智慧工廠大勢所趨 CIM整合虛實有成

「無人工廠」是製造業的願景，在高度自動化技術下，工廠的作業人員將會銳減，MES的智慧管理也會更重要。DIGITIMES攝

智慧工廠概念快速成熟，而製造系統中的虛實整合將成智慧工廠打造重要關鍵，在此情況下，CIM系統所扮演的角色將逐漸吃重。

「智慧工廠」、「工業4.0」、「AMP」等智慧化概念，是這幾年全球製造業的共同熱門議題，這些概念的內含或許不同，不過其核心作法都是透過虛實整合，讓製造系統具有一定的智慧化功能，同時達到降低成本與提升產能這2項目標，製造業系統中，軟硬兩端的整合向來不甚緊密，尤其在系統規模不大的中小企業，軟體面的建置向來缺乏，CIM與MES等e化管理系統的主要建置者，多為大型製造業，不過隨著市場挑戰日漸嚴峻與自動化概念的逐漸普及，近年來自動化系統的導入速度已然加快，CIM與MES在製造系統的虛實整合技術已今非昔比，在智慧工廠與工業4.0等概念中的應用，將會逐步加深，因此要談CIM與MES，製造業的「智慧化」勢不可免。

小標：智慧化生產已有實例

製造業的智慧化趨勢主要來自消費性市場的改變，近年來消費性市場量大增，但產品類型不再是以往的少樣大量，現在的市場要的量依然大，但是樣式不再只有少數幾種，以人為中心的多樣大量需求，衝擊了整個製造業生態，客戶端開始大量參與製造，在此態勢下，製程可視化成為必須，傳統的讓硬體埋頭製造，已不敷市場所需，市場需要的是在成本不變(甚至是降低)態勢下，更有彈性的調節製程，製程的換線換料更快速，且設備運作更穩定，這種要求看似天方夜譚，不過其實早已有成功案例，即是全球自動化大廠西門子在德國Amberg的廠房。

此一廠房佔地10萬8,000平方呎，能夠從250家供應商所提供的16億個零組件，製造出950項不同產品，廠內的16條生產線每小時可製造出15萬個的電子元件，雖然位於高薪資的德國，但其生產產品與西門子位於中國南京的工廠相當，該工廠採用客戶下單生產，客戶訂單在下單後可於24小時內完成，產品交付可靠度達到99%，同時完全達到品質要求，此一工廠成立已有20年，這20年來在未擴廠的情況下，產能提高7倍，達到彈性、效率、客製化等目標，西門子Amberg的智慧工廠，有幾個特色，包括1.前台輕量化、後台重量化，2.管理創新、流程創新。

「前台輕量化、後台重量化」中的「前台」意指前端硬體設備，「後台」則是後端的管理系統，智慧工廠中必須讓前台的資訊含量輕化，不再把設備所產生的所有資訊都存放於前台，而是即時傳送到後端管理系統，如此一來前端自動化設備資訊量降低，回歸為純粹的工具，擁有重量資訊的後台，則可在充足資訊量與末端硬體設備控制權下，全權調度製造系統，資訊回歸後台，也可讓資訊容易被相關的E化系統所用，CIM與MES即是其一，CIM系統主要的的功能，是透過電腦功能整合製造現場中的所有環節，讓所有原料、設備的效益最佳化，藉此達到降低成本與提升產能兩個目的，「前台輕量化、後台重量化」的作法，將可使CIM系統的效益達到極致。

資訊的集中與可視化，也讓製造管理與流程得以全面創新，資訊的集中讓資料不再只反應製造現場的當下，而是累積成歷史資訊，透過歷史資訊，CIM系統可判斷生產系統的未來狀況，從而制定出最佳產能，例如增加新訂單時，CIM系統會自動查詢目前廠內所有訂單的交期，依其緩急自動排定各產線的生產流程，同時系統也會計算訂單所需的原物料，若物料不夠，則自動發出叫貨訊息給供貨商，將原物料成本控制在最佳化狀態。

從西門子Amberg工廠的作法，可以看出CIM在未來製造業所扮演的角色將更吃重，CIM系統將整合相關ICT技術，成為智慧工廠中的總指揮，包括物聯網、Big Data等概念，都被納入其中，資訊此一技術運用電腦網路通訊技術，在物聯網架構下，對生產環境時進行即時、動態的監控，因具備相關實體資訊與運算能力，能夠適應當下環境與進行優化決策。

小標：製造軟體 打造智慧化產線

除了CIM系統外，MES也會是智慧工廠虛實整合的要角，為了因應智慧工廠的彈性多變特色，現在MES廠商多將功能設計為模組化，導入企業可依本身所需選擇適合模組，組成合適系統。

與CIM不同，MES聚焦於產線環節的管理，透過各功能模組的組合，管理者可完整且即時掌握產線各環節的狀況，因此從效益面來看，產線規模越大、生產節點越多，導入MES的效益也就越大，以台灣某MES廠商案例來看，某台灣輪胎公司原先每條產線約需200名員工，良率僅有70%，導入該軟體廠商的MES後，每條產線的人力減少100人、良率提升至98%、效率提升20%、產值每年提升1.4億元，再觀察成本面，每條產線的擴線成本約新台幣3000萬元，在MES導入後，一年就可攤提完畢。

前文提到，智慧工廠將不會再製造統一的、毫無差別的產品，而是在同一流水線上，生產千萬種定制化產品，在輪胎公司也有相同的狀況，輪胎公司生產的輪胎類型雖仍以汽車為大宗，但不同車型需要不同尺寸的輪胎，即便是相同尺寸，胎紋也不盡相同，因此輪胎生產線的換線生產需求遠高於外界預估，而換線生產的系統資訊必須完全通透，方能使MES系統完整掌握各生產節點的資訊，藉以確保生產良率。

小標：專業分工 落實智慧工廠願景

觀察整體趨勢，未來智慧工廠將包括物聯網、虛擬工廠設計自動化系統整合、海量資料與雲端運算、智能設備與系統、機械人？手臂等5大領域，這5大領域的設備必須充分整合，智慧工廠的願景才能實現，除了製造現場的資訊外，前端的設計現在也被納入製造系統中，虛擬化設計平台就是其一，透過虛擬化設計平台，設計者可在系統建置前就先模擬出3D產線模型，讓設計者與建置企業先體驗工廠的產線布局，在設計初期建立雙方共識，避免建置後期因認知不同衍生出成本與時間的耗費浪擲。

針對智慧工廠的軟體布局，業者認為「智慧化」的說法與做法，業界雖沒有一致標準，不過仍有一定的共通點，也就是產線系統中各設備必須全面有效連結，「整合」智慧化的第一要件，只是設備整合往往是智慧化中最細瑣也最艱難的部分，而且涉及高度的專業知識，廠商必須自己來，其他協力廠商無法越廚代庖，因此業者建議，製造商若有意將產線升級為智慧化，可將心力放在底層設備的整合，至於上層的管理系統建置如CIM、MES，可以交給專業軟體平台廠商，以專業分工的方式，在短時間內建起智慧工廠。