食品加工与包装自动化应用不进则退

事实上，当食品制程改变，不仅生产力得以提升，也能有效降低原物料等耗损。台湾食品龙头厂大成集团斥资24亿元於嘉义马稠後产业园区兴建的全新食品工厂堪称全台最大的单一食品厂，已於2022年12月启用，透过高科技、自动化技术生产安心食品，每月产量达3,000吨，预估每年可??注50亿元产值。这座加工厂的食品安全及品质卫生均符合工业4.0标准，运用制造执行系统(MES)及SAP云端管理，采用高效益连续式生产设备，自动化产线分为分切线、浸渍线、预炸线、全熟线、鸡精蒸煮线及包装线等，自动化与智慧化兼备。

图1 : 大成於嘉义马稠後产业园区兴建的全新食品工厂於2022年12月启用。(source：大成官网)

智慧化生产是大势所趋，食品业者在转型或升级过程中须掌握三大重点：资料取得、数据分析与自动化生产。如结合云端、AI、大数据、资料库等技术，可以有效管理生产流程；工业物联网（IIoT）则可以透过感测器搜集更多数据与资讯，连接机器与系统；机器学习与智慧商业系统可以进一步分析数据，提供各类管理解决方案，甚至提供维修或警告，预测运营过程中的各种风险；智慧工厂中的系统、机器和装置相互连结，可以持续监控及优化工作流程。

此外，数位分身(Digital Twin)技术可以透过机器或系统虚拟方式重置或在现有系统中测试相容性，避免直接在实体环境运作可能产生的风险或资源浪费；3D列印技术可以透过智慧化随选制造或虚拟库存，降低库存风险及浪费；虚拟实境（VR）与扩增实境（AR）等技术可以将环境状况、流程状态、组装错误资料、库存量、利用率及产出量等各项指标整合成一个情境样式；区块链可以运用在供应链中，用来追踪合约、供应量、供应链流程等环节，管理企业内互连资产和机器存取内容，保护系统安全并确保装置记录的正确性。

RFID电子纸标签的自动化应用

虽然少数大型业者的自动化与智慧化脚步快，食品加工与包装自动化领域中的多数业者离前述各项智慧化技术的应用仍有段距离，较为普及的应用包含RFID电子纸标签、包装自动化及机器人应用。

无线射频识别系统(RFID)电子标签是可重复使用、可编程与可使用在无线通讯领域的智能标签，可以清楚显示商品价格、库存、有效期限等讯息，并能透过无线网络即时更新数据。物联网(IoT)普及、电子商务加速布局、医疗成本增加、智慧城市崛起及新冠肺炎疫情(COVID-19)爆发都是促使RFID电子标签快速成长的催化剂。全球多家大型零售企业早已使用电子标签技术，如沃尔玛(Walmart)、亚马逊(Amazon)等。如今，RFID技术已被广泛应用於零售、物流、制造、医疗保健、运输等领域。

研调机构GII(Global Information)数据显示，全球RFID标签市场自2015年以来以5.3%的年复合成长率持续攀升，2020年至2025年的年复合成长率达8.8%，2025年市场规模约为135.69亿美元，预计未来5年内年复合成长率将达12.6%，2030年市场规模将达201.895亿美元。以地区来看，北美的RFID占比最高，约占全球市场总量的三分之一以上。至於全球RFID的代表业者主要为IBM Corporation、Zebra Technologies和Hewlett-Packard。

RFID（Radio Frequency Identification）无线通讯技术包含读取器、电子标签与後端应用系统等三部分，运作原理是透过读取器辨识标签晶片中所储存的识别码等资讯，当读取器接收到无线信号时，晶片会回传内部储存资讯，完成识别、追踪与管理。

基本上，10公尺左右的传输距离内，RFID多能发挥极隹的穿透性、可重复使用等特点，由於读取范围和角度宽广，即使标签遭到物理性遮蔽，还是能远距读取资讯，便利、省时，而且节省人力。随着技术演进，RFID已经可以使用高阶晶片，提高安全机制，并扩大应用场景。另一方面，电子标签可重复使用，寿命长，无需额外电源，更加环保节能，在全球迈向无纸化、智慧制造与灯塔工厂等趋势下，RFID未来的市场需求量势必持续攀升。

食品智能包装与电子标签的应用

除了电子标签，食品智能包装也逐渐受到重视，相关技术包含感测器(Sensor)、指示标签(Indicator)与RFID。常见的食品智能包装技术以Indicator为多，以小标签、颜色变化技术为主。食品领域中以时间-温度指示标签(Time-Temperature Indicator)为多，不透过接受器和转换器转换讯号，而是以肉眼直接判读结果，一般用来监控运送及贮存过程中温度与时间变化对食品的影响，如蔬果新鲜度指示标签、酸硷度变化标签等。

也有Indicator结合感测器检测技术，但这类微生物检测标签受到制作成本、生产意愿、消费者接受度、国情法规等因素影响，实际应用较不普遍，一般商品化食品包装电子标签以简单、快速、安全、单一、定性、定量、低成本、合规为诉求。

从消费者角度来看，在选购食品时通常必须仰赖包装上的标签进一步了解材料、营养成份、食用方法、保存期限等资讯，如果标签可读性欠隹、字体太小、印刷不良或字体、颜色与对比度不足，可能导致误食过敏材料或挑选到过期产品。因此，有业者提供人工智能贴标解决方案，不论是标签供应、列印标签、机械贴标等工序都能达到高速、高效、高品质等要求，如冷冻食品标签贴纸力求耐低温、防水，并配合冷藏包装等需求；标签印刷品质与耐用度提高，加强耐磨度以及防掉色设计；贴标过程采用机械手臂高速运作，提高精准度，以防错贴或漏贴。

如Rockwell Automation自动化包装即强调灵活、可扩充包装机械技术，透过iTRAKR 智慧追踪系统模组化、可扩充线性马达系统，个别控制多个直线或曲线移动元件，以简单有效的软体设定档取代硬体，有效提升50%以上的生产速率，同时缩短换模停机时间，降低定期维护频率，有效降低食品业者部署制造设备的整体成本。

图2 : Rockwell Automation的iTRAK 智慧追踪系统。(source：Rockwell Automation)

协作型机器人也加入食品机械行业

过去，机械人智慧化技术应用在食品制程中主要以搬运重物为主，取代人工於高温、高热、潮湿等环境中作业，或者取代重复性高的工作内容。食品产业生产线上的机器人多应用於瑕疵品剔除、包装与装箱等工作，也有食品业者导入自动搬运车、机械手臂等自动化流程。

近年来，随着协作型机器人逐步接手前述人力，业者更有机会导入智慧化机器人应用。以食品业来说，温度要求可能非常极端，不是极高温就是极低温，这样的工作环境对於协作型机器人来说完全不受影响；需要在无尘室认证环境下工作的协作型机器人能轻松符合严格的卫生与环境要求；协作型机器人可以提高制程的准确度，减少自动取放过程中所造成的浪费，甚至在关灯情况下仍能轻松执行任务；高度重复性工作是协作型机器人的强项之一，可以24小时全年无休；搭配3D测量或测试功能的协作型机器人能识别故障零件，减少浪费；体积小的机器手臂适合在有限空间内执行各类操作与加工。

丹麦商优傲科技(Universal Robots)就利用协作型机器人为北欧的食品制造商Atria Scandinavia解决难题。Atria Scandinavia每天需处理橄榄、番茄乾、大蒜和其他特定食品的包装、贴标签及装载作业，停机时间自然是越短越好，如此才能协助公司以更具竞争力的价格提供新鲜食品。2台UR5和1台UR10协作型机器人仅需20分钟就解决了Atria Scandinavia原来需花费6个小时才能完成的工作内容，包装部门的材料使用也获得优化，减少了25%的材料浪费，至於投资在协作型机器人的成本则不到一年就回收。

图3 : UR20是优傲科技旗下首款新世代协作型机器人。(source：Universal Robots)

德商库卡(KUKA)的KR AGILUS机型属於紧凑式六臂机器人，可直接接触食品和药物，适用於净室、爆炸危险区域，而且防溅水，耐腐蚀表面、食品级润滑油和不??钢零件均符合最高卫生标准，适合应用於无菌环境等使用情境。KR DELTA卫生设计机器人则符合卫生机器规格，适用於快速拣放应用场景，如食品、制药和电子等产业，由於具备IP 67防护等级，可防尘、防水，在高压下也能使用硷性或酸性清洁剂执行工作。

图4 : KR DELTA卫生设计机器人适用於食品产业中的高速拣放作业。(source：KUKA)

转型与升级不进则退循序渐进找良策

研调机构Grand View Research预估，2028年全球工业自动化及控制系统市场规模将达2,899亿美元，年复合成长率达8.9%；麦肯锡(McKinsey & Company)评估，厂房在设备上若能使用感测器或完整布建工业物联网 (IIoT)，能有效降低10-15%的维护成本。不过，仍有许多业者无法将自动化技术规模化，或者扩充至整条产线，离工业4.0或智慧制造门槛仍有一大段距离。

研华智诚观察，台湾食品工厂中小型企业为主，生产与管理流程数位化程度较低，工厂数位布局的步调缓慢，因此容易出现生产效率降低、品质不易掌控，甚至减产仍无法顺利出货的窘境。

建议想要数位转型的食品制造业者从导入数位化检核表单做起，有助企业完整记录生产流程，透过大数据搜集的系统化资料进行异常预测与流程管理优化，可以确保产品良率稳定，并减少资源耗损。小美冰淇淋即透过食品工厂智慧化系统改造，搭上物联网风潮，大量减少耗能成本，透过产线侦测与远端监控数位转型工具让数据可即时呈现，记录於可视化报表，大幅优化产线流程。

跨入工业自动化进程，才能有效提高营运与资源效能，降低碳排量，也能逐步朝智慧制造、灯塔工厂及ESG等目标迈进。不过，数位转型或智慧化升级除了导入新技术，更应该思考企业转型的价值为何，之後拟定策略缓步前行，不一定要在短时间内一步到位，却忌裹足不前。