(fā)展，為廠商提出了新的方向。

以智慧工廠角度出發(fā)，從清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預、即時正確地搜集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計畫編排與生產(chǎn)進度等，都是業(yè)者提升競爭力及生產(chǎn)力所必須掌握的關(guān)鍵項目。在生產(chǎn)過程中，包括產(chǎn)品及設備乃至於生產(chǎn)線的狀態(tài)監(jiān)控，在智慧工廠的發(fā)展上，的確形成相當重要的發(fā)展課題。

環(huán)顧工廠制造的發(fā)展歷程，早期主要是讓「人」來照顧機臺；在自動化導入後，雖然建立大量標準化規(guī)則，并透過程式系統(tǒng)加以控制加工生產(chǎn)，但仍然需要「人」監(jiān)視機臺，制程資訊亦需要透過人工抄寫，統(tǒng)計資訊內(nèi)容亦不甚完整，甚至在設備維修上，也需要透過人的「經(jīng)驗」累積。

系統(tǒng)軟硬整合 建構(gòu)智慧工廠

一直到整合平臺、軟體、硬體及機臺的共同發(fā)展，逐漸形成「智慧工廠」概念，才使得廠商從單純的制造業(yè)，成為「服務型」的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)。自動化技術(shù)改革了制造業(yè)，歐美因此成為工業(yè)先進國家，之後在大陸低廉勞動力搶占制造商機，世界工業(yè)聚落逐漸東移；但由於近年勞動人權(quán)較為提升，加上自動化技術(shù)發(fā)展加快，歐美制造業(yè)以電腦人工智慧取代傳統(tǒng)人力的趨勢逐漸明朗，從自動化轉(zhuǎn)型為智慧化已成為制造業(yè)的新興浪潮。

圖1 : 整合平臺、軟體、硬體及機臺的共同發(fā)展，逐漸形成「智慧工廠」概念後，制造業(yè)者從單純的制造業(yè)，成為「服務型」的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)。(Source: Festo)

智慧化的概念目前仍相當模糊，而且一般智慧化常會與自動化混淆。兩者最主要的差別，在於自動化只是單純的控制，智慧化系統(tǒng)則是在控制端加上資料采擷，采擷後的資料必須能無縫傳送到後端累積成龐大資料庫，管理系統(tǒng)再依據(jù)資料庫的訊息，分析、制定出正確決策，而這些決策同時也附加自動化設備與以往不同的功能，例如設備本身所建制的感測器，可以記錄設備的動作次數(shù)或使用時間，提醒管理者進行維修。

智慧制造的目標，簡單來說，即是將人工智慧融入制造過程的所有環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)直接可以自動監(jiān)測生產(chǎn)線運作過程，亦可自動調(diào)整、自動組織，甚至「最隹化」在制程中整合設計、加工、控制及管理等過程，以適應外界或內(nèi)部的變化環(huán)境。

掌握所有環(huán)節(jié) 擴張制造智慧

圖2 : 透過量測設備與系統(tǒng)的軟硬體整合，可以在日趨復雜的生產(chǎn)制造環(huán)境中，建構(gòu)更完善的產(chǎn)品制造及檢測模式，讓制造更為「智慧化」。

(Source: Fabricating Metalworking)

1989年，日本提出「智慧化制造系統(tǒng)」國際合作計畫，從1992至1994年進行可行性研究，建立六項工業(yè)界主導的「可行性國際合作測試案例」，包括《流程工業(yè)潔凈制造》、《全球化制造同步工程》、《21世紀全球化制造》、《全方位制造系統(tǒng)》、《快速產(chǎn)品開發(fā)》、《知識系統(tǒng)化》等智慧系統(tǒng)；此後經(jīng)過10年的努力，包括日、美、加、澳、歐盟、挪威、瑞士及南韓等七大地區(qū)工業(yè)界、學術(shù)界及研究單位發(fā)展出的智慧制造技術(shù)的共通平臺，以及21項研究計畫，可將智慧制造系統(tǒng)大致歸納下列五項特徵：

一、系統(tǒng)具有自主能力：可搜集與理解外界及自身的資訊，并以之分析判及規(guī)劃自身行為。

二、整體可視技術(shù)的實踐：結(jié)合訊號處理、推理預測、仿真及多媒體技術(shù)，將實境擴增展示現(xiàn)實生活中的設計與制造過程。

三、協(xié)調(diào)、重組及擴充特性：系統(tǒng) 中各組承擔為可依據(jù)工作任務，自行組成最隹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

四、自我學習及維護能力：透過系統(tǒng)自我學習功能，在制造過程中落實資料庫補充、更新，及自動執(zhí)行故障診斷，并具備對故障排除與維護，或通知對的系統(tǒng)執(zhí)行的能力。

五、人機共存的系統(tǒng)：人機之間具備互相協(xié)調(diào)合作關(guān)系，各自在不同層次之間相輔相成。

從智慧制造到智慧工廠，基本上系統(tǒng)的發(fā)展均依照這五項特徵為基礎(chǔ)，作為後續(xù)變化的支撐，而這些特徵，也成為工廠自動化的重要特色重點。

此外，在近年自動化趨勢逐漸開始重視機臺的智慧化，尤其是可以自我檢測其零件壽命與效能的Smart Machine浮現(xiàn)臺面，這類需求主要來自於生產(chǎn)線大量使用或是不能出錯的大型機具上。由於這類生產(chǎn)線對產(chǎn)能與人身安全有諸多要求，對於設備的狀況監(jiān)控(MCM)存在較高的要求，也形成另一層面的挑戰(zhàn)。

軟硬交互兼施 掌握產(chǎn)品設備

以目前來說，自動化產(chǎn)業(yè)最擔心的就是停工的成本。由於自動化設備每個零組件壽命不同，如果總是在設備出問題之後才進行維修，除了維修頻率將會隨著零組件老化速度不同而顯得難以預測與控制以外，設備的損害規(guī)模也會隨著時間而無法預期。

圖3 : 要達成智慧化的目標，因應復雜生產(chǎn)環(huán)節(jié)的量測設備，絕對是必要的重點。

當然，除了工時的損失，不必要的額外零件損害都是必須考量的因素。但由於IT技術(shù)帶給工業(yè)生產(chǎn)資料庫、資訊傳輸?shù)燃夹g(shù)的發(fā)展，讓生產(chǎn)系統(tǒng)的能力得以優(yōu)化，通過對基礎(chǔ)生產(chǎn)資料的采集來分析生產(chǎn)流程的整體狀況，使得工廠不再是由單一機器構(gòu)成，而是整合成為一個整體，因此必須對其進行全局的資料整合降低生產(chǎn)成本、消除浪費，以提升整體工廠運營效率。智慧工廠的對系統(tǒng)的全方位監(jiān)管，就成為設備及零件生命周期管理的一項利器。

智慧工廠系統(tǒng)監(jiān)管部份，由於智慧制造的設備，必須具有感知能力，以感測器做連結(jié)，系統(tǒng)可進行識別、分析、推理、決策、以及控制功能；這類制造裝備，可以說是先進制造技術(shù)、資訊技術(shù)和智慧技術(shù)的深度結(jié)合，而透過量測設備的軟硬體設備整合，也讓系統(tǒng)自我監(jiān)測的能力更為完整。

要達成智慧化的目標，因應復雜生產(chǎn)環(huán)節(jié)的量測設備，絕對是必要的重點。而量測需求的逐漸復雜化，也造成設備硬體的模組化趨勢，當然此類系統(tǒng)的建置，仍須透過系統(tǒng)平臺「累積知識」，來建立設備資訊及反??資料庫，這則有賴於量測系統(tǒng)軟體及函式庫的多方整合。因此，透過量測設備與系統(tǒng)的軟硬體整合，不但可經(jīng)由訊息整合的方式精確測知系統(tǒng)設備的健康程度，也可以在日趨復雜的生產(chǎn)制造環(huán)境中，建構(gòu)更完善的產(chǎn)品制造及檢測模式，讓制造更為「智慧化」。

**刊頭圖片(Source: DFKI)