打通虛實整合脈絡 大步邁進工業4.0

國際知名的大數據專家李傑曾說，工業4.0重點不在於改造工廠，也並非購置機器人，而是改變觀念思維，致力填補客戶的需求缺口。來源：Industriall-union.org

兩年一度的歐洲工具機大展(EMO)，於2017年9月在德國漢諾威盛行，由於EMO堪稱機械產業盛事，全球相關業者皆齊聚在此，故對於世界五大工具機製造國之一的台灣而言，EMO算是商機拓展的重要場域。本屆EMO吹起工業4.0、數位化生產風潮，將主題定調為「物聯網促進智慧生產」。

為呼應大會主題，參展的台廠精銳盡出，譬如已躋身全球前三大CNC工具機集團的友嘉，便大舉展示多條工業4.0示範線。近期將「工業4.0」列為展示主題之例，並不僅有EMO大展，不久前於台灣舉辦的世界資訊科技大會(WCIT)，也特別規劃「台德工業4.0暨物聯網」、「智慧製造的創新實踐」等論壇活動，探討工業4.0的最新脈動與未來展望；當然，同樣在不久前落幕的「2017亞洲工業4.0暨智慧製造系列展」，更稱得上是史上少見大規模的工業4.0、智慧自動化展示平台。

由此可見，儘管工業4.0議題已被談論多年，熱度仍有增無減。某家在電源管理、散熱等領域夙負盛名的台灣電子製造大廠，誓言朝向工業4.0目標積極邁進，全力推動生產自動化，擬以機器人取代產線人員，期望在5年內縮減九成人力。

綜上所述，多數人對於工業4.0的認知，不外乎就是機器人、智慧機械、自動化，基於工業4.0概念形成的智慧工廠，即是無人工廠或關燈工廠；殊不知這些對工業4.0的種種詮釋，似乎都有瞎子摸象意味，只因台灣一向擅長大量生產、代工製造，製造業者的思路多圍繞在技術、製造或是產品等環節，已然根深蒂固，也難免影響業者對於工業4.0的解讀方向，未能命中工業4.0核心精髓。

工業4.0不等於自動化  亦非機器人

國外專家曾說，工業4.0就是藉由虛實整合，即時彙集並分析終端用戶的需求，藉以驅動生產、服務甚或整個商業模式的創新；言下之意，台灣企業關注的技術、製造乃至產品，在工業4.0之中都僅是手段而非目的，重點在於藉由實現全自動化、個性化、彈性化、自我優化的高效率生產模式，做出最能滿足個別消費者期望的產品，並隨著產品提供高值化服務。欲實現工業4.0，絕對不只是導入工業物聯網、啟用機器人或推動產線自動化即可了事，還需要深度轉變商業思維與商業模式。

說起工業4.0或智慧製造，人們腦海中立即浮現的最佳場景，即是西門子的安貝格(Amberg)數位化工廠，持平而論，這座工廠確實展現了諸多有別於其他工廠的能耐，被喻為地表中最接近工業4.0的典範工廠，並不為過。

安貝格工廠有能力生產千餘種不同型號的產品，每個月可量產多達100萬個可程式設計邏輯控制器(PLC)，等於每秒就產出一個控制器，倚靠生產設備與電腦就可自主處理高達75%的製程工序，意即僅有25%的工作仍需透過人力來執行，而這些人工負擔多集中在生產過程的前端，例如將裸電路板放置到生產線上，爾後一切運作皆自動化執行。

除此之外，Siemtaic生產執行系統每天產生並儲存高達5,000萬條生產過程數據，而工廠的出錯率僅為「12 dpm」，也就是每生產100萬個產品，最多只有12個瑕疵品，產品合格率高達99.9988%，首檢通過率達到99.5%水準；放眼全球，幾乎可確定其餘沒有任何一間廠房的缺陷率，能像安貝格工廠如此之低。另一方面，安貝格工廠的設備可用率恆常超過85%，每年所服務的客戶數量可達到60,000家之多。

讓人不禁好奇，安貝格工廠之所以表現突出，背後究竟是基於何等助力？主要關鍵在於「融合」，即是讓實體的製造世界，與虛擬的製造世界，真正融合在一起，所以在產品生命週期的不同階段，各自對應的不同工作單位，接受到的資訊完全相同，且完全不需經由人力或傳統媒介進行資訊的拋轉，如此各部門便可輕易藉由數位化手段完成自己的工作，使得產品生命週期當中每一個里程碑，皆猶如行雲流水般一步接著一步地精準推進。

前述的完全融合，建立在一個必要的基礎，乃是產品生命週期(PLM)、製造執行系統(MES)，與全方位整合自動化(TIA)等關鍵技術彼此間的高度整合。

對於工廠，不管論及智慧製造或傳統製造，環顧整體價值鏈，都不脫離幾個必要環節，依序是產品設計、生產規劃、生產工程、生產執行、服務，簡言之即包含了產品設計、製程規劃、生產等三大段落。

以三大段落而論，位居最前段的產品設計，以及最末端的生產，長期以來各自都有頗為好用的輔助工具，產品設計部份有CAD/CAM/CAE，至於生產方面，則有製造現場控制系統(Shop Floor Control；SFC)，藉以確保製品(Work In Process；WIP)的數量管控與轉移，反觀位居中間段的工程製造規劃，一直以來未有適當的輔助工具，以致數位化程度相對低落。

單一資料骨幹  貫穿開發到生產所有階段

影響所及，經由產品設計階段產生的數據，必須透過傳統的溝通媒介，例如電話、紙張、電子郵件、Office文件等，再搭配一些轉檔工具，才能輾轉進入生產段，不僅傳遞效率低落，也經常產生失誤，導致重工、品質不符預期、交期延誤等負面因素揮之不去，也讓企業念茲在茲的Time-to-Market進程，始終沒能有效縮短；可想而知，如果企業任由此情況持續發生，代表自動化、數位化的底蘊明顯不足，根本不可能實現工業4.0。

為解決此一難題，安貝格工廠很久之前即導入MES，統合控管產品在生產線上的各種即時資訊，因而讓產線的靈活性大幅提升；比方說一條自動化產線上若有9個工位，以往每個工位都必須配置1名作業員，每人各就各位共同產製同一種產品，在加入MES後，每位作業員可同時兼顧3個工位，各自生產不同的產品。

儘管隨著MES的導入，有助於生產效率的顯著提升，但基本上仍不脫離「批量」觀念，距離真正訴求少量多樣的大規模定製，仍有不小差距。因此安貝格工廠後來推動一個更重要的進化工程，決定以PLM軟體作為單一資料骨幹，建立一條貫穿設計、製程到生產造所有階段的共同數位線(Digital Thread)，確保設計師、開發人員、製造工程師、生產專家及服務支援團隊等不同角色，彼此間皆能共享一致的資料來源，不會再因為所用工具的不同而有所差異，更不需要再仰賴人力居間溝通或轉檔，光做到這一步，在製造業領域即算是重大突破。

然而該工廠厲害之處尚不僅止於此，還導入整套製造運營管理(MOM)機制，裡頭除了MES外，另包括R&D平台(用於簡化配方產品的R&D流程，確保最終設計一致移轉至製造階段)，以及先進計畫及排程(APS)、流程視覺化及監控、品質管理系統，再搭配BOP及虛擬製造模擬。

透過這些數位化基礎，該工廠徹底實現數位雙胞胎(Digital Twin)願景，可以不停針對製程或產線的規劃設計結果，進行虛擬模擬與調試，而非實體的模擬測試，因此速度快且成本低，更能輕易去除掉任何一個潛在的閒置或浪費因子，順勢充分實踐了工業4.0強調的虛實整合系統(CPS)精神，此例相當值得台灣製造業借鏡學習。