整合物聯網技術 為自動化升級智慧製造關鍵

生產製造現場環境複雜，必須透過生產機具整合感測元件與技術，準確掌握生產現況。Daimler AG

自動化生產發展時日已久，相關技術方案成熟完整，反而是日趨熱門的智慧化製造概念與方案眾說紛紜，其實智慧化生產可以視為自動化的再延伸，透過更完整的IoT技術整合，讓工廠可以精確掌控物料、製程，進而達到降低成本目的…

在原物料成本飛漲、人力成本越來越高的環境下，甚至在產品終端市場也正面臨著激烈的價格競爭，因應不景氣的環境，製造商必須積極吸納因物價波動增加的製造成本，也必須積極控制人力支出，因此，可以讓工廠精確掌控物料、製程、降低製造成本的智慧製造方案，已經成為自動化工廠進階升級的關鍵。

高科技產業 最早投入智慧生產應用

一般來說，早期智慧工廠相關解決方案，方案供應商大多著眼於生產製程的智慧化升級，其實這主要是因為高科技產業的自動化升級經驗而來，因為晶圓或是資？通訊產品早期的自動化產線，大多是透過電腦平台監控生產機台與產線進行生產製造，例如半導體製程需在無塵室環境進行加工，高精密度的資通訊設備也需在相對潔淨的環境進行加工製造，有工作人員介入製程反而形成產品的良率風險，對高科技生產需求來說，由自動化進階智慧化的製造升級，已是高科技產業無法忽視的產線升級項目。

此外，製造智慧化也是因應越來越吃緊的人力、薪資成本上揚等環境問題的最佳解決方案，因為，早期加工製造商使用的人力成本相對低廉，在人力成本低廉的環境下，業者較傾向運用低廉人力取代自動化生產，但現在人力成本逐年墊高，即便製造業者紛紛轉往大陸、東南亞等人力成本較低的區域設廠，但對未能將產線移出的製造者來說，即必須積極改善原有製程規劃，善用智慧生產壓低人力需求，同時提升生產效率，產業界也對智慧生產寄予高度期盼。

智慧生產方案多元  自動化生產應用再延伸

但先前也有提到，目前產業對智慧生產的概念方向多元，相關解決方案著眼的重點仍在製程自動化的再延伸，智慧化生產的核心概念仍偏模糊，加上一般智慧化產線改善仍會被多數人與自動化產生混淆，智慧化與自動化最大的差別其實相當單純，基本上自動化生產只是單純簡單的操作控制，而智慧化生產則是在控制端點加上感測器進行資料採集，在產線現場採集回來的資料即時傳送至後端資料庫整合，系統管理機制再依據取得資料進行分析、決策進而主動變更自動化生產程序，智慧化的技術整合深度較自動化更繁複、難度更高，但智慧化生產機制整合得宜，將可為產線的料件管控、生產效能大為提升。

而智慧化生產能成功的關鍵在於控制端整合的感測器，透過感測器即時記錄生產線的動態，而產線匯集的資料再經資料庫記錄後，其實可以發揮的功效就相當驚人了，例如透過設備本身的感測器紀錄可以將故障發生前後的數據調閱分析，找出製造機具一般性故障可能產生的原因，針對問題點進行設備優化改善，而往後只要有近似的故障前徵兆線索出現，也能在產線出現可疑故障之前即時進行機具檢修，達到生產設備可具備自我診斷的功效。

智慧生產需有平台概念進行整合

但智慧化生產看似概念簡單，但實際進行設備與智能機制整合，就沒有這麼容易了，因為生產線規劃需由自動化設備製造商進行大量客製設計，加上智慧系統整合也進一步增加了客製系統的複雜度，而智慧製造也必須搭配整體解決方案進行整合，例如需在底層銜接工廠廠務自動化、工廠能源管理整合、生產設備自動化等緊密結合。

而在底層的工廠廠務自動化中，現有的自動化生產機具、平台，大多僅具備自動控制功能，若要將設備升級智慧化生產架構，在生產機具的底層資料擷取功能就成為智慧化生產升級關鍵，底層的生產機具產生的大量資料紀錄，也必須與MES(Manufacturing Execution System)、ERP(Enterprise Resource Planning)後端管理系統銜接，生產現場的智慧分析、決策的參考資源才會有足夠的分析資料，進而提升智能系統的決策品質。

銜接廠務自動化 智慧生產架構更趨完整

在廠務自動化有幾個基礎核心功能，例如生產系統動態模擬、歷史？即時資料趨勢圖示、圖形化操作介面、生產資料擷取紀律、資料即時分析與報表產生管理系統等，由這些基本功能模組組構廠務自動化所需的功能應用架構。在多數生產組織與管理e化環境中，主要由透過ERP、SCADA(Supervisor Control And Data Acquisition)/HMI(Human Machine Interface)、MES進行系統架構，ERP為以料件、原料需求或生產資源進行生產管理，SCADA則為監控管理生產現況，MES為銜接自動化生產機具、設備，透過ERP、SCADA與MES緊密結合，建構智慧生產系統。

簡單說SCADA/HMI系統，即為透過電腦或是PLC(programmable logic controller)終端與使用者介面整合資料擷取與程序控制應用，例如若要蒐集工廠生產現場的各處環境資訊(如溫？濕度)，可以透過部署在生產機具上的感測器進行監控、記錄，再經由一部監控設備進行環境參數檢視，當生產現場有溫？濕度環境異常變化時隨時透過系統進行處理，歸納SCADA/HMI系統必須有自動記錄感測資料、即時資料趨勢圖表、歷史資料趨勢圖表、警示告知或是警示狀況記錄、數據報表產生、圖形化介面操控等。

生產機具智能加值  有助強化生產管理

至於MES其實可視為ERP的延伸，使用目的在協助生產管理人員蒐集產線現場資料，同時用以管控製造流程之用，應用目的為改善製程與提高生產效益之用，MES為採集生產線的大量即時資料，透過智慧化系統平台的資料處理整合後，將採集的大數據資料轉換成有意義的資訊，再透過工廠網路快速即時傳遞到各生產單位，使得每個生產單位都能準確掌握生產的即時訊息。

多數工廠或是企業，導入MES主要為滿足生產管理、產品品質管控與記錄生產資訊等目的，導入MES系統後，對原有僅具備自動化的生產現場有相當多的助益，例如，原有生產現場每日產生的大量資訊未能被生管所善用、製造現場必須使用大量文書紀錄數據、生產問題無法即時反饋等，而有MES整合也可有效改善作業流程，透過更多現場資料整合分析後，提升品質與增加生產效能。

工廠智慧生產範疇，在近來環保議題持續發燒，不僅要求節能來節約生產成本，節約生產耗能也可對環境更為友善，節約生產耗能已成為製造業相當重要的議題。透過佈署更縝密的資訊架構系統，搭配從資源材料、產品設計、加工製造與廢棄物回收處理機制，進行綠色產品的生命週期管理，搭配綠色製程管理與環境智慧監控，在從生產所需的原物料都能積極關注環保議題，建構從上、中、下游均能符合環保要求的智慧生產機制。

而先前提過在生產設備積極整合感測器進行資料採集，所採集的生產資訊也能與工廠的能源管理進行整合，透過物聯網(Internet of Things；IoT)的技術導入，不僅在設備端全面建置部署感測器，將生產機具提升智慧生產能力，搭配工廠網路佈建連結各生產機具、控制終端，使得生產資訊可在智慧平台將大量資料彙整成有價值的生產資訊，在智慧化的終端與平台積極整合下，建構更完善的智能生產機制。