在新世代的智慧工厂中，透过大量布建的感测器，能够密集撷取产线讯息，分析后可反映出制程系统的运作全貌，让厂管人员不仅能第一时间处理事故，也能更有效调度生产资源，并打造符合特定需求的客制化系统。此外，从零件供应、制造产线的供应链管理体系，未来也将能更快速反应市场需求而进行调整。

台湾一向为全球的先进制造重镇，为巩固这个地位，必然得加速导入智慧工厂技术。 CTIMES也为此举办了《打造智慧工厂论坛》，邀请各界专家齐聚一堂，协助设计工程师从自动化无缝接轨至智慧化，将有限资源投资在正确的环节，迈入智慧新世代。

串联生产五大流程 西门子打造高效率产线

图一 : 西门子资深经理孙世英指出，西门子正在寻找更完美的智能工厂模式，望让各个层面都考虑得更周全。

打造智慧型工厂，最重要的考量究竟是什么呢？要工厂走向智慧化，最重要的考量依然是节能减碳，也因此，关键就在于提高产线的效率。

其实智慧型工厂设计的目的，就是要让产线更具有弹性、且更灵活，并让这样的弹性能涵盖到整个产品的价值链，也就是从产品的设计开发阶段到模型制作，一路整合到产品的产出，将整个产品价值链串联起来，打造所有资讯之间的整合，让生产效率能够达到最高，这其实正是西门子所希望打造的智慧工厂愿景。

西门子资深经理孙世英指出，西门子正在寻找一个更为完美的智慧工厂模式，希望让工厂生产的各个层面都考虑得更为周全。智慧工厂的目的，不外乎就是要能提升产品的竞争力，这在产品最初的设计阶段时，就可以透过虚拟系统来模拟产品最终的样貌，并让生产者便能预先知道生产过程所将遭遇到的问题，预作准备，来避免时间与成本的浪费。

而更重要的是，最终的生产过程，也能一如虚拟系统所做出的模拟结果一样，不会有太大的差异出现，如此一来，产品能以最高效率与最低成本来生产，竞争力提高了，这才是智慧工厂所应该带来的真正价值。

就目前快速变化的市场来看，科技在变、市场在变，人们的需求越来越多，日新月异。为了因应这样的需求，工厂的生产流程也必须跟着改变，要能具备更高的弹性来因应改变。其中最主要的考量，就是工厂的效率必须提高，包括人力、资源、物力等，都必须精准使用，并减少能源的浪费，借此来提高生产效率。此外，缩短产品的研发时间，来加速产品上市时程。或者增加工厂弹性，借以整合前端的设计阶段到后端产品产出的软体等，都是打造智慧工厂不可或缺的重要关键。

孙世英认为，产品上市过程有五个重要步骤，从产品的设计、到生产的计画、产线的工程规划、再到真正执行生产，以及最后的服务提供，这五大阶段，正是整个产品的价值链。然而放眼目前实际的工厂产线中，这五个阶段都是分头进行，并未进行整合，导致生产效率难以有效提高，十分可惜。目前西门子致力于打造智慧型工厂，就是希望能将这五个重要阶段完美整合与串联，提高生产效率，如此才能让工厂走向真正的高效率与智慧化。

北尔：HMI是智慧工厂运作关键

图二 : 北尔电子产品经理张资芳指出，HMI对于智能工厂是非常重要的一个环结。

在新兴的工业时代，分散式少量多样生产、高效率、低成本已经是全球化趋势。在这个全新的趋势下，每座工厂里的设备，都将建立资料平台，强调各个装置和网际网路的连结，并透过网路将虚拟环境与实体架构融为一体，操作人员亦可透过网路与装置设备互动，达到分散式增强型控制与资料集中管理。

在这样的过程中，工厂要自动化，也要智慧化。进行运作的是机器，给予指令的则是人。也因此，介于人与机器之间的人机介面（HMI），就成为智慧工厂顺利运作的关键。

北尔电子产品经理张资芳指出，HMI对于智慧工厂是非常重要的一个环结，举凡厂房人员对于设备的操控，都必须透过HMI来进行，一个好的HMI系统，才能协助工作人员更快进行或完成产线的运作。

当然，HMI不仅仅只是个介面而已，相关业者还希望能透过介面来进行更高层次的系统整合。例如以HMI来将所有的智慧工厂设备进行水平或是垂直的整合，让产线的效率更为提升，满足更多客户需求。

至于北尔电子的iX系列人机介面方案，全系列均已支援乙太网路，靠着进行远端安全监控与资料库存取，可协助工厂人员智慧管理生产流程。至于iX图控软体则采用开放式的程式架构，整体系统建立于.NET下，可以透过C#巨集开发各种功能。

张资芳说，智慧工厂的范畴很大，目前北尔的HMI解决方案，透过整合已经能满足垂直市场，甚至横向连结每个系统。由于HMI是偏重上层的控制系统，因此能与各类系统广泛串连，包括通讯系统，或是PLC与PAC等。甚至客户想与其他大厂的方案搭配使用配合，在技术上都不是问题。

库卡：让机器人更友善 协同工作成为可能

图三 : 库卡董事长廖启新指出，下一代的智能机器人，必须要具备与作业员协同工作的能力。

机器人和控制技术的持续发展，使机器人技术的应用范围日益广泛。雄心勃勃的库卡（Kuka）多年来专注于投入机器人的设计，并认为机器人就是要置入、取出、雷射处理、焊接、黏合、安装、检查、分类等工作都得样样精通，因为这样的坚持，也使得库卡在机器人的技术上，必须时时保持在市场领先地位。

库卡董事长廖启新指出，目前库卡的高弹性机器人不仅在汽车零组件的制造上扮演要角，而且在汽车生产科技理想化和保持灵活性方面，也发挥越来越重要的作用。例如多个机器人可以同步工作、一起加工零件以缩短回圈时间，或者共同抬起重物等。

另一个新方案，是用于人与机器共同工作的智慧型自动机器人。以目前的自动化生产环境来看，人与机器之间，都还是会保持着一定的距离，因为在传统的观念中，与机器共同工作，就会存在着某种程度的危险。也因此，现有的工作产线中，人与机器的分隔是十分明显的。

然而廖启新认为，下一代的智慧型机器人，必须要能与作业员协同工作的能力。例如作业员可以将零件拿在手上，由机器人来进行某些动作，以此让机器与人能共同进行高效率的作业，这才是真正自动化的意义。让机器人变得更友善，这正是库卡全功能的套件显得更为重要的主因。

对于在汽车产业之外的一般工业环境，库卡则以开发新市场，特别是物流、塑胶、金属加工、铸造、医疗设备或娱乐业的市场为主要目标。新功能套件还为库卡机器人技术开辟了新的应用领域，例如物流（装货、卸货）、机场行李搬运、在折弯工程时的搬运任务，或者座椅检测机器人等。

Autodesk让智慧工厂产线设计更轻松

图四: Autodesk工厂设计套装软体可协助系统供应商，制订适合工厂产线布局的方案，赋予生产过程更多智慧。

智慧工厂目标不仅是打造全自动化的工厂，更是要以智慧化为最终目标，也就是新一代的『智动化』工厂。为了赋予工厂这样的能力，事前对于整厂的设计与规划就显得更为重要。

事实上，任何系统供应商的目标，都是向客户提供最佳解决方案。而（Autodesk）欧特克工厂设计套装软体（FDS）正在客户们实现智慧工厂的过程中，助他们一臂之力。透过这样的方案，不必将生产线进行扩展或新增建筑物，而是只要改进现有产线的某些环节，就能更有效率地利用可用空间。

Autodesk大中华区制造业大型客户技术经理蔡进忠指出，Autodesk工厂设计套装软体可协助系统供应商，制订适合工厂产线布局的方案，让产线效率更高，生产过程才能赋予更多智慧。通过3D布局和照片化的彩线效果，可清晰传达出产线的设计概念，让这些系统供应商的设计简报更能满足客户需求的多样性。

Autodesk工厂设计软体支持3D工厂资产构建模型。这些资产可快速取用，设计者能轻松创建多个设计方案。此外，还可协助系统供应商轻松创建所需图资、平面图、立体图和剖面图，甚至是详细分布图与物料清单，都可以从3D布局中获取。这套软体还可提供与2D AutoCAD资料的双向关联性，可直接从AutoCAD中进行设计，在Inventor软体中将图资自动转换成3D布局模型。而3D模型还可自动更新为2D AutoCAD图资，可省下不少设计时间和工作，并确保设计文件的准确性。

面对任何工厂设计案中，都不免会遇到的产线冲突或装置间的矛盾，这套设计软体也可作为冲突检测工具，用以辨别产线与装置间的冲突，并找出空间限制等问题，让工程师在设计阶段就能提早找出这些安装上可能遇到的小瑕疵，而不会成为客户在产线实地建置时的大问题。

专注系统整合 施耐德让智慧工厂迈向绿色节能

图五 : 施耐德电机戴开志经理指出，将系统进行整合，才能让能源效率提升。

从能源使用的角度来看，绿能是无所不在的。若放大检视一个工厂建筑物，其所有的能源都必须仰赖建筑物本身来提供，所以提到智慧工厂的节能，需要关注的不只是设备与制程的部分，系统设计与建筑物之间如何做到最佳化的整合，才是更应该被关注的。

施耐德电机戴开志经理指出，不论是办公室或是工厂厂房，都存在着许多不同的系统，这些系统在传统的工厂中都是个别独立存在的，然而就能源管理的角度来看，必须要将这些系统进行整合，才能进一步管理、优化，让能源效率能够提升。

为了避免对敏感性设备产生非预期的干扰与损害，某些企业需要仰赖可靠的电力效能。因为一旦某些设备停机，便可能造成高昂的成本损失，因此可用性是目前为止最重要的要求。电力系统故障或是电源中断的非预期干扰事件，可能会让企业在一些重要项目中产生巨额的损失，包括生产损失、服务损失、危险的关机事件、昂贵且耗能源的重新启动作业与整体收益损失。

很不幸地，在电力供应上，这些设备并未达到许多客户应用所要求的可靠性与可用性等级，电力网路常常会受到干扰影响。这些网路必须依据各地可接受的能源干扰等级加以有效管理。

戴开志说，目前施耐德也针对这些工厂基础设施，提供完整的解决方案与服务，让工厂的各系统间能更无缝整合，以提高整体的能源使用效率。如此一来，不仅更环保，工厂本身也能省下许多能源的成本浪费。

提起电力能源，施耐德可说是关键的技术领导者，从中低压配电、智慧终端、到关键电力、工业自动化、再生能源等，相关解决方案一映俱全。由于目前已经是能源挂帅的时代，因此施耐德也开始调整经营策略，整合所有电源相关的解决方案，并自诩为能源的管理专家。除了相关解决方案与设备的提供之外，施耐德提供能源相关的服务与咨询。包括从一开始建筑物的机电整合优化、节能设计、顾问服务，以及建筑物设备的自动化。

工业4.0让智慧工厂各环节完美串联

图六 : 工研院南分院云端服务中心程瑞曦主任指出，物联网结合巨量数据与云端服务，正是工业4.0的精神。

在不久的未来，全球制造业都面临着相同之挑战，这包括了个人化产品需求增加、产品生命大幅缩短、新世代人机互动模式导入、社会结构改变不利劳力生产、永续发展资源有效利用等。面对这些问题，德国提出了工业4.0（Industry 4.0）的策略来因应挑战。

工业4.0简单说，就是透过增加效率、缩短产品上市时间，并改进生产弹性，来强化国家制造业的竞争力。其主要驱动力包括ICT、Sensor与Machine，而这正是物联网（IoT）结合巨量资料与云端服务的主要精神。

工研院南分院云端服务中心程瑞曦主任指出，物联网结合了巨量资料与云端服务之后，各种智慧应用层面涵盖了智慧城市、智慧建筑、智慧家庭等，而当然，智慧工厂也不例外，包括设计、生产规划、制造到产品服务，都在工业4.0的范畴之中。

工业4.0的确有助于改变目前全球制造业所面临之挑战。针对个人化需求所导致之少量多样生产模式的问题，工业4.0可透过高弹性制造来解决传统快速依序制造所产生的效率问题。

至于透过产品设计与制造的无缝整合，可用以解决产品生命周期缩短的挑战。在下一代的人机互动方面，将设计使用者导向之操作介面，从过去的固定式操作介面，变成由机台服务中心来提供适用于不同习性使用者之App。

对于劳力生产上，未来工业4.0一改过去固定之运作模式，将以低重量与高弹性机器人协同制造，搭配劳工一同在产线上共同作业。而在解决永续发展的作法上，可透过产品生命周期之可追踪性，将目前片段之设计、生产规划、生产、使用资讯等，改为由设计、生产规划(加入资源运用效能)、生产、使用(加上回收机制)之追踪，来建立生产流程的永续性。

程瑞曦说，虚实整合需依据应用领域与工厂规划，来整合适用之感测、通讯、资讯处理与分析、知识萃取、设计与制造整合等技术。而智慧制造则可运用人机协调互动（如感测、控制）及回馈机制来持续改善效能。事实上，所有的技术，都仅仅只是单一环节而已，在所有工业生产环境中各环节能完整且高效率地进行串联，才是成功的真正要素。

机器视觉+状态监控 NI让智慧工厂如虎添翼

图七 : 面对智能工厂的设计关键，NI两大产品线包括机器视觉、与分布式机器状态监控系统(MCM)。

如果将智慧工厂比喻成一个人的话，机器手臂负责的就如同一个人的手，来抓取物品，进行动作。而这些动作的进行，则是透过具有智能分析的大脑来给予指令，至于负责机器视觉的摄影镜头，功能就如同眼睛一样，可以透过即时影像，让大脑负责分析并下达指令，机器手臂就能同时进行处理作业。这是一气呵成的动作，各细节环环相扣，不能有任何差错，否则产线就会出问题。

面对智慧工厂的设计关键，NI也主要有两大产品线来满足市场需求，包括机器视觉、与分散式机器状态监控系统(MCM)。 NI之所以重视机器视觉，是因为这就代表了机器的眼睛，这个环节做得好，产线的运作也将会更流畅、省时。

针对机器视觉应用，NI已针对市场需求，提供相关软、硬体工具，来协助工程师以更低成本，迅速解决多样的难题。这些机器视觉软体具备图形化程式设计与视觉演算法工程的特色，可大幅提升产能。为了能满足需求并迅速上手，另有可设定的环境与完整的设计函式库。这两种组合可搭配NI所有硬体产品，并使用现有程式码来维护硬体系统。

在使用上，工程师可根据需求而选用不同的频宽、感测器、解析度、相机汇流排介面。机器视觉撷取（Vision Acquisition）软体具备工业级标准相机介面的驱动程式，或针对特殊相机而搭配LabVIEW驱动程式，进而整合传统的区域扫瞄、逐行扫瞄、热能感应、3D相机/雷射/网路摄影机等更多设备。这些机器视觉产品可整合PLC与HMI、导引工业机器人、透过感测器搜集资料、管理复杂的相机触发、衔接致动器而控制输送带与分级机。另可支援的工业级通讯功能，则包含序列与乙太网路协定，并可延伸至数位 I/O与OPC伺服器。

至于MCM系统，采用的是CompactRIO或CompactDAQ平台。 CompactRIO提供嵌入式即时控制器与 FPGA，可用于进阶的嵌入式讯号处理、资料记录与控制。平台亦具备坚固的作业规格。而整合嵌入式功能之后，即可用于温度与冲击作业，进行分散式监控之用。 CompactDAQ则提供双核心x86处理器，执行Linux即时作业系统，可用于进阶的内建讯号处理与嵌入式资料记录。其小巧机身具备耐用的运作规格，可放在要监控的机器附近，进而减少接线成本。