工業4.0落地智能製造應用解決方案

工業4.0是利用現代智能技術，整合機器對機器通信（M2M）和物聯網（IoT），以提高工廠自動化程度，無需人工干預就可以分析生產並診斷問題。透過物聯網，將人、物件、機器相連而構成的巨大網路，以供感測、控制、偵測、識別、分析，並交換所有的資訊，進而提供更加值的應用服務。工業4.0 也強調虛實整合系統（CPS），核心是人機協作。工業4.0虛實整合系統目標則是在於資訊流掌握實體流，實體流回饋資訊流。

圖一 : 工研院南分院智能製造服務系統組組長陳幸雄

工研院南分院智能製造服務系統組組長陳幸雄認為，工廠自動化中，自動裝置控制生產流程與設備，整合電腦、通訊技術、自動化技術、感測技術、機械設備等，使產品能自動製造，或部分加工自動完成。虛實整合則是透過自動化設備與生產線的整合，搭配電腦程式設計、製造執行系統（MES） ，由中央戰情中心統一管理，工作流程能夠更加順暢、安全、便利。在智慧工廠中，資訊技術建構虛擬平台，運用工廠建模（Modeling）工具，將生產過程中的工單、製令、生產設備、產品、物料、生產區域等實體生產要件，轉化成可控制的數據與製程。

對於工業4.0之實踐模式，在於生產型態變化加劇，精實管理複雜度增加，必須導入資通訊技術來解決。新產線以全新打造跳躍改變，舊產線以逐步改造提升品質及良率，建置步驟或工具則可依需求彈性微調。

後疫情時代的企業數位轉型與智慧製造新趨勢

目前的新冠肺炎疫情打亂了世界腳步，卻加速了企業的數位轉型。過去需要面對面處理的業務相繼轉為線上，以保持業務連續性、提升生產效率。IDC調查的「2020亞太地區中小企業數位化成熟度研究」顯示，2024年前，亞太區中小企業的數位化發展將為地區GDP帶來2.6兆至3.1兆美元的成長，帶動後疫情時代區域的經濟復甦。同時，2024年亞太地區的GDP有機會增加到10.6兆至14.6兆美元。其中中小企業的數位化發展就佔了這波成長的25％。台灣中小企業數位化發展可望在2024年前為台灣GDP帶來高達230億至270 億美元的成長，其中三項首要科技投資分別為：採購或升級IT硬體、雲端服務，以及資訊安全。

圖二 : 新代科技暨聯達智能全球營銷總監姜繼宗

新代科技暨聯達智能全球營銷總監姜繼宗認為，數位轉型就等於企業轉型與數位化。企業長期經營方向、運營模式、相應的組織、資源配置方式，整體性轉變將使企業重新塑造競爭優勢、提升社會價值，並達到新的企業形態的過程。總成本的概念，將主宰著這場革命。短鏈革命是最新的製造方程式，其概念為：成本紅利耗盡的中國、產銷新科技的到位、要求個性化的消費者，加上中美貿易與疫情影響，將等於供應鏈重組，造成短鏈革命，並影響全球製造業者的世紀大遷徙。

新代聯達智慧製造所帶動的數位轉型未來已經到來，其中的幾項重點包括了跨平臺，資訊傳遞快速正確，互動彈性大增；企業整體營運效率提升，總成本減少，競爭力上升；企業進入客製化小單生意，製程縮短、產線彈性調整，並可快速換線；跨廠區製造進度分享；跨企業製造訊息分享；以及市場需求到製造的訊息整合等。期許可以在創新、共創與共用之下，共同打造智慧製造的新未來。

智慧工業與智慧製造技術面面觀

智慧工廠的價值是什麼，是否工廠加裝了感測器或數位電錶後就算是智慧工廠？事實上，升級為智慧工廠，不是由科技的技術層面思考，而是從智慧工廠所帶來的價值切入。

泓格科技研發七處經理胡再賢表示，智慧化的價值在於提升勞力價值，也就是大量且重覆的製程動作，以自動化來取代人力。勞力移轉到少量且高價值生產製程上。如此一來，勞力有餘力執行客制化，並發掘潛在商機。

圖三 : 泓格科技研發七處經理胡再賢

智慧化的價值在於提高產線品質。品質檢測自動化，可以減少人力造成的誤判。數位化與自動化後，可輕易生成生產履歷。而收集與記錄製程數據，能作為品管的改善資訊。至於產線品質的異常告警，將可減少重工增加生產成本。

智慧化的價值在於掌握了製造成本。少量多樣的製程，成本掌握更仰賴自動化。在自動記錄製程中，人力、物力、電力等成本都必須加以考量。當品質異常時，成本已經形成。因此掌握製造成本，才有機會減少成本的支出。

由此看來，智慧製造在於從價值切入，由痛點出發。而數據可以提升工廠的價值，並提供預測的能力。

在泓格科技的一些應用案例中，例如IC製造廠的無塵室粒子偵測，用AGV車取代人力，巡邏偵測空氣中PM2.5微粒數量，在影響製程前就能超前發出警報；被動元件廠的溫度擷取與製程改善，可針對不同反應爐的溫度比對，提早發現加熱棒老化的問題，以防止可能導致溫度控制不佳，以及不良率升高；另如IC製造廠的設備預防保養，以iWSN系列產品來記錄多部設備耗電流與待機、工作溫度。依據不同機台特性，找出各設備的溫度與電流上限值。並可即時找出耗電流異常或溫度異常的設備，避免設備故障引起加工品損壞。

洞見智造4.0 加速產業數位轉型

多元化的數位科技包括大數據、雲端處理、人工智慧、工業4.0，以及AR/VR與自動化機器人等，正全面融合到各產業。然而這卻使得製造業面臨之挑戰也急遽增加，包括了生產效率突破瓶頸、產品品質之提升、報廢率之降低，以及人力之降低等。

圖四 : 研華科技工業物聯網事業群市場開發經理陳彥鳴

研華科技工業物聯網事業群市場開發經理陳彥鳴指出，工業4.0的進程，從機台的智能化、系統整合的產業視覺化、到自動化無人工廠，並以AI智能製造來引領數據的價值化。並持續延伸客戶服務，造成業務模式的創新。不過這些環節，都存在著不同程度的挑戰。

例如機台的智能化，企業就必須面對生產所需的關鍵數據，包括客戶需求的數據、生產品質數據、設備狀態數據、安全生產數據，以及環境與能耗的數據等。透過機械設備聯網的智能化，讓傳統製程的機台升級成為智能設備，並採集稼動率、產量、濕度、壓力甚至機台能耗與預知保養等關鍵設備資料，加上有效整合周邊軟體，並以智能機上盒來將即時的設備生產資訊做視覺化的顯示，並連接客戶的管理平台。如此一來，關鍵數據就能更無所遁形。

陳彥鳴認為，面對自動化與無人化生產，應用機器人、自動搬運車、機器視覺減少對人力之依賴，提升測試效率與產品良率，有助於達到精實生產，甚至無人生產的境界。而透過數據來驅動AIoT，將更有助於智慧機械與製造的實踐，並促進數位轉型的成功。

協作機器人帶您跨越自動化鴻溝

自從2008年UR推出全球第一個實現商業應用的協作機器人UR5，截止今天，UR已經在全球範圍內累積銷售了44,000台人機協作機器人。協作機器人作為新一代工業機器人，得到傳統工業機器人生產商等初創公司的認可。UR陸續推出的UR10，具有更大的工作範圍和更高的有效負載能力。在近期，UR不止推出具有更高重複精度並且可持續更新軟體功能的eSeries，並在2019年上市了乘載重量高達16公斤的協作型手臂UR16e。

圖五 : Universal Robots通路開發經理盧彥亨

Universal Robots通路開發經理盧彥亨指出，製造業的發展，創造了人機協作機器人的需求，而勞動密集型的工廠，開始向自動化方向遷移。這種輕便可移動的協作機器人，十分適用於混線、小批次生產等需求。UR的全球願景，就是讓人人都能實現自動化，透過輕量化設計實現隨插即用來實現靈活部署。

一般來說，協作型機器人進行簡單流程的速度，大約和真人作業員差不多。所以，將作業自動化時，可以選擇對現在人工作業之速度感到滿意的流程。但是，協作型機器人可以持續作業，甚至整天不停機，因此將會有助於提高生產力。此外，協作型機器人的產出相當穩定可靠，能夠讓真人作業員免於處理低階作業，進而進行高產值的活動。

值得注意的是，協作型機器人的工作環境幾乎和真人的工作環境相同，而且不會抱怨溫度、噪音與灰塵。但是，從另一個角度看，也可能在非常乾淨衛生的環境裡，甚至是無塵室等級的地方，發現協作型機器人的蹤影。

自動化設備設計與可靠度預估

在今天，各種電子設備與產品都非常聰明，功能強大，也能帶來很多使用上的效益與好處。這些設備都是需要透過工業產線來產出。當一個產線員工可以正常工作，身體健康，就可以帶來很大的產能，或者透過他的智慧帶來更高的效益。然而如果生病了，產能就會降低，或者衍生出其他作業上的風險。而如果受到外界的影響，也將使得這個員工無法正常發揮的效能。

圖六 : 台灣檢驗科技公司SGS技術經理張國樑

台灣檢驗科技公司SGS技術經理張國樑指出，每個員工都有正常保養健康的觀念，而工業4.0的所有產業設備也是一樣。包括功能安全、網路資訊安全，以及可靠度預估等，都是必須提前進行部署，也就是在生病出狀況之前，先進行保養預防，不要讓生病變得嚴重。

工業4.0是基於雲端技術的設計與製造，工業物聯網也帶來顛覆性的創新與應用。如果可以在雲端就進行先進智慧的設計，就可以因應複雜的製造與生產，帶來更多新的機會，並同時進行預防與保養。也就是在問題發生之前，就能智慧化的採取一些措施來預防，或者在發生後，可以在最短的時間內恢復大量生產的作業流程。這些都是希望利用先進雲端技術來實現。

張國樑說，除了功能安全之外，人們也越來越考量到工業聯網的重要性，如何確保網路不要被駭客侵襲，導致生產過程暫停，並造成巨大損失。除了固定的設備維修之外，如何在故障之前就能夠先行預警，進行可靠度預估的，就可以達到超前部署的目的。

一般值得注意的是，一般產品的都是在很好的環境中被設計與製造，但使用者卻有各自不同的使用方式，這些設備很可能在惡劣的環境中，溫度變化大、濕度高、或者使用者的操作電壓不穩，都會容易造成設備的損壞，為了預防這些狀況，就可以透過可靠度預估的觀念來加以實現。

目前很多設備在國際上都被要求歸類其安全等級，為的就是避免系統故障時造成的危害，這就是功能安全的概念。這些故障危害有可能是駭客造成，因為現在都是透過工業物聯網的環境來連結工業設備。而如果能夠在雲端的環境裡進行系統的狀態偵測，再透過演算法來預估設備可能失效或損壞，這就有助於達成可靠度預估提前部署的實現。

啟動智造業數位轉型之路

近期的美中競逐，正引發貿易戰與科技戰。大國間的爭霸影響經濟體系的既有秩序，並帶動台商回流與供應鏈重組。全球可能形成兩個技術生態環境，牽動新興科技技術的佈局。新興科技可能改變生產要素與競爭優勢，以及加速供應鏈重構。而AI、大數據、IOT等技術正推動無人化工廠，無人化進銷存管理等既有作業。而國際廠商的競爭力大增，也使得台廠面臨競爭對手的挑戰更為劇烈。由於需求變化，改變了產品生命週期，並迎接個人化與多樣化需求。少量多樣的需求也導致了供應鏈各環節必須低庫存、並且快速反應。

圖七 : 橋頭科學園區產學策進會常務理事/MIRDC執行長林秋豐

橋頭科學園區產學策進會常務理事暨MIRDC執行長林秋豐指出，數位轉型的方向雖然明確，卻隱含著不安。數位化強調的是導入數位工具；而數位優化是指採用數位工具後，在客戶體驗或營運流程上的優化；至於數位轉型則是以數位科技來大幅改變價值的創造與交易方式。

事實上，目前國內製造業正面臨數位轉型的挑戰。以金屬產業為例，金屬產業結構正邁入飽和期，關聯產業亦呈現衰退趨勢，傳統製造方法已無法推動產業成長。所面臨的挑戰包括高端材料仰賴進口、投資成本壓力、人才招募與技術傳承，以及少量多樣與交貨期程短等。而金屬產業轉型升級之發展課題，必須運用數位化與智慧化，發揮既有金屬材料與製程優勢，來扭轉現有痛點。

林秋豐認為，縱整標竿國家趨勢，紛紛在材料面與製程面投入數位創新資源，強化終端應用市場的能量，並採取跨域整合的系統性方面來達到金屬產業的數位轉型。其願景在於引領台灣金屬產業材料暨製程技術前往次世代競爭下，具目標導向之精準跨域整合與快速開發能力。