實現最佳化智慧製造方案需要跨領域業者並肩作戰
- 孫昌華／台北
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如何運用包括人工智慧(AI)在內的數位科技來提升工廠生產線運作效率與產品品質、降低人工與原物料成本，同時達成迫在眉睫的淨零碳排環保永續目標，是當前製造廠商最關注的議題。要實現智慧製造，必須仰賴跨領域業者通力合作，結合彼此專長與資源；在年度台北國際電腦展（Computex）期間舉辦的一場「製造技術峰會」上，來自華碩電腦（ASUS）、西門子（SIEMENS）、NVIDIA的重量級專業講者，就分享了它們助力製造業轉型升級的解決方案與相關經驗。
世界一直在變化，COVID-19（新冠肺炎）等意外事件更讓世界變化的速度加快，而且這樣的「黑天鵝」可能會出現得愈來愈頻繁；因此，台灣西門子數位工業總經理Aditya Ramkrishna認為，「持續改變、持續進步、時刻準備好迎接挑戰，對我們所有人來說相當重要。」
快速變化的市場讓產業界面臨急迫挑戰，客戶不只注重產品安全性、智慧功能、高品質…等基本條件，還會有全新的需求，像是產品的個人化設計。無論是購買一雙運動鞋或是一輛車子，大多數消費者都會希望與眾不同，廠商若能按照顧客喜好提供個人化解決方案，在市場上就更具備競爭優勢；這意味著已經習慣標準化大量生產的製造業者必須在營運模式上做出改變。
製造業者的挑戰還來自於愈來愈受重視的節能減碳、永續發展議題；據統計，全球工業生產所消耗的能源佔據整體能源消耗量的37%，同時也貢獻了全球30%的溫室氣體排放。Ramkrishna表示：「地球資源有限，因此產業界必須要能『用更少、做更多』，轉向數位化、自動化，以及智慧運用各種資料，是業者因應以上各種挑戰的關鍵。」
Ramkrishna指出，「數位轉型」與「淨零轉型」，是當前製造業者不得不儘快找到解決方案的兩大課題，而且兩者密切相關。「我10年前來到台灣時就跟本地客戶談數位轉型，卻一直沒有什麼進展，但在這一兩年內，卻看到客戶不只加速數位轉型腳步，也積極關注淨零轉型；」他表示這是因為台灣許多中小企業，特別是工具機業者，開始面臨歐美客戶對設備運作效率、碳足跡等相關數據的詢問，不得不藉由數位化來讓生產資訊更透明。
對這些傳統製造業者來說，光是要取得生產數據資料就是一大挑戰，更別說進一步運用數位科技(IT)來改善工廠生產線的現場營運（OT）；但若要在國際市場上保持競爭力，就必須要採取行動。Ramkrishna表示，西門子正從三個方向協助台灣業者因應挑戰：一是改變商業模式，在永續發展與其他業務目標之間取得平衡；二是解決台灣產業生態系統的複雜性，破除生產流程中的數據孤島；三是協助本地客戶運用數位資料分析結果進行業務決策，將不同來源的數據變成可轉為行動的永續性指標。
除了透過提供數位雙胞胎（Digital Twin）技術讓客戶建構產品與生產線的虛擬模型，讓客戶能降低風險與成本並持續最佳化，西門子的Xcelerator開放性平台能結合數位雙胞胎與雲端技術、軟體即服務(SaaS)以及與應用程式開發等全套解決方案，加速、簡化製造業者的數位轉型過程，實現真正的智慧製造。西門子還有內建NVIDIA GPU、導入邊緣人工智慧（Edge AI）性能的SIMATIC系列工業電腦（IPC）Tensor Box，搭配自家5G路由器與ASUS的5G網路基礎建設，讓IT與OT更緊密融合，助力產業生產流程的數位化與淨零轉型。
智慧製造需要從雲端到邊緣、兼具軟硬體的方案
要營造智慧製造生產環境以實現工業4.0願景，兼具運算性能與高速連結的基礎設施硬體自然是不可或缺，而ASUS除了針對雲端運算資料中心提供一系列高性能伺服器產品，也在邊緣端以結合AI的解決方案以及5G Open RAN網路伺服器，助力業者建構具備高效率自動化生產線的智慧製造廠房。
根據ASUS伺服器事業部產品行銷資深處長Cherrie Lien的介紹，該公司為Edge AI推論與5G網路應用推出的工業級邊緣伺服器，支援-5°C到55°C的運作溫度，並在短深度的機箱中內建NVIDIA的GPU，無論是在空間有限的邊緣應用或是5G基地台應用中，都可提供高性能、可擴充的彈性化解決方案。此外ASUS還展示了最新一代AISVision自動化光學檢測（AOI）開發工具，能為智慧製造的自動化生產線應用需求以高效率建立AI模型，相較於傳統AOI方法，號稱能節省80%的工作量。
ASUS伺服器事業部Division Director Alber Wu補充指出，實現智慧製造的第一件事，就是讓IT與OT能順暢融合；然而IT人員與OT人員的觀念、目標以及執行任務的優先順序可能大不相同，如何讓所有使用者保持一致相當重要。此外，需要能匯聚所有IT與OT系統，進行有效的數據管理，並將收集到的資料進行分析、化為實際提升產線效率的行動策略。
為此ASUS不僅有從雲端到邊緣端的完整硬體伺服器系列產品，亦有一個集中式、視覺化IT管理軟體平台ASUS Control Center，再加上台智雲（TWS）與華碩雲端（ASUS Cloud）團隊提供的服務，以及陣容堅強的生態系夥伴集合不同的專長與資源，能為客戶提供全方位的IT/OT解決方案支援，助力製造業者實現工業4.0願景。
打造軟體定義、雲端原生虛擬工廠
AI正在智慧製造應用中扮演關鍵角色，這也是無論SIEMENS或ASUS，都積極深化與AI技術領域重量級NVIDIA之合作的主要原因。NVIDIA具備強大AI性能的平台已經在眾多製造業者數位轉型的過程中成為不可或缺的工具，該公司資深資料科學家劉冠良（Andrew Liu）強調，那不只是NVIDIA自己的平台，是與生態系夥伴共同合作的成果；「不只是SIEMENS與ASUS，我們與整個生態系統一起合作，實現適合所有產業的數位轉型平台。」
劉冠良表示，全球製造業是一個營收規模達45兆美元的龐大產業，遍佈世界各地的工廠超過千萬家，而這些製造業者正面臨包括通貨膨脹、供應鏈中斷、人力短缺、能源成本大幅上揚，以及需要達成永續節能目標的種種挑戰。NVIDIA看到了製造業的商機以及廠商的痛點，認為數位化虛擬工廠將是一個有效解方，能讓整個供應鏈大幅提高產出、減少浪費、節省成本，同時提高品質，因此致力在建構軟體定義（software defined）、雲端原生（cloud-native）工廠的新一波製造業數位轉型浪潮中貢獻所長。
「製造業者打造一座工廠不只是為了自己，而是為了客戶，其中還有許多利益相關者的參與；」劉冠良解釋，要建置一條生產線，需要整合各種不同的觀點，思考運用什麼樣的AI自動化解決方案讓生產更有效率，有了一座虛擬工廠，就能進行各種部署實驗，加速不同部門的溝通與決策過程，達到最佳化生產流程的目標。這一切需要建立在以資料驅動的軟體定義、雲端原生基礎上，為此NVIDIA也與軟體領域的生態系夥伴緊密合作，包括推出支援多種機器學習架構的AI Enterprise軟體套件，讓使用者能以虛擬化方式處理AI作業負載。
此外NVIDIA也與SIEMENS合作，結合該公司的3D模擬引擎Omniverse與後者的Xcelerator平台，透過建立工廠生產線的數位孿生模型，以及產品製造流程的數位化3D模擬，提供所謂的「工業元宇宙」沉浸式體驗；藉由AI技術打造讓人們能在其中互動、協作的逼真虛擬環境，無論客戶的需求如何改變，或是在產品相關法令要求上有任何變化，都能在虛擬生產線上進行調整，再將最佳化方案部署於現實世界，以低成本、低風險的方式因應變化並解決難題。
而劉冠良也特別強調台灣市場在NVIDIA眼中具備獨特的地位。「雖然台灣市場相對小，也沒有龐大的航太產業或汽車產業，但這些產業領域所需關鍵零組件的供應商卻都在台灣」而且台灣廠商製造的產品相當多樣化，涵蓋iPhone、筆電、表面黏著技術（SMT）零組件，以及奈米等級半導體晶片，這些業者有不同的生產需求，像是需要AI協助加速產品瑕疵檢測的效率。「我們透過與企業緊密的合作來了解產業痛點，並評估如何利用我們的平台解決他們面臨的問題；我們致力於與產業生態共同合作，以NVIDIA的平台實現數位轉型。」
讓安全性成為智慧工廠標配
最後，在實現智慧製造的各種考量中還有一個最讓使用者憂慮的問題：資安。對此Ramkrishna表示：「當你連結越多東西，所面臨的網路安全威脅就越大。但解決方案並不是減少連線。」針對智慧工廠的網路安全防護，SIEMENS認為需要有全面性的安全概念，而包括工廠本身、網路以及所有相關系統都需要採取防護措施。
在工廠的安全性部分，需要採取的措施包括實體門禁以及安全監控策略；網路安全性部分，則可透過建置單元保護、週邊網路、信任區等方法，或是利用防火牆與VPN工具來提供保障；在系統的安全性部分，強化系統堅固性、軟／韌體漏洞補丁、建立身分認證與存取保護措施等則是可行的解決方案。
Ramkrishna指出，在IT領域談資安會簡單得多，在智慧製造場域則需要更具深度的防禦措施；「針對客戶要如何保護工廠、保護網路安全的疑慮，我們可以接受諮詢，確保一切妥當。安全防護甚至不是我們要銷售的內容，我們已經為客戶在這個議題上有很充分的考量，所有的產品開發都使用最新的通訊協議，確保沒有安全威脅；他們不需要為了安全防護花費額外的成本。」
