近年來(lái)消費(fèi)性市場(chǎng)型態(tài)大幅變化，不但產(chǎn)品生命週期縮短，產(chǎn)品樣式也從以往少樣多量演變?yōu)槎鄻由倭浚踔潦嵌鄻佣嗔?，消費(fèi)市場(chǎng)的變動(dòng)往上衝擊了生產(chǎn)製造產(chǎn)業(yè)，面對(duì)截然不同的需求型態(tài)，未來(lái)的製造業(yè)、工廠環(huán)境勢(shì)必得截然不同，方能因應(yīng)市場(chǎng)變化，也因此，各國(guó)政府紛紛制定相關(guān)略，像是德國(guó)的「工業(yè)4.0」、美國(guó)的「AMP」、中國(guó)的「中國(guó)製造2025」等政策，雖然各國(guó)核心與目標(biāo)各不相同，不過(guò)其做法，都是透過(guò)ICT技術(shù)，讓工廠智慧化。

不過(guò)要談智慧工廠，必須先定義智慧化，何謂智慧化？以人類來(lái)作為比較，製造設(shè)備的智慧化，就等於是人類的各種感官加大腦的智慧判斷，就像機(jī)器視覺(jué)，當(dāng)攝影機(jī)裡的影像感測(cè)器擷取到影像後，將資料送回後端設(shè)備處理，後端設(shè)備處理後，進(jìn)一步彙整判斷，再?zèng)Q定下一步的動(dòng)作，這就是新世代的工廠智慧化關(guān)鍵。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)翻轉(zhuǎn)製造思維

研華工業(yè)自動(dòng)化事業(yè)群中國(guó)區(qū)總經(jīng)理蔡奇男指出，過(guò)去的工廠以自動(dòng)化技術(shù)作為競(jìng)爭(zhēng)要件，不過(guò)如今自動(dòng)化已不足以成為製造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，未來(lái)智慧工廠的必須包括4大部分－感測(cè)、運(yùn)算處理、邏輯推理判斷、反應(yīng)等，這4大部分整合起來(lái)，就是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)(Industrial Internet on Thing；IIOT) ，「過(guò)去的自動(dòng)化系統(tǒng)以工程師作為主要應(yīng)用者，IIOT的系統(tǒng)使用者則會(huì)從製造現(xiàn)場(chǎng)的工程師，延伸到管理層的CEO等決策人員，」因此蔡奇男認(rèn)為，IIOT的容架構(gòu)也必須因應(yīng)導(dǎo)入企業(yè)的需求做變化，也因此這4大子系統(tǒng)的規(guī)模設(shè)計(jì)，也沒(méi)有一定標(biāo)準(zhǔn)，他進(jìn)一步指出，「過(guò)去自動(dòng)化製造系統(tǒng)中，各環(huán)節(jié)的工作內(nèi)容固定，每站固定做自己分內(nèi)的組裝工作，直到最後產(chǎn)品完成，這類流水線生產(chǎn)模式由來(lái)已久，主要形成原因在於產(chǎn)品生週期長(zhǎng)，且屬少樣多量型態(tài)?！?/span>

過(guò)去的自動(dòng)化系統(tǒng)以工程師作為主要應(yīng)用者，IIOT的系統(tǒng)使用者則會(huì)從製造現(xiàn)場(chǎng)的工程師，延伸到管理層的CEO等決策人員。

不過(guò)蔡奇男認(rèn)為，近年來(lái)消費(fèi)者的胃口瞬息萬(wàn)變，造成產(chǎn)品生命週期愈來(lái)愈短，客製化產(chǎn)品日趨多樣，製造成本也跟著難以控制；此外，更加複雜的其他因素變項(xiàng)，使得廠商必須隨時(shí)面對(duì)不穩(wěn)定的訂單、少量多樣的生產(chǎn)、生產(chǎn)良率的控制，以及備料庫(kù)存壓力等相關(guān)問(wèn)題，已對(duì)傳統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)模式造帶來(lái)重大挑戰(zhàn)，而這些問(wèn)題目前唯一的解答，就是智慧工廠。

圖1 : 研華工業(yè)自動(dòng)化事業(yè)群中國(guó)區(qū)總經(jīng)理蔡奇男指出，過(guò)去的工廠以自動(dòng)化技術(shù)作為競(jìng)爭(zhēng)要件，不過(guò)如今自動(dòng)化已不足以成為製造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。(攝影／王明德)

智慧工廠可以帶來(lái)哪些改變呢？施耐德電機(jī)工業(yè)暨機(jī)械自動(dòng)化事業(yè)部行銷經(jīng)理李乾瑋表示，智慧工廠可以清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、即時(shí)正確地蒐集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計(jì)畫(huà)編排與生產(chǎn)進(jìn)度等，這些都是業(yè)者提升競(jìng)爭(zhēng)力及生產(chǎn)力所必須掌握的關(guān)鍵項(xiàng)目。

「除了製造現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)掌控，產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是智慧工廠的系統(tǒng)架構(gòu)重點(diǎn)，」李乾瑋指出，現(xiàn)在產(chǎn)品除了上市時(shí)間越來(lái)越快，產(chǎn)品功能也漸趨多元，這兩個(gè)因素不但大量擠壓了研發(fā)時(shí)間，同時(shí)產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計(jì)也越見(jiàn)複雜，為使產(chǎn)品能兼具上市時(shí)間與多元功能兩項(xiàng)需求，善用可用研發(fā)資源，進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)已成企業(yè)重要的研發(fā)策略，然而協(xié)同設(shè)計(jì)牽涉的部門(mén)人員眾多，所彙整的資料也相當(dāng)龐雜，如何駕馭繁雜的資料量，將設(shè)計(jì)流程化繁為簡(jiǎn)是企業(yè)面對(duì)研發(fā)的必要課題。

從設(shè)計(jì)到製造的智慧化

以汽車設(shè)計(jì)為例，在各類先進(jìn)模擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的協(xié)助下，汽車的整車設(shè)計(jì)時(shí)間在過(guò)去20年間縮減了一半，而近幾年汽車電子技術(shù)進(jìn)展快速，車輛越來(lái)越多的功能必需透過(guò)電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，就目前來(lái)看，中高階車輛的電子模組已超過(guò)40個(gè)，電子電氣相關(guān)零部件成本已佔(zhàn)車體成本35％，因此電子電氣的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證成為整車開(kāi)發(fā)時(shí)的重要環(huán)節(jié)。

越來(lái)越龐雜的電子模組架構(gòu)，若依照傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程，從需求定義、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、樣板成品、測(cè)試…等環(huán)節(jié)逐一進(jìn)行，將會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，例如在需求定義端無(wú)法迅速驗(yàn)證，或系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，初期受測(cè)硬體不完整且整體成本過(guò)高，使得設(shè)計(jì)出現(xiàn)缺陷，而這些問(wèn)題大都在實(shí)體完成時(shí)才會(huì)浮現(xiàn)，就一般經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，錯(cuò)誤修正成本與發(fā)現(xiàn)時(shí)間成正比，在流程前端發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，所支付的各項(xiàng)成本最低，若到最後環(huán)節(jié)才發(fā)現(xiàn)，則必須逐層回溯，無(wú)論是金錢(qián)、時(shí)間、人力，都會(huì)耗費(fèi)大量成本。

圖2 : 現(xiàn)在汽車製造在設(shè)計(jì)期，就從需求定義端就逐步創(chuàng)建系統(tǒng)模型，再透過(guò)詳細(xì)的演算法設(shè)計(jì)產(chǎn)生自動(dòng)代碼，讓需求在虛擬模型中得以實(shí)現(xiàn)。（Source:WERIGI）

因此現(xiàn)在汽車製造在設(shè)計(jì)期，就從需求定義端就逐步創(chuàng)建系統(tǒng)模型，再透過(guò)詳細(xì)的演算法設(shè)計(jì)產(chǎn)生自動(dòng)代碼，讓需求在虛擬模型中得以實(shí)現(xiàn)，各部門(mén)協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤就可即時(shí)修改，大幅降低車輛在實(shí)體問(wèn)世後才出現(xiàn)的錯(cuò)誤，透過(guò)模擬軟體的自動(dòng)代碼生成，模型可公用於設(shè)計(jì)與測(cè)試，模組化設(shè)計(jì)也有利於系統(tǒng)調(diào)校，同時(shí)系統(tǒng)化管理軟體內(nèi)容，有效簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，縮短整車設(shè)計(jì)時(shí)間。

蔡奇男指出，自動(dòng)化系統(tǒng)必須附加在某個(gè)技術(shù)上，促使此技術(shù)改善品質(zhì)、提昇效率，因此自動(dòng)化技術(shù)所產(chǎn)生的價(jià)值，容易被看見(jiàn)、計(jì)算，智慧化系統(tǒng)與之不同之處，在於智慧化是藉由開(kāi)創(chuàng)全新系統(tǒng)，提供全新的價(jià)值，來(lái)打開(kāi)另一個(gè)全新市場(chǎng)，不過(guò)目前臺(tái)灣市場(chǎng)仍以前者為主，也就是專注在讓現(xiàn)有的技術(shù)與產(chǎn)品如何更好更快，因此研華一直在思考，如何創(chuàng)造出更新的服務(wù)，從而產(chǎn)生更高的附加價(jià)值。

虛實(shí)整合 打造未來(lái)工廠

智慧工廠可以清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、即時(shí)正確地蒐集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計(jì)畫(huà)編排與生產(chǎn)進(jìn)度等。

除了研華外，施耐德也密切關(guān)注工業(yè)4.0與相關(guān)的智慧化製造，李乾瑋指出，工業(yè)4.0是德國(guó)提出的概念，施耐德雖是法商，不過(guò)也認(rèn)為此一概念的方向相當(dāng)正確，當(dāng)然這些概念如虛實(shí)整合、設(shè)備互聯(lián)等並非德國(guó)提出後才成形，業(yè)界早已有相同的作法，且已著手研發(fā)多年，不過(guò)德國(guó)正式提出後，這些概念進(jìn)一步受到其她國(guó)家政府與業(yè)界的重視，加速了相關(guān)概念的落實(shí)，李乾瑋認(rèn)為這是好事一樁。

圖3 : 施耐德電機(jī)工業(yè)暨機(jī)械自動(dòng)化事業(yè)部行銷經(jīng)理李乾瑋表示，現(xiàn)在的工廠系統(tǒng)已非單一廠商能獨(dú)占有設(shè)備，因此不同廠商的設(shè)備整合成為必須。(攝影／阿杰)

除了硬體外，李乾瑋指出，軟體也會(huì)是未來(lái)智慧工廠的重點(diǎn)，其重要性甚至將遠(yuǎn)超硬體，臺(tái)灣產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)年以硬體為重，軟體的布局相對(duì)較少，但就目前發(fā)展來(lái)看，硬體技術(shù)已走到成熟期，廠商間彼此的水準(zhǔn)相差有限，而系統(tǒng)的加值必須倚靠軟體，因此他認(rèn)為未來(lái)製造系統(tǒng)領(lǐng)域的市場(chǎng)決勝點(diǎn)會(huì)是在軟體，他同時(shí)也指出，無(wú)論是硬體或軟體，開(kāi)放性都會(huì)是未來(lái)工廠的的必然趨勢(shì)，現(xiàn)在的工廠系統(tǒng)已非單一廠商能獨(dú)占有設(shè)備，因此不同廠商的設(shè)備整合成為必須，開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)將有效降低整合難度，提昇系統(tǒng)效益。

異系統(tǒng)的整合外，蔡奇男和李乾瑋都認(rèn)為，軟硬體的虛實(shí)整合也會(huì)是智慧工廠未來(lái)的重要趨勢(shì)，像是美國(guó)產(chǎn)業(yè)有所謂的Cyber Physical System概念，也就是實(shí)際的物品在設(shè)計(jì)端，就先在軟體系統(tǒng)上以非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪Ｊ接?jì)算、模擬出來(lái)，此一方式可以大量減少執(zhí)行時(shí)容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤成本，工業(yè)4.0也有類似概念，在東西還沒(méi)製造出來(lái)時(shí)，就能先瞭解成品與製程樣貌。

自動(dòng)化系統(tǒng)必須附加在某個(gè)技術(shù)上，促使此技術(shù)改善品質(zhì)、提昇效率，因此自動(dòng)化技術(shù)所產(chǎn)生的價(jià)值，容易被看見(jiàn)、計(jì)算。

由此來(lái)看，智慧工廠與ICT技術(shù)整合已成趨勢(shì)，智慧化系統(tǒng)的4個(gè)步驟－感測(cè)、運(yùn)算處理、邏輯推理判斷、反應(yīng)，目前的研究多與ICT技術(shù)有關(guān)，例如在感測(cè)方面，就將會(huì)與近來(lái)相當(dāng)火紅的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，未來(lái)製造系統(tǒng)中，每個(gè)物件都會(huì)內(nèi)建感測(cè)器，紀(jì)錄設(shè)備狀況後，再將訊息回報(bào)給使用者，目前已有機(jī)械廠商將感測(cè)器建入線性滑軌、主軸中，其他這些全球領(lǐng)導(dǎo)廠商也都已有相關(guān)作法。

根據(jù)研究機(jī)構(gòu)麥肯錫的估計(jì)，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)成型後，未來(lái)會(huì)有超過(guò)500億個(gè)感測(cè)器相連，若預(yù)測(cè)成真，未來(lái)系統(tǒng)即時(shí)處理隨之而來(lái)的海量資訊，未來(lái)感測(cè)、運(yùn)算、邏輯推演三步驟層層串連，將會(huì)具體呈現(xiàn)在最終的反應(yīng)端，進(jìn)而形成完整的智慧工廠樣貌。