工業(yè)4.0帶起的智慧製造浪潮，席捲了這幾年的製造業(yè)，國內(nèi)外自動化設(shè)備廠商也紛紛積極布局，經(jīng)過過去幾年各設(shè)備廠商的市場教育，2017年整體市場開始有啟動跡象，就有臺灣工業(yè)電腦廠商指出，之前的製造設(shè)備銷售多是從現(xiàn)場的設(shè)備工程師與採購著手，由基層往上審核，但從2017年開始有一些案例是決策階層直接交辦廠方導(dǎo)入智慧製造系統(tǒng)，由此可以看出，智慧化概念雖未普及，但的確已開始有動靜。

智慧化製造案例不斷

就之前幾年的發(fā)展來看，目前已有多家廠商導(dǎo)入工業(yè)4.0系統(tǒng)，成為業(yè)界的示範(fàn)案例，在所有案例中，西門子的Amberg廠房應(yīng)該是最為人熟悉，Amberg工廠中，工具機廠中每條生產(chǎn)線上的控制器，通過產(chǎn)品代碼控制它們自身的製造過程，告知生產(chǎn)設(shè)備它們的要求及下一步工序，產(chǎn)品與生產(chǎn)設(shè)備的密切通訊使產(chǎn)線上的每臺控制器都不一樣。

圖1 : 西門子的Amberg工業(yè)4.0工廠採用該公司的智慧化製造系統(tǒng)，成為全球知名的智慧工廠示範(fàn)案例。（Source:Siemens）

在汽車領(lǐng)域，也已經(jīng)有廠商建置智慧化系統(tǒng)，汽車製造的自動化程度向來位於市場領(lǐng)先群，智慧化系統(tǒng)的導(dǎo)入速度也較其他產(chǎn)業(yè)更快，汽車製造多採用混線生產(chǎn)，也就是每條產(chǎn)線不會只生產(chǎn)同一車款、顏色的產(chǎn)品，現(xiàn)在BMW更導(dǎo)入客製化生產(chǎn)概念，其生產(chǎn)線的彈性製造能力已經(jīng)到可以讓顧客在車子進入生產(chǎn)線的6天前，就可要求變更設(shè)計與配備的程度，因而同一條產(chǎn)線出廠的汽車，沒有任何一輛是完全一模一樣；且同一條產(chǎn)線可在不需要停止運作的情況下，隨時加入不同車款的生產(chǎn)。

相同的客製化模式也在製鞋業(yè)和服飾業(yè)發(fā)生，愛迪達就以3D列印個人鞋款，透過大量客製化提升產(chǎn)品附加價值，並從「大量客製化」到「個性化」，採用3D列印技術(shù)生產(chǎn)運動鞋，未來顧客只要走進愛迪達的門市，在跑步機上跑幾步，愛迪達就能快速獲取足部特徵及各項數(shù)據(jù)，為顧客打造一雙量身定做的運動鞋，大陸青島紅領(lǐng)的C2M，則是服飾業(yè)的智慧製造代表，紅領(lǐng)集團建立了個性化設(shè)計的服裝數(shù)據(jù)庫，並透過數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧工廠，提供客戶平價、快速可取得的個性化服飾，大陸工廠從以往的B2C模式走向C2B／C2M模式，建立客戶可自行挑選產(chǎn)品部件的個性化生產(chǎn)資料數(shù)據(jù)庫、或精準(zhǔn)對接供需方需求的平臺，進行以客戶需求為起點的少量多樣生產(chǎn)。

CPS解決客製化難題

從上面的幾個案例，可以看出未來製造業(yè)的重要發(fā)展趨勢，首先是消費性產(chǎn)品已逐漸走向一定程度的客製化製造，顧客對產(chǎn)品的主導(dǎo)性增加，造成需求導(dǎo)向（demand driven）的生產(chǎn)方式興起，少量多樣以及客製化的產(chǎn)品發(fā)展成為趨勢，多數(shù)研發(fā)機構(gòu)都認(rèn)為，此一趨勢的速度將會加快，未來商品種類式樣繁多，但傳統(tǒng)的製造方式恐怕已無法應(yīng)付如此多樣化的需求，而智慧製造講求產(chǎn)業(yè)縱橫向乃至於整個生態(tài)系統(tǒng)的整合，因而不再是單向模式的製造，而是透過上下串連整個供應(yīng)鏈來藉此提升效率，並藉由虛實整合優(yōu)化企業(yè)運作，解決以往客製化所遭遇的複雜度提高問題，同時進一步縮短交期。

客製化製程的系統(tǒng)需求在於靈活、易於即時調(diào)整的高彈性特色，工業(yè)4.0應(yīng)用的CPS（Cyber-Physical System, 網(wǎng)宇實體系統(tǒng)）的特點，透過裝置感測器取得各種數(shù)據(jù)；再連結(jié)網(wǎng)路，使設(shè)備、產(chǎn)品與人可互通訊息；進一步分析遠端或近端的數(shù)據(jù)，使在地的操作單元更加靈活自主，CPS 的概念同時也應(yīng)用於模組化設(shè)計的生產(chǎn)設(shè)備，使得生產(chǎn)線的可重構(gòu)性大為提高，自主性與易重構(gòu)性形成靈活且可即時回應(yīng)的製造系統(tǒng)，正是轉(zhuǎn)型為大量客製化所必須的條件。

另一個趨勢則是整體製造環(huán)境將邁向以人為本的思考方向，以歐美大廠為例，現(xiàn)在早已不再只是研究於怎麼開發(fā)成無人工廠，反而更聚焦於人跟機器間該如何互動與搭配才能有效提升效率，在未來的工廠中，工業(yè)機器人將會扮演重要角色，設(shè)置於產(chǎn)線中的機械手臂，與作業(yè)人員共工的機率相當(dāng)高，因此如何避免人員為機械所傷，就成為重要設(shè)計。

人機共工需強化安全設(shè)計

圖2 : 人與工業(yè)機器人共工將會是製造現(xiàn)場的未來樣貌，其設(shè)計必須在效率與安全中取的平衡。（Source：GTSPIRIT）

目前的機械手臂發(fā)展可分為線性手臂、SCARA手臂、關(guān)節(jié)多軸機械手臂等，其應(yīng)用各有不同，線性手臂與SCARA手臂多用於體積較小、重量較輕的零組件組裝，關(guān)節(jié)式多軸手臂則有依其設(shè)計，分為小、中、大、重型等4種區(qū)別，20kg以下為小型、20kg～60kg為中型、60kg～300kg為大型、300kg以上為大型，由於關(guān)節(jié)式多軸機械手臂的抓取物有一定重量，且產(chǎn)線效率要求下，動作速度都相當(dāng)快，重力加速度所產(chǎn)生質(zhì)量相當(dāng)大，若與人體發(fā)生碰撞，極容易受傷，因此中、大、重型關(guān)節(jié)是多軸機械手臂，都會使用圍籬作業(yè)人員區(qū)隔，避免發(fā)生碰撞。

目前機器手臂圍籬可分為實體與光柵兩種，實體圍籬以金屬製成隔板或網(wǎng)狀，阻絕人、物的進入，光柵顧名思義就是以光線隔絕，這兩類架構(gòu)都會與機械手臂鏈接，若有人強行進入，機械手臂會即時停止動作，以防誤傷人體。

現(xiàn)在機械手臂的安全設(shè)計考量，除了確保正常操作的安全外，不正常操作時的安全也需納入，因為傷害多為不正常操作，像是之前臺灣南部曾經(jīng)發(fā)生機械手臂動作後，工作人員才發(fā)現(xiàn)抹布掛在上面，情急之下進入拿取結(jié)果受傷，不管是正常操作或不正常操作，機械手臂在動作時都必須要有一定的標(biāo)準(zhǔn)化流程，才能確保安全，至於非正常操作的安全設(shè)計，這必須由設(shè)備內(nèi)部設(shè)計著手，內(nèi)部設(shè)計包括「安全迴路」與「安全元件」的建構(gòu)，這類安全設(shè)計與過去設(shè)備的思維不同，以往的設(shè)計思維是當(dāng)機械手臂出現(xiàn)異常後，立刻出警報，通知前端有異常發(fā)生，安全迴路與安全元件的作法，則是機械手臂在動作時，迴路會隨時間手臂狀態(tài)。

除了客製化生產(chǎn)與人機共工之外，智慧製造還有多種新趨勢，AI就是其一，不過AI在智慧製造系統(tǒng)的導(dǎo)入排程屬於最後階段，必須在所有基礎(chǔ)建置都完備後才會導(dǎo)入，就目前看來，前眠所敘的兩大趨勢，是製造業(yè)近期將會發(fā)生的趨勢，臺灣經(jīng)濟向來倚賴外銷出口，必須面對來自全球的競爭，在智慧化浪潮下，各國廠商的動作都已加速進行，臺灣廠商也必須積極面對此一趨勢，以確保本身競爭力。

**刊頭圖片（Source: MHI Solutions）