智慧化方案：工業(yè)4.0智慧制造安控新思維

　　工業(yè)4.0在近兩年備受矚目，是由于其概念在于推動制造業(yè)的變革，帶動工業(yè)升級，提高就業(yè)率，在全球持續(xù)不景氣的情況下，正好有利于國家的經(jīng)濟發(fā)展、結(jié)構(gòu)調(diào)整，而這也為臺灣的安控產(chǎn)業(yè)帶來可能的機會。

　　工業(yè)4.0是德國政府所提出的高科技戰(zhàn)略計畫，以虛實整合系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem，CPS)為核心技術(shù)，以智慧工廠(SmartFactory)為主要精髓，及物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)的應(yīng)用上，目的是為提高德國制造業(yè)在全球競爭下的工業(yè)競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機。

　　德國專注于創(chuàng)新工業(yè)科技產(chǎn)品的研發(fā)制造，有強大的設(shè)備和車間制造工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)管理過程，在嵌入式系統(tǒng)及自動化工程方面也有專業(yè)技術(shù)，奠定德國在工業(yè)制造上的領(lǐng)導(dǎo)地位。在工業(yè)4.0時代，未來制造業(yè)的商業(yè)模式將以解決客戶問題為主，讓生產(chǎn)過程更智能化與彈性化，縮短生產(chǎn)流程，透過生產(chǎn)自動化、數(shù)字化來達到工業(yè)4.0的雛形。

　　受德國4.0帶來的利多，放眼全球，美國、日本、中國都在積極追趕。根據(jù)經(jīng)濟部工業(yè)局數(shù)據(jù)顯示，美國在2011年投資22億美元發(fā)展先進制造伙伴計劃(AMP)，藉由伙伴聯(lián)盟共享設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施，積極引導(dǎo)讓愈來愈多的外移企業(yè)回流至美國生產(chǎn)，重新取得制造業(yè)領(lǐng)先地位。日本的產(chǎn)品制造產(chǎn)業(yè)振興計劃，利用融合機器人技術(shù)，發(fā)展人機共存的未來工廠，提升產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率及附加價值。中國的中國制造2025計劃，推行信息化、工業(yè)化，智慧轉(zhuǎn)型、綠色發(fā)展，欲使中國制造業(yè)從價值鏈底端升級至高端水平，從工業(yè)大國躍升工業(yè)強國。

　　全世界都在談未來制造，臺灣面臨這波改革浪潮，在先進國家與新興國家上下夾擊之壓力，政府推出生產(chǎn)力4.0的發(fā)展政策，結(jié)合精密機械、資通訊及管理技術(shù)的基礎(chǔ)，推動生產(chǎn)力4.0。其中在制造業(yè)方面，將以智能自動化為底，結(jié)合虛實整合系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能機器人及大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，建構(gòu)生產(chǎn)力4.0的創(chuàng)新營運模式，透過復(fù)制擴散，逐步帶動中小企業(yè)升級。

　　由生產(chǎn)力4.0衍生出的智能工廠，與政府積極推動的智慧城市理念相輔相成，在政府對智慧城市的愿景之下，要做到智慧感測設(shè)備將城市公共設(shè)施物聯(lián)成網(wǎng)，與因特網(wǎng)系統(tǒng)完全融合，企業(yè)、政府必須積極投入智慧基礎(chǔ)設(shè)施，工廠智慧化的提升勢在必行。

　　國內(nèi)工廠現(xiàn)況：仍處于2.0升3.0

　　雖然現(xiàn)在工業(yè)4.0正夯，口號也喊得很熱，但其實大部分工廠仍停留在最基本的2.0階段，唯有先替其提升到3.0的狀態(tài)，體質(zhì)改變后、自動化完全數(shù)據(jù)化后，才有可能考慮是否有工業(yè)4.0的機會。

　　盟立自動化副處長王淑華指出，在為工廠導(dǎo)入智慧化設(shè)備時，發(fā)現(xiàn)許多傳統(tǒng)廠房設(shè)備有過于老舊的問題，無法做訊息的溝通，這也是過去在人工處理數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的分析結(jié)果上有一段落差的主因。因此，工廠要迎向工業(yè)4.0，必須先具備生產(chǎn)自動化的條件，再將工廠內(nèi)的設(shè)備提升到信息自動化階段，或是為其加裝傳感器(Sensor)，以便訊息的交換。從2.0進階到3.0以后，才算握有跨進4.0第一步的入場券。

　　根據(jù)晟?？萍伎偨?jīng)理羅福枝的說法，以他所接觸的加工制造案場來說，的確有許多工廠仍維持2.0狀態(tài)，部分業(yè)者亦不懂工業(yè)4.0的概念，他認為要先將整體進階到3.0，才能去談4.0的可能性。工廠之所以導(dǎo)入自動化設(shè)備，目的在于減少人力、降低支出，現(xiàn)今自動化設(shè)備已多有Sensor，但若想讓工廠智慧化一步到位，要怎么運用這些Sensor和大數(shù)據(jù)是很重要的課題。

　　現(xiàn)在大多數(shù)的業(yè)主皆認為導(dǎo)入物聯(lián)網(wǎng)就是朝向4.0，盟立自動化協(xié)理蔡育才表示，Sensor導(dǎo)入只是做到收集數(shù)據(jù)的功能，沒人可保證這些數(shù)據(jù)能產(chǎn)生什么效益，必須再經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后，才知道工廠要做什么改變，能產(chǎn)生什么樣的利潤與商機。工業(yè)4.0的概念，通常以新廠導(dǎo)入較為容易，因為對舊廠而言，在既有設(shè)備上做升級是一筆額外支出，投資意愿明顯不高。

　　盟立自動化經(jīng)理向德成補充，有部分業(yè)主會導(dǎo)入工業(yè)4.0是因為有危機感，例如需大量生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)或是全球前幾大公司，為確保自身競爭力，就愿意導(dǎo)入這樣的設(shè)備，像環(huán)境監(jiān)控、人機協(xié)作，目的是提高生產(chǎn)，解決生產(chǎn)良率問題;還可運用在維護保養(yǎng)上，設(shè)備加入數(shù)據(jù)分析功能，分析是否在零件損壞前就先行提醒更換，抑或壞掉后再換，判斷哪一種較能降低成本;另外如食品工廠會運用影像技術(shù)，預(yù)防人員操作問題，監(jiān)測其是否符合安全條件，減少食品安全的風險。

　　工廠在智慧化的呈現(xiàn)

　　因此，以工業(yè)4.0來說，環(huán)境監(jiān)控與安全監(jiān)控是其中一個重要范疇，攝影機的監(jiān)控除了掌控人員入侵問題外，還能在生產(chǎn)制造過程中，提供重要的數(shù)據(jù)收集，如透過攝影機判斷哪些生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生問題，進而改善生產(chǎn)質(zhì)量等。日本談的工業(yè)4.0是人機協(xié)同合作，當人跟機器同時運作，就需要很多監(jiān)視設(shè)備去確定該運作方式不會對人造成危害或影響。另外，廠內(nèi)的空氣、溫濕度、微粒(particle)等亦是監(jiān)測重點，比如無塵室中需監(jiān)測微粒濃度以控制良率，因此在自動化過程中結(jié)合無人搬運車(AutomatedGuidedVehicle,AGV)，在循環(huán)過程中將偵測內(nèi)容做實時分析。蔡育才指稱，現(xiàn)在談環(huán)境監(jiān)控，已不僅是狹義的門禁、電子圍籬，而是衍生為一種生產(chǎn)設(shè)備運作的校準、監(jiān)視甚至管控機制。

　　臺塑網(wǎng)軟體開發(fā)處系統(tǒng)分析師郭沛恩直接點明，工廠智慧化的重點在于智能制造(IntelligentManufacturing)，智能制造的目標，簡單來說，即是將人工智能融入制造過程的環(huán)節(jié)中，透過智慧機器與人所共同組成的“人機一體化”系統(tǒng)，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，甚至在制程中整合設(shè)計、加工、控制及管理等過程，取代人類在制造過程中的部分勞動與腦力，以適應(yīng)外界或內(nèi)部的變化環(huán)境。

　　回歸到制造業(yè)本質(zhì)，生產(chǎn)要素是否能做優(yōu)化的利用，從制造環(huán)節(jié)去重新檢視整個生產(chǎn)環(huán)境，包括原料管控與流程，讓用戶全盤掌握制程，并透過系統(tǒng)平臺的分析運算能力，建立設(shè)備信息及反饋的數(shù)據(jù)庫，而不一定要達到全面性的工廠智慧化。金融業(yè)、服務(wù)業(yè)、媒體業(yè)都在不斷更新，如果制造業(yè)可以有一套系統(tǒng)讓用戶的產(chǎn)業(yè)價值鏈有效提升，那么，它已經(jīng)開始走向智慧化的道路。

　　工廠智慧化進程：環(huán)控、環(huán)安、中控

　　研華臺灣區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理謝明道提出工廠若想要智慧化，需經(jīng)過環(huán)安─環(huán)控─中控(CMS)的歷程。物聯(lián)網(wǎng)時代改變了環(huán)境監(jiān)控的樣貌，為環(huán)境監(jiān)控帶來重大改變，從個別設(shè)備的數(shù)據(jù)分析，演變成彼此可串聯(lián)互通，透過大量傳感器進行數(shù)據(jù)采集，并將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機可讀取的訊號，這些訊息變成具有價值的信息，用來作為分析判斷的基礎(chǔ)。環(huán)境監(jiān)控的范圍擴大，便得了解廠房安全的風險特征，尤其廠房內(nèi)使用特殊性氣體及化學品的種類繁多，如何從源頭為生產(chǎn)環(huán)境安全把關(guān)，成為生產(chǎn)業(yè)界追求的目標。

　　有了環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)安全的概念應(yīng)用后，需要倚靠“中央監(jiān)控系統(tǒng)”，將電力、空調(diào)、照明、消防、門禁、CCTV等所有監(jiān)控系統(tǒng)集中到一個區(qū)域，實行統(tǒng)一管理，發(fā)揮群體整合控制之綜效，中央監(jiān)控就像是人體的大腦與神經(jīng)回路，掌控工廠的內(nèi)外機具設(shè)備和人員狀況，終至落實智能維運、智能制造的目的。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)若能及早導(dǎo)入客制化的中央監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，生產(chǎn)效能必定更加顯著，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，將會是高科技廠房提升工業(yè)安全與環(huán)境監(jiān)控質(zhì)量的利器。

　　工業(yè)4.0強調(diào)的不是把東西換成自動化機臺、自動化設(shè)備，不是要取代人力，而是在加工環(huán)節(jié)中加入自動化程序，提升產(chǎn)品質(zhì)量良率，對工廠而言，減少人力成本，根據(jù)不同的環(huán)境行業(yè)做大數(shù)據(jù)分析，增加產(chǎn)品產(chǎn)值，才是真正有感并能加以實行的策略。

　　智慧工廠只是智慧城市里的其中一環(huán)，每個工廠都想提升自己的生產(chǎn)供應(yīng)體系，這牽涉到企業(yè)本身的戰(zhàn)略以及想要前進的方向。工廠4.0仍處在遠景階段，智慧化過程并非一蹴而就，必須先思考自身需求及先后順序，雖然大數(shù)據(jù)分析已成趨勢，但若缺乏云端的運算層做商業(yè)分析，前端的感知層、中間的通訊層即使再如何完善，物聯(lián)網(wǎng)也只是淪為噱頭，徒增工廠的負擔而已。

　　智慧工廠攸關(guān)企業(yè)永續(xù)經(jīng)營、人類生存環(huán)境，工廠智慧化為的是要加強工廠的免疫力，如何協(xié)助工廠在所需環(huán)節(jié)內(nèi)利用e化系統(tǒng)，將制造過程的環(huán)節(jié)銜接起來，再做后臺的智慧化分析，導(dǎo)入智能制造的概念，最終方能成就生產(chǎn)力4.0，為臺灣的競爭力蓄積能量。

　　何謂智慧工廠

　　未來的制造業(yè)扎根于數(shù)字技術(shù)，工業(yè)軟件將成為推動其發(fā)展的原動力，傳統(tǒng)上是機器與人類互動，未來則是機器對機器的互動。未來的智能工廠以全新生產(chǎn)流程運作，除可垂直與工廠及企業(yè)管理流程形成網(wǎng)絡(luò)外，亦可以水平透過網(wǎng)絡(luò)與外部供應(yīng)鏈結(jié)合，從訂單到交貨，實時控制整個價值創(chuàng)造網(wǎng)絡(luò)。此外，智能工廠可整合產(chǎn)品及其生產(chǎn)系統(tǒng)的生命周期工程，達到資源效益應(yīng)用，避免不必要的浪費，降低存貨及縮短客制化產(chǎn)品交貨時間等。

　　物聯(lián)網(wǎng)概念

　　物聯(lián)網(wǎng)是透過建置各處的傳感器擷取訊息，可以讓人在任何時間、任何地點、使用任何網(wǎng)絡(luò)與任何人或物做信息的交換，再以各類通訊技術(shù)將訊息傳送到后端平臺，后端平臺除了接收數(shù)據(jù)并儲存外，具智能設(shè)計的系統(tǒng)還會實時分析數(shù)據(jù)意義，甚至發(fā)出控制指令給前端進行動作。