虛實智動化系統 實現智慧生產應用
- DIGITIMES企劃
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綜觀工業4.0精髓，係藉由「虛(資料流)」、「實(生產機台)串連整體產品生命週期，其間涉及所有生產流程與系統、乃至自動化層面的垂直整合，及PLM、ERP、SCM、CRM等營運系統的水平整合，橫跨IT、OT(Operational technology)兩大象限，堪稱複雜工程。
製造業欲從工業3.0電腦程式化控制之自動化層次，邁向以網宇實體系統(Cyber-Physical System；CPS)為軸心，並融入物聯網、巨量資料及雲端服務等大量先進ICT技術的工業4.0境界，終至成功創建智慧工廠，無疑是一條不得不走、但絕非一蹴可幾的道路。
按照德國工業4.0的精神與重要觀念，最終形成的智慧工廠(Smart Factory)，將能即時控制整個價值創造網路，從訂單到交貨的連結，實現產品及其生產系統生命周期工程的整合；欲達成此目的，製造企業的工廠及內部管理流程必須形成網絡化，藉此避免無謂浪費，且進一步發揮降低存貨、縮短客製化產品交貨時程等多重綜效。
由此觀之，要想實現工業4.0，顯然必須促使IT企業端、OT製造端等不同領域系統軟體，皆能智慧串接，意謂底層感測器、控制器所產生的數據，能夠順暢地經由I/O採集器、SCADA/HMI，一路傳遞至屬於企業IT範疇的雲端世界，從而在ERP、MES及APS等商用管理系統的支撐下，佐以巨量資料分析，再反向回饋至自動化設備之基礎，據以實現智慧化生產。
打造智慧工廠 務須融合IT與OT兩端
但問題來了，一直以來在製造企業的營運環境中，自動化系統往往彷若一座深不可測的孤島，與企業IT分屬兩個涇渭分明世界，彼此間始終存在藩籬，如果未能透過有效的方式將此藩籬打破，則自動化設備所衍生的種種資訊，恐無法順利整合到企業資料中心或私有雲環境，連帶也就不可能讓企業經營高層，隨時隨地都能透過行動裝置掌握生產線狀態。
麻煩的事情，恐怕還不僅止於此。先不談IT企業端，光是在OT製造端，其間便充斥著不同廠牌的生產機台，要能彼此無礙溝通，就未必是一件輕鬆差事；此乃由於，不同設備各自走PROFINET、PROFIBUS、DeviceNet、Ethernet/IP…等異質通訊協定，彷彿操持不同語言的多人共處一室，意即光是在工業現場，就同時存在不同語言文化，若任由此現象持續存在，要想達到人機協同、或機機協同等智慧生產境界，無異難上加難。
因此有意朝向工業4.0邁進的製造企業，其先決條件，便是需要設法統合OT製造端的紛歧資訊，藉由一個可以跨越不同協定鴻溝的通用平台，妥善收容來自SMT、IP Cam、機器人、氣動工具…等不同終端的輸出資訊，再結合集中式的上層管理機制與及加密技術，藉此讓這些大量數據，能在安全無虞的狀態下，由身處遠端的管理者集中掌控；先做到這些步驟，再來談後續的關聯分析、智慧應用，乃至於藉由遠端維運管理減少人力投入，才可謂順理成章。
由此看來，無論產學界人士在探討工業4.0議題時，總是將IoT閘道器、也就是所謂的CPS，置於承先啟後、承上啟下的關鍵樞紐地位，道理就在於此，只因為IoT閘道器無疑正是實現智慧工業的最後一哩路。
可以肯定，IT與OT的融合，絕對是推動工業4.0的必要條件，不容或缺，但要實現融合，勢必有所挑戰，足見製造企業意欲推動智動化，將有一番艱辛的苦戰要打。
只不過，雖然導入設備智動化、系統虛實化及工廠智慧化，並結合雲端、物聯網與巨量資料等技術，確實在在都是邁入智慧製造新階段的必經歷程，看似其間蘊含諸多源自於技術層面的挑戰，但這些考驗，並非決定智慧製造轉型成敗的最大關鍵，更重要的是，製造企業必須培養產業跨領域整合專業人才，如此才能順利將產品設計、生產製造、物流運輸及銷售服務當中的巨量資料，轉換成為有價值的資訊與決策，繼而找出具有商業價值的創新應用模式。
雲端、IoT及巨量資料 共築生產力4.0內涵
儘管萬事起頭難，但台灣製造業藉由ICT技術推動升級轉型一事，不僅不容偏廢，而且必須儘速推行！一位政府官員曾說過，談創新，台灣比不過美國；談山寨，台灣比不過中國大陸；談精實，台灣比不過德國；談細膩，台灣比不過日本；談政策鼓勵，台灣比不過新加坡。可見台灣相較於這些國家，明顯並非居於絕對優勢，那麼既然這些國家都積極施展製造業升級計畫，台灣豈有理由獨坐壁上觀？
然而台灣絕非一無是處，其優於上述國家的一大特點，便是兼具彈性與個性。只不過台灣製造業強調彈性速度、單打獨鬥，已有相當長期的背景，難免導致深度不足，展望今後必須吸收他國的優點，增加群體的精神，才有突圍勝出的厚望。
在此前提下，台灣決定師法德國4.0精神，推展訴諸智慧自動化、ICT加值的「生產力4.0計畫」，期望引領廣大製造企業善用機器人單元與智慧決策系統，將過往倚重專用機大量生產的模式，推展至彈性換線、少量多樣生產的新局面。總結來說，生產力4.0的主要內涵，便是實現「高值製造與服務」，舉凡雲端、物聯網及巨量資料，都是強化此一內涵的關鍵技術，至於推動重點，則包含了設備智動化、系統虛實化，以及工業智慧化。
例如手機製造商，即可打造智慧型手機製造雲端平台，據以鏈結諸如機殼、電路板、螢幕、天線、電池、應用軟體等上下游供應鏈，藉此縮短彼此間交換規格設計、製造管理、加值服務、資訊整合的路徑，且一併提高製造附加服務與價值，以因應產品生命週期愈趨短絀之挑戰。
此外，同樣以手機製造商為例，接著可整合在工廠端、倉儲端與服務端的物聯網感測機制，全程管理產品從生產工廠出貨至倉儲與展示中心的歷程，藉此達到零庫存浪費、客戶零距離、設備高稼動、人員高效率、財貨高流通等眾多效益。另可藉助巨量資料分析預測，精準掌握消費者在智慧型手機產品的硬體裝置、軟體服務等需求訊息，從而深化個人消費、店頭銷售等評估分析，藉以迅速回應市場脈動的演變，開發新一代智慧型手機機型與應用軟體。
經由上例，即不難看出製造企業確實可以拜實踐生產力4.0內涵之所賜，進而轉型至高值製造與服務位階，創造更大的商業利益；智慧型手機製造商如此，其餘屬性的製造業者也不例外。
當然，生產力4.0內涵絕非憑空養成，必須仰賴虛實智動化生產系統與智慧工廠作為發展基石。針對堪稱是生產力4.0核心的設備智動化環節，企業可循三路並進模式完成布局，分別導入智慧機器人、智慧化設備、智動化製造系統等「科技化硬體」，部署智慧感測、高速運算、智慧決策等「智慧化軟體」，並建構具備虛擬設計分析、生產模擬分析等機能的「虛實化系統」。
如此一來，企業即可藉由涵蓋感測器、閥、泵浦、控制器、手持裝置等資料蒐集基礎，執行巨量資料分析，終至透過由生產管理？生產製造系統、智慧工廠、應用平台所構築而成的「虛實智動化生產系統」，一舉實現諸如電子工單、生產過程透明化、生產過程可控化、產能精確統計、數位電子看板等高值化應用成果。
