少子化、缺工導(dǎo)致人力短缺，加上重視食安、疫情零接觸推波助瀾，傳統(tǒng)食品製造業(yè)近年來(lái)也加快自動(dòng)化腳步，藉此降低通膨與人力造成的成本壓力，進(jìn)一步透過自動(dòng)化提高產(chǎn)能與效率。

從原料進(jìn)貨到終端產(chǎn)品出貨的完整食品加工製程中，涉及原物料、加工技術(shù)與設(shè)備等各項(xiàng)變數(shù)。傳統(tǒng)食品加工流程受限於部分原料處理、加工程序及產(chǎn)品包裝等因素，不一定能夠採(cǎi)取全製程自動(dòng)化生產(chǎn)，因此，食品業(yè)者的自動(dòng)化與數(shù)位化腳步快慢不一。

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智慧（AI）、機(jī)械學(xué)習(xí)(ML)與機(jī)器人等科技快速發(fā)展，越來(lái)越多大型食品製造業(yè)者帶頭導(dǎo)入智慧化生產(chǎn)，利用機(jī)器視覺系統(tǒng)、AI機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)優(yōu)化產(chǎn)線，提高品質(zhì)與效率，同時(shí)滿足消費(fèi)者對(duì)食安的高標(biāo)要求。

食品業(yè)不同調(diào) 自動(dòng)化與數(shù)位化進(jìn)度有落差

事實(shí)上，當(dāng)食品製程改變，不僅生產(chǎn)力得以提升，也能有效降低原物料等耗損。臺(tái)灣食品龍頭廠大成集團(tuán)斥資24億元於嘉義馬稠後產(chǎn)業(yè)園區(qū)興建的全新食品工廠堪稱全臺(tái)最大的單一食品廠，已於2022年12月啟用，透過高科技、自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)安心食品，每月產(chǎn)量達(dá)3,000噸，預(yù)估每年可挹注50億元產(chǎn)值。這座加工廠的食品安全及品質(zhì)衛(wèi)生均符合工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用製造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)及SAP雲(yún)端管理，採(cǎi)用高效益連續(xù)式生產(chǎn)設(shè)備，自動(dòng)化產(chǎn)線分為分切線、浸漬線、預(yù)炸線、全熟線、雞精蒸煮線及包裝線等，自動(dòng)化與智慧化兼?zhèn)洹?/span>

圖1 : 大成於嘉義馬稠後產(chǎn)業(yè)園區(qū)興建的全新食品工廠於2022年12月啟用。(source：大成官網(wǎng))

智慧化生產(chǎn)是大勢(shì)所趨，食品業(yè)者在轉(zhuǎn)型或升級(jí)過程中須掌握三大重點(diǎn)：資料取得、數(shù)據(jù)分析與自動(dòng)化生產(chǎn)。如結(jié)合雲(yún)端、AI、大數(shù)據(jù)、資料庫(kù)等技術(shù)，可以有效管理生產(chǎn)流程；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）則可以透過感測(cè)器蒐集更多數(shù)據(jù)與資訊，連接機(jī)器與系統(tǒng)；機(jī)器學(xué)習(xí)與智慧商業(yè)系統(tǒng)可以進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，提供各類管理解決方案，甚至提供維修或警告，預(yù)測(cè)運(yùn)營(yíng)過程中的各種風(fēng)險(xiǎn)；智慧工廠中的系統(tǒng)、機(jī)器和裝置相互連結(jié)，可以持續(xù)監(jiān)控及優(yōu)化工作流程。

此外，數(shù)位分身(Digital Twin)技術(shù)可以透過機(jī)器或系統(tǒng)虛擬方式重置或在現(xiàn)有系統(tǒng)中測(cè)試相容性，避免直接在實(shí)體環(huán)境運(yùn)作可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)或資源浪費(fèi)；3D列印技術(shù)可以透過智慧化隨選製造或虛擬庫(kù)存，降低庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)及浪費(fèi)；虛擬實(shí)境（VR）與擴(kuò)增實(shí)境（AR）等技術(shù)可以將環(huán)境狀況、流程狀態(tài)、組裝錯(cuò)誤資料、庫(kù)存量、利用率及產(chǎn)出量等各項(xiàng)指標(biāo)整合成一個(gè)情境樣式；區(qū)塊鏈可以運(yùn)用在供應(yīng)鏈中，用來(lái)追蹤合約、供應(yīng)量、供應(yīng)鏈流程等環(huán)節(jié)，管理企業(yè)內(nèi)互連資產(chǎn)和機(jī)器存取內(nèi)容，保護(hù)系統(tǒng)安全並確保裝置記錄的正確性。

RFID電子紙標(biāo)籤的自動(dòng)化應(yīng)用

雖然少數(shù)大型業(yè)者的自動(dòng)化與智慧化腳步快，食品加工與包裝自動(dòng)化領(lǐng)域中的多數(shù)業(yè)者離前述各項(xiàng)智慧化技術(shù)的應(yīng)用仍有段距離，較為普及的應(yīng)用包含RFID電子紙標(biāo)籤、包裝自動(dòng)化及機(jī)器人應(yīng)用。

無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)(RFID)電子標(biāo)籤是可重複使用、可編程與可使用在無(wú)線通訊領(lǐng)域的智能標(biāo)籤，可以清楚顯示商品價(jià)格、庫(kù)存、有效期限等訊息，並能透過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)即時(shí)更新數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)(IoT)普及、電子商務(wù)加速佈局、醫(yī)療成本增加、智慧城市崛起及新冠肺炎疫情(COVID-19)爆發(fā)都是促使RFID電子標(biāo)籤快速成長(zhǎng)的催化劑。全球多家大型零售企業(yè)早已使用電子標(biāo)籤技術(shù)，如沃爾瑪(Walmart)、亞馬遜(Amazon)等。如今，RFID技術(shù)已被廣泛應(yīng)用於零售、物流、製造、醫(yī)療保健、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

研調(diào)機(jī)構(gòu)GII(Global Information)數(shù)據(jù)顯示，全球RFID標(biāo)籤市場(chǎng)自2015年以來(lái)以5.3%的年複合成長(zhǎng)率持續(xù)攀升，2020年至2025年的年複合成長(zhǎng)率達(dá)8.8%，2025年市場(chǎng)規(guī)模約為135.69億美元，預(yù)計(jì)未來(lái)5年內(nèi)年複合成長(zhǎng)率將達(dá)12.6%，2030年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)201.895億美元。以地區(qū)來(lái)看，北美的RFID占比最高，約占全球市場(chǎng)總量的三分之一以上。至於全球RFID的代表業(yè)者主要為IBM Corporation、Zebra Technologies和Hewlett-Packard。

RFID（Radio Frequency Identification）無(wú)線通訊技術(shù)包含讀取器、電子標(biāo)籤與後端應(yīng)用系統(tǒng)等三部分，運(yùn)作原理是透過讀取器辨識(shí)標(biāo)籤晶片中所儲(chǔ)存的識(shí)別碼等資訊，當(dāng)讀取器接收到無(wú)線信號(hào)時(shí)，晶片會(huì)回傳內(nèi)部?jī)?chǔ)存資訊，完成識(shí)別、追蹤與管理。

基本上，10公尺左右的傳輸距離內(nèi)，RFID多能發(fā)揮極佳的穿透性、可重複使用等特點(diǎn)，由於讀取範(fàn)圍和角度寬廣，即使標(biāo)籤遭到物理性遮蔽，還是能遠(yuǎn)距讀取資訊，便利、省時(shí)，而且節(jié)省人力。隨著技術(shù)演進(jìn)，RFID已經(jīng)可以使用高階晶片，提高安全機(jī)制，並擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景。另一方面，電子標(biāo)籤可重複使用，壽命長(zhǎng)，無(wú)需額外電源，更加環(huán)保節(jié)能，在全球邁向無(wú)紙化、智慧製造與燈塔工廠等趨勢(shì)下，RFID未來(lái)的市場(chǎng)需求量勢(shì)必持續(xù)攀升。

食品智能包裝與電子標(biāo)籤的應(yīng)用

除了電子標(biāo)籤，食品智能包裝也逐漸受到重視，相關(guān)技術(shù)包含感測(cè)器(Sensor)、指示標(biāo)籤(Indicator)與RFID。常見的食品智能包裝技術(shù)以Indicator為多，以小標(biāo)籤、顏色變化技術(shù)為主。食品領(lǐng)域中以時(shí)間-溫度指示標(biāo)籤(Time-Temperature Indicator)為多，不透過接受器和轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換訊號(hào)，而是以肉眼直接判讀結(jié)果，一般用來(lái)監(jiān)控運(yùn)送及貯存過程中溫度與時(shí)間變化對(duì)食品的影響，如蔬果新鮮度指示標(biāo)籤、酸鹼度變化標(biāo)籤等。

也有Indicator結(jié)合感測(cè)器檢測(cè)技術(shù)，但這類微生物檢測(cè)標(biāo)籤受到製作成本、生產(chǎn)意願(yuàn)、消費(fèi)者接受度、國(guó)情法規(guī)等因素影響，實(shí)際應(yīng)用較不普遍，一般商品化食品包裝電子標(biāo)籤以簡(jiǎn)單、快速、安全、單一、定性、定量、低成本、合規(guī)為訴求。

從消費(fèi)者角度來(lái)看，在選購(gòu)食品時(shí)通常必須仰賴包裝上的標(biāo)籤進(jìn)一步了解材料、營(yíng)養(yǎng)成份、食用方法、保存期限等資訊，如果標(biāo)籤可讀性欠佳、字體太小、印刷不良或字體、顏色與對(duì)比度不足，可能導(dǎo)致誤食過敏材料或挑選到過期產(chǎn)品。因此，有業(yè)者提供人工智能貼標(biāo)解決方案，不論是標(biāo)籤供應(yīng)、列印標(biāo)籤、機(jī)械貼標(biāo)等工序都能達(dá)到高速、高效、高品質(zhì)等要求，如冷凍食品標(biāo)籤貼紙力求耐低溫、防水，並配合冷藏包裝等需求；標(biāo)籤印刷品質(zhì)與耐用度提高，加強(qiáng)耐磨度以及防掉色設(shè)計(jì)；貼標(biāo)過程採(cǎi)用機(jī)械手臂高速運(yùn)作，提高精準(zhǔn)度，以防錯(cuò)貼或漏貼。

如Rockwell Automation自動(dòng)化包裝即強(qiáng)調(diào)靈活、可擴(kuò)充包裝機(jī)械技術(shù)，透過iTRAKR 智慧追蹤系統(tǒng)模組化、可擴(kuò)充線性馬達(dá)系統(tǒng)，個(gè)別控制多個(gè)直線或曲線移動(dòng)元件，以簡(jiǎn)單有效的軟體設(shè)定檔取代硬體，有效提升50%以上的生產(chǎn)速率，同時(shí)縮短換模停機(jī)時(shí)間，降低定期維護(hù)頻率，有效降低食品業(yè)者部署製造設(shè)備的整體成本。

圖2 : Rockwell Automation的iTRAK 智慧追蹤系統(tǒng)。(source：Rockwell Automation)

協(xié)作型機(jī)器人也加入食品機(jī)械行業(yè)

過去，機(jī)械人智慧化技術(shù)應(yīng)用在食品製程中主要以搬運(yùn)重物為主，取代人工於高溫、高熱、潮濕等環(huán)境中作業(yè)，或者取代重複性高的工作內(nèi)容。食品產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線上的機(jī)器人多應(yīng)用於瑕疵品剔除、包裝與裝箱等工作，也有食品業(yè)者導(dǎo)入自動(dòng)搬運(yùn)車、機(jī)械手臂等自動(dòng)化流程。

近年來(lái)，隨著協(xié)作型機(jī)器人逐步接手前述人力，業(yè)者更有機(jī)會(huì)導(dǎo)入智慧化機(jī)器人應(yīng)用。以食品業(yè)來(lái)說，溫度要求可能非常極端，不是極高溫就是極低溫，這樣的工作環(huán)境對(duì)於協(xié)作型機(jī)器人來(lái)說完全不受影響；需要在無(wú)塵室認(rèn)證環(huán)境下工作的協(xié)作型機(jī)器人能輕鬆符合嚴(yán)格的衛(wèi)生與環(huán)境要求；協(xié)作型機(jī)器人可以提高製程的準(zhǔn)確度，減少自動(dòng)取放過程中所造成的浪費(fèi)，甚至在關(guān)燈情況下仍能輕鬆執(zhí)行任務(wù)；高度重複性工作是協(xié)作型機(jī)器人的強(qiáng)項(xiàng)之一，可以24小時(shí)全年無(wú)休；搭配3D測(cè)量或測(cè)試功能的協(xié)作型機(jī)器人能識(shí)別故障零件，減少浪費(fèi)；體積小的機(jī)器手臂適合在有限空間內(nèi)執(zhí)行各類操作與加工。

丹麥商優(yōu)傲科技(Universal Robots)就利用協(xié)作型機(jī)器人為北歐的食品製造商Atria Scandinavia解決難題。Atria Scandinavia每天需處理橄欖、番茄乾、大蒜和其他特定食品的包裝、貼標(biāo)籤及裝載作業(yè)，停機(jī)時(shí)間自然是越短越好，如此才能協(xié)助公司以更具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格提供新鮮食品。2臺(tái)UR5和1臺(tái)UR10協(xié)作型機(jī)器人僅需20分鐘就解決了Atria Scandinavia原來(lái)需花費(fèi)6個(gè)小時(shí)才能完成的工作內(nèi)容，包裝部門的材料使用也獲得優(yōu)化，減少了25%的材料浪費(fèi)，至於投資在協(xié)作型機(jī)器人的成本則不到一年就回收。

圖3 : UR20是優(yōu)傲科技旗下首款新世代協(xié)作型機(jī)器人。(source：Universal Robots)

德商庫(kù)卡(KUKA)的KR AGILUS機(jī)型屬於緊湊式六臂機(jī)器人，可直接接觸食品和藥物，適用於淨(jìng)室、爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，而且防濺水，耐腐蝕表面、食品級(jí)潤(rùn)滑油和不銹鋼零件均符合最高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，適合應(yīng)用於無(wú)菌環(huán)境等使用情境。KR DELTA衛(wèi)生設(shè)計(jì)機(jī)器人則符合衛(wèi)生機(jī)器規(guī)格，適用於快速揀放應(yīng)用場(chǎng)景，如食品、製藥和電子等產(chǎn)業(yè)，由於具備IP 67防護(hù)等級(jí)，可防塵、防水，在高壓下也能使用鹼性或酸性清潔劑執(zhí)行工作。

圖4 : KR DELTA衛(wèi)生設(shè)計(jì)機(jī)器人適用於食品產(chǎn)業(yè)中的高速揀放作業(yè)。(source：KUKA)

轉(zhuǎn)型與升級(jí)不進(jìn)則退 循序漸進(jìn)找良策

研調(diào)機(jī)構(gòu)Grand View Research預(yù)估，2028年全球工業(yè)自動(dòng)化及控制系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)2,899億美元，年複合成長(zhǎng)率達(dá)8.9%；麥肯錫(McKinsey & Company)評(píng)估，廠房在設(shè)備上若能使用感測(cè)器或完整佈建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)，能有效降低10-15%的維護(hù)成本。不過，仍有許多業(yè)者無(wú)法將自動(dòng)化技術(shù)規(guī)?；?，或者擴(kuò)充至整條產(chǎn)線，離工業(yè)4.0或智慧製造門檻仍有一大段距離。

研華智誠(chéng)觀察，臺(tái)灣食品工廠中小型企業(yè)為主，生產(chǎn)與管理流程數(shù)位化程度較低，工廠數(shù)位布局的步調(diào)緩慢，因此容易出現(xiàn)生產(chǎn)效率降低、品質(zhì)不易掌控，甚至減產(chǎn)仍無(wú)法順利出貨的窘境。

建議想要數(shù)位轉(zhuǎn)型的食品製造業(yè)者從導(dǎo)入數(shù)位化檢核表單做起，有助企業(yè)完整記錄生產(chǎn)流程，透過大數(shù)據(jù)蒐集的系統(tǒng)化資料進(jìn)行異常預(yù)測(cè)與流程管理優(yōu)化，可以確保產(chǎn)品良率穩(wěn)定，並減少資源耗損。小美冰淇淋即透過食品工廠智慧化系統(tǒng)改造，搭上物聯(lián)網(wǎng)風(fēng)潮，大量減少耗能成本，透過產(chǎn)線偵測(cè)與遠(yuǎn)端監(jiān)控?cái)?shù)位轉(zhuǎn)型工具讓數(shù)據(jù)可即時(shí)呈現(xiàn)，記錄於可視化報(bào)表，大幅優(yōu)化產(chǎn)線流程。

跨入工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程，才能有效提高營(yíng)運(yùn)與資源效能，降低碳排量，也能逐步朝智慧製造、燈塔工廠及ESG等目標(biāo)邁進(jìn)。不過，數(shù)位轉(zhuǎn)型或智慧化升級(jí)除了導(dǎo)入新技術(shù)，更應(yīng)該思考企業(yè)轉(zhuǎn)型的價(jià)值為何，之後擬定策略緩步前行，不一定要在短時(shí)間內(nèi)一步到位，卻忌裹足不前。