工業4.0帶起的智慧製造浪潮，席捲了這幾年的製造業，國內外自動化設備廠商也紛紛積極布局，經過過去幾年各設備廠商的市場教育，2017年整體市場開始有啟動跡象，就有台灣工業電腦廠商指出，之前的製造設備銷售多是從現場的設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入智慧製造系統，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

就之前幾年的發展來看，目前已有多家廠商導入工業4.0系統，成為業界的示範案例，在所有案例中，西門子的Amberg廠房應該是最為人熟悉，Amberg工廠中，工具機廠中每條生產線上的控制器，通過產品代碼控制它們自身的製造過程，告知生產設備它們的要求及下一步工序，產品與生產設備的密切通訊使產線上的每台控制器都不一樣。

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

在汽車領域，也已經有廠商建置智慧化系統，汽車製造的自動化程度向來位於市場領先群，智慧化系統的導入速度也較其他產業更快，汽車製造多採用混線生產，也就是每條產線不會只生產同一車款、顏色的產品，現在BMW更導入客製化生產概念，其生產線的彈性製造能力已經到可以讓顧客在車子進入生產線的6天前，就可要求變更設計與配備的程度，因而同一條產線出廠的汽車，沒有任何一輛是完全一模一樣；且同一條產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。

相同的客製化模式也在製鞋業和服飾業發生，愛迪達就以3D列印個人鞋款，透過大量客製化提升產品附加價值，並從「大量客製化」到「個性化」，採用3D列印技術生產運動鞋，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據，為顧客打造一雙量身定做的運動鞋，大陸青島紅領的C2M，則是服飾業的智慧製造代表，紅領集團建立了個性化設計的服裝數據庫，並透過數據驅動的智慧工廠，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品部件的個性化生產資料數據庫、或精準對接供需方需求的平台，進行以客戶需求為起點的少量多樣生產。

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的重要發展趨勢，首先是消費性產品已逐漸走向一定程度的客製化製造，顧客對產品的主導性增加，造成需求導向（demand driven）的生產方式興起，少量多樣以及客製化的產品發展成為趨勢，多數研發機構都認為，此一趨勢的速度將會加快，未來商品種類式樣繁多，但傳統的製造方式恐怕已無法應付如此多樣化的需求，而智慧製造講求產業縱橫向乃至於整個生態系統的整合，因而不再是單向模式的製造，而是透過上下串連整個供應鏈來藉此提升效率，並藉由虛實整合優化企業運作，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。

客製化製程的系統需求在於靈活、易於即時調整的高彈性特色，工業4.0應用的CPS（Cyber-Physical System, 網宇實體系統）的特點，透過裝置感測器取得各種數據；再連結網路，使設備、產品與人可互通訊息；進一步分析遠端或近端的數據，使在地的操作單元更加靈活自主，CPS 的概念同時也應用於模組化設計的生產設備，使得生產線的可重構性大為提高，自主性與易重構性形成靈活且可即時回應的製造系統，正是轉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境將邁向以人為本的思考方向，以歐美大廠為例，現在早已不再只是研究於怎麼開發成無人工廠，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，工業機器人將會扮演重要角色，設置於產線中的機械手臂，與作業人員共工的機率相當高，因此如何避免人員為機械所傷，就成為重要設計。

人機共工需強化安全設計

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

目前的機械手臂發展可分為線性手臂、SCARA手臂、關節多軸機械手臂等，其應用各有不同，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，關節式多軸手臂則有依其設計，分為小、中、大、重型等4種區別，20kg以下為小型、20kg～60kg為中型、60kg～300kg為大型、300kg以上為大型，由於關節式多軸機械手臂的抓取物有一定重量，且產線效率要求下，動作速度都相當快，重力加速度所產生質量相當大，若與人體發生碰撞，極容易受傷，因此中、大、重型關節是多軸機械手臂，都會使用圍籬作業人員區隔，避免發生碰撞。

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。

現在機械手臂的安全設計考量，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，像是之前台灣南部曾經發生機械手臂動作後，工作人員才發現抹布掛在上面，情急之下進入拿取結果受傷，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準化流程，才能確保安全，至於非正常操作的安全設計，這必須由設備內部設計著手，內部設計包括「安全迴路」與「安全元件」的建構，這類安全設計與過去設備的思維不同，以往的設計思維是當機械手臂出現異常後，立刻出警報，通知前端有異常發生，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。

除了客製化生產與人機共工之外，智慧製造還有多種新趨勢，AI就是其一，不過AI在智慧製造系統的導入排程屬於最後階段，必須在所有基礎建置都完備後才會導入，就目前看來，前眠所敘的兩大趨勢，是製造業近期將會發生的趨勢，台灣經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，台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）