工厂智慧化路线

       近年来，制造业面临的竞争日趋激烈，“智慧工厂”的发展，为厂商提出了新的方向，包括清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计画编排与生产进度等，都是业者提升竞争力及生产力所必须掌握的关键项目。

        整合平台及软硬体的共同发展，让系统整合制造更加完整；让工厂精确地管理原料、制程及产品，不但能够因此降低成本，此外亦能提升效能。制造的智慧化，让制程更加精确，亦确立了工厂自动化的新型态，向“智慧工厂”迈进。

        近年来，制造业面临的竞争日趋激烈，消费者的胃口瞬息万变，造成产品生命週期愈来愈短，客制化产品日趋多样，制造成本亦跟着难以控制；此外，更加复杂的其他因素变项，使得厂商必须随时面对不稳定的订单、少量多样的生产、生产良率的控制，以及备料库存压力等相关问题，从中寻求一个能够同时提升生产力及竞争力的关键策略，成为厂商有志一同的关切方向。

        “智慧工厂”的发展，为厂商提出了新的方向。包括清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计画编排与生产进度等，都是业者提升竞争力及生产力所必须掌握的关键项目。

        环顾工厂制造的发展历程，早期主要是让“人”来照顾机台；在自动化导入后，虽然建立大量标准化规则，并透过程式系统加以控制加工生产，但仍然需要“人”监视机台，制程资讯亦需要透过人工抄写，统计资讯内容亦不甚完整。

        一直到整合平台、软体、硬体及机台的共同发展，逐渐形成“智慧工厂”概念，才使得厂商从单纯的制造业，成为“服务型”的创新产业。

        智慧工厂技术 来自人工智慧研究 
        制造领域的智慧化，源自于“人工智慧”的研究。自1980年代起，人工智慧被引进制造领域，制造业各种智慧化的机械、制程以及系统等技术兴起，智慧制造技术尤其更加多元；此外，近年来包括系统平台、软体技术、感测系统及网际通讯等技术的突飞勐进，让智慧制造系统更加强大，甚至能跨越地域限制的远端控制，都是智慧工厂的技术展现。

        不可讳言，制造的全程中实现“完全的”智慧化，虽然并非完全做不到的事情，但现在的技术的确有些难度，只能期待遥远的将来。但这类早期用于高科技的智慧制程技术，是否可以用于传统产业的发展，这个传统以来多是劳力密集化的产业，是否也可以透过相关技术来完成“制造智慧化”，乃至于智慧工厂？

        回顾过去的制造系统演变，不难发现是需求的改变及新技术的引进，成为改变制造系统型态的主要驱动力。1970年代之前盛行“专用制造系统”，强调快速有效率生产单一产品，以满足市场的需求；但随着生产技术的进步，产品的生命週期随之缩短，传统的专业制造系统无法满足市场改变的脚步，于是在1980年代衍生出可程式化及多功能的“弹性制造系统”作为替代，使产品型态改变时，控制者仍可透过程式化介面，调整系统的功能。

        在1980至1990年代，制造系统建构的重点，从快速制造转换为“提升品质”及“降低成本”，这类思考也导致后来“精实制造”及“敏捷制造”蔚为主流；前者指制造活动所需资源减低，后者更进一步将企业组织与产品型态变动融为一体。1983年，人工智慧被带入製造业，成为工厂自动化的起源，至此之后制造系统智慧化的脚步，就一直没有断过。

        智慧制造的目标，简单来说，即是将人工智慧融入制造过程的所有环节中，系统直接可以自动监测生产线运作过程，亦可自动调整、自动组织，甚至“最佳化”在制程中整合设计、加工、控制及管理等过程，以适应外界或内部的变化环境。

        1989年，日本提出“智慧化制造系统”国际合作计画，从1992至1994年进行可行性研究，建立六项工业界主导的“可行性国际合作测试案例”，包括《流程工业洁净制造》、《全球化制造同步工程》、《21世纪全球化制造》、《全方位制造系统》、《快速产品开发》、《知识系统化》等智慧系统；此后经过10年的努力，包括日、美、加、澳、欧盟、挪威、瑞士及南韩等七大地区工业界、学术界及研究单位发展出的智慧制造技术的共通平台，以及21项研究计画，可将智慧制造系统大致归纳下列五项特征：

        一、系统具有自主能力：可采集与理解外界及自身的资讯，并以之分析判及规划自身行为。

        二、整体可视技术的实践：结合讯号处理、推理预测、彷真及多媒体技术，将实境扩增展示现实生活中的设计与制造过程。

        三、协调、重组及扩充特性：系统中各组承担为可依据工作任务，自行组成最佳系统结构。

        四、自我学习及维护能力：透过系统自我学习功能，在制造过程中落实资料库补充、更新，及自动执行故障诊断，并具备对故障排除与维护，或通知对的系统执行的能力。

        五、人机共存的系统：人机之间具备互相协调合作关係，各自在不同层次之间相辅相成。

        从智慧制造到智慧工厂，基本上系统的发展均依照这五项特征为基础，作为后续变化的支撑，而这些特征，也成为工厂自动化的重要特色重点。

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        除了解决人力需求 系统整合让制造更智慧 
        既然谈到“智慧”，工厂“自动化”的系统绝对是其中重要的角色。
        “制造智慧化”之所以蔚为风潮，主要的原因在于原物料价格飞涨，但产品的价格却因为竞争激烈价格未跟着上扬，厂商必须设法吸纳因原物料上涨所增加的成本负担；因此，让工厂精确控制原料、制程及产品，不但能够因此降低成本，此外亦能提升效能，制造的「智慧化」便成为工厂自动化的当务之急。

        另外，制造的智慧化亦是因应产能效率，以及人力成本等问题的解决方桉。早期的台湾制造商，面对逐渐高昂的人力成本，多以转向人力成本较低的大陆做为生产制造基地；但在近年来，随着大陆经济转型，人力成本也成为下一阶段的新负担。在大陆的厂商必须重新佈局设点，或转向内地，或出走他国，而仍留在台湾的制造业厂商，也同时再次面临着人口结构的改变。

        除了基层劳动力外，技术劳工的短缺也是相同的困境；不论任何地区，均促使产业界对生产自动化与智慧化的更高度期盼。

        因应人力成本所衍生出的“智慧制造”，指的是透过智慧机器与人所共同组成的“人机一体化”系统，制造系统在制程中，协助“人”进行分析、推理、判断、构思及决策等活动，通过人与智慧机器的合作，系统的功能再次延伸，取代人类在製造过程中原有的部份劳动与脑力，如此一来，“智慧制造”再次更新了制造自动化概念。

        目前来看，“智慧工厂”概念仍众说纷纭，如果就业界的产品布局来看，仍可归纳出一个共通定义，新概念工厂“智慧化”，主要可以包含“制程管控可视化”、“系统监管全方位”及“制造绿色化”三层面。

        从“制程管控可视化”来看，由于智慧工厂高度的整合性，在产品制程上，包括原料管控及流程，均可直接即时展示于控制者眼前，让控制者得以全盘掌握制程的现况，同时系统机具的现况亦可即时掌握，让控制者得以进行在控管制程的同时，减少因系统故障造成偏差。

        此外，制程中的相关数据均可保留在资料库中，让管理者得以有完整资讯进行后续规划，也可以依生产线系统的现况规划机具的维护；也因为资讯的整合，以之建立产品製造的“智慧组合”。

        “系统监管全方位”部份，由于智慧制造的设备，必须具有感知能力，以感测器做连结，系统可进行识别、分析、推理、决策、以及控制功能；这类制造装备，可以说是先进制造技术、资讯技术和智慧技术的深度结合。

        当然此类系统，绝不仅只是在工厂内安装一个软体系统而已，主要是透过系统平台「累积知识」的能力，来建立设备资讯及反馈的资料库。这不但可掌握产品完成之时程，亦可提供更进一步服务，从订单开始，到产品制造完成、入库的生产制程资讯，都可在资料库中一目了然；此外，在遇到制程异常的状况，控制者亦可更为迅速反应，以促进更有效的工厂运转与生产。

        在“制造绿色化”方面，除了在制造上利用环保材料、留意污染等问题，并与上下游厂商间，从资源、材料、设计、製造、废弃物回收到再利用处理，以形成绿色产品生命週期管理的循环，更可透过绿色ICT的加值应用，延伸至绿色供应链的协同管理、绿色制程管理与智慧环境监控等，协助上下游厂商与客户之间共同创造符合环保的绿色产品。

        智慧工厂早期多注重在“制程”的智慧化，这主要是来自于高科技产业的快速发展；透过电脑平台系统，直接监控机台及生产线，适合应用在较为精密的产业上；此外像是半导体晶片等相关制程，多需要在极度洁淨的无尘环境工作，“人”的变因反而有可能造成产品制程复杂化，因此「自动化」乃至于“智慧制造”成为这类高科技厂商的最佳选择。

        因此，从系统架构来看，智慧制造可以将整个系统分为“全方位制造系统”、“可重组智慧系统”以及“智慧化维护系统”三个组合。

        毫无疑问，智慧制造的确是自动化的未来发展方向。在制造过程的各个环节，几乎都可广泛应用人工智慧技术，像是专家系统可以用于工程设计、工艺过程设计、生产调度，以及故障诊断等技术；亦可将神经网路和模糊控制技术等先进技术，应用于产品配方、生产调度等流程，实现制程智慧化。