從自動化到智慧化，製造業者獲利

近幾年來，只要是從事製造生產業務的企業，都曾聽聞某大電子製造業龍頭，誓言部署百萬機器人大軍，終至發展出可關燈生產的無人工廠，隨著此一效應推波助瀾，已迫使由來許久的「自動化」工控年代，處於即將邁向「智慧化」工控年代的轉捩點。

論及智慧工廠，暫且撇開其各方對於此一名詞定義之詮釋，是否有所不同，事實上，台灣絕大多數的製造業者，不僅都具備智慧工廠的雛型，而且存續至今的時程，其實相當久遠。

許多工廠，即使被歸類在傳統產業，其實早在10年、甚至20年之前，就開始導入自動化，普遍常見的景況是，在前端引進PLC整合控制設備、感測器等裝置，後端則佈建了具備資料蒐集功能的電腦，再運用諸如「模糊演算法(Fuzzy Control)」等即時控制方式，藉以追求工廠運作之最適化。

透過此類模式，有助於將原本單工型態的作業環境，藉由中斷分時方式，模擬成為多工環境，藉此達到效能提升的效果，某種程度上，要將之稱為台灣智慧工廠的先驅，其實並未言過其實。

只不過，若僅借助自動化，多半可使工業製造流程滿足效率層面的需求，但假使業者欲隨時因應市場需求，亟盼能彈性調整產能、促進空間有效利用，並有效降低生產成本，種種願景，實已進入智慧層面的格局，並無法單純倚靠自動化技術來加以實現。在此前提下，如何運用有效的智慧化手段，繼而管理自動化設備，已然成為製造企業不容迴避的重大課題，值此盤旋待變的時刻，物聯網(The Internet of Things；IoT)技術即顯得相當重要。

究竟一個植基於物聯網技術的智慧工廠，大抵呈現何等樣貌？首先，在智慧工廠環境內部，通常會有一套名為「資料採集與監控系統(SCADA)」的系統，旨在作為監控及控制所有設備的集中式控制台，假使沒有此系統，就會有一群分散在特定區域，並許多系統組合而成的分散式控制系統(DCS)。

在此之中，絕大部分的前端控制，係由遠端終端控制系統(RTU)或PLC負責進行，主系統一般僅肩負系統監控層級的控制任務。舉例來說，針對空調系統，即由PLC負責控制主機及冷卻水塔的容量與流量，至於SCADA系統，則提供一個可供變更設定的操作機制，俾使操作員改變容量或流量的目標值，一旦將需要告警的條件設定妥善，日後萬一出現水位偏低、流量不足乃至於溫度過高等情況，PLC或RTU就會運用回授控制的方式，藉以控制流量或溫度，與此同時，SCADA仍將全程監控系統的整體效能。

實現智慧感測的必備技術
總括而論，要想建立一個智慧工廠情境，先決條件即是讓製造流程具備智慧判斷的能力，而此一能量的來源，基本上來自於儀器、儀表、感測器等控制系統，這些都是不可或缺的基礎構成要素。綜觀近幾年來儀器、儀表的智慧化發展，主要是以微處理器及人工智慧技術為發展主軸，主要是藉由神經網路、遺傳演算法、進化計算、混沌控制等智慧技術，為儀器與儀表增添了高速、高效、多功能、高機動性、高靈活度等特質。

比方說專家控制系統(ECS)，即是一種融合大量專門知識與經驗的程式化系統，其透過人工智慧與電腦運算技術，足以根據某領域一或多個專家所提供的知識與經驗，從而進行推理判斷，並模擬人類專家的決策過程，以便能解決一些原本需要專家介入的棘手難題。

至於模糊控制器(FC-Fuzzy Controller)，也是智慧工廠相關技術當中，另一個值得矚目的焦點。模糊控制技術具有處理不確定性、不精確性及模糊資訊的實力，意即面對無法建造數學模型的被控過程，往往可適時提供有效控制，解決一些常規控制所鞭長莫及的難題，緣於此故，就工業控制領域而論，模糊控制確實逐漸獲得廣泛採用。

當然，IoT蘊含了感測、傳輸及應用等三個層次，因此意欲實現智慧工廠應用，除了建構智慧感測機能外，另外也須留意兩個重要趨勢，一是「控制系統的網路化」，另一則是「工業通信的無線化」。首先在於控制系統網路化部分，不可諱言，伴隨工廠製造流程所連結的嵌入式設備愈來愈多，以致於最佳的因應之道，就成為透過雲端架構來部署控制系統，但值得注意的是，肇因於影像與語音等挾帶較大資料量的訊號不斷增加，對於傳輸效率、網路頻寬的要求，在在都是嚴苛考驗，只因生產流程容錯空間甚小，任何經由網路傳遞的封包資訊，實不容許絲毫閃失，在此情況下，哪些資料理應優先傳送(譬如設備故障訊息)，哪些資料可容後傳送(譬如電子郵件)，勢必都得取決控制系統的智慧判斷能力。

有關工業通信無線化，亦是近幾年來智慧工廠領域之中的熱門話題，其之所以備受關注與討論，乃在於無線技術在部署的便利性上，明顯較過往有線技術佔有優勢，然值得一提的，不管是藍牙、Wi-Fi、GPS、LTE或WiMAX等無線通信標準，無論在於可靠性、確定性、即時性甚或相容性等方面，其實都還有進步的空間，因此綜觀現今以智慧功能為訴求的儀器、儀表或其他自動化設備，在內嵌無線傳輸功能之餘，仍無法全然切斷其與有線網路技術的臍帶。

憑藉智慧感測　既興利也可除弊
無論如何，不管透過何種技術建立智慧工廠，終極目的皆在於獲得效益，否則台灣製造業屹立國際舞台已非一天兩天之前，過去停留在「自動化」階段，就已能虎虎生風，何必為了「智慧化」而多此一舉。

事實上，一些開始導入智慧感測技術的製造業者，已明顯感受到前所未見的好處。例如某家以生產民生用品為主的製造商，即透過佈建於生產線前端的感測器，得以精準掌握其所生產的每一項商品，究竟耗用了多少電、水或糖等資源，從而精準估算各項商品的真實成本，終至反應到訂價策略，在成本與利潤之間找到最佳平衡點，也帶動了營運績效的上揚。

值得一提的，該公司在精確獲悉資源消耗情況之餘，也順勢掌握了二氧化碳的排放資訊，因而針對政府日後可能施行的碳盤查制度預作準備，對於企業形象，亦具有加分效果。

另一製造業者，當初導入智慧感測技術的初衷，只是為了節約用電成本，然而在運用過程中，其高層主管透過歷史數據的分析比對，發現旗下某廠區的一組生產機台，近期耗電量異常飆高，但當時並非生產旺季，機台運轉時間並未較平時增加，尤其到了周休二日，高能耗情況仍舊有增無減，種種跡象，顯示該機台已呈現不合常理的狀態。

於是乎，這名主管合理懷疑這台設備已經出現故障，才會產生異常耗電現象，接著迅速接洽供應商，請其指派工程師到場檢修，結果證實該設備的確有失靈現象，若不儘速加以修復，未來兩個月內隨時可能停擺，進而對生產作業釀成嚴重衝擊，後果不堪設想，所幸在緊急修復後，一切回歸正常，及時遏止一場災難。