從工業(yè)4.0到智慧工廠

　　德國工業(yè)4.0的發(fā)展最終目標就是智慧工廠，其中最重要的就是網(wǎng)宇實體系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems，CPS）的導入。CPS為一整合運算、網(wǎng)路通訊與實體環(huán)境于一體的多維度復雜智慧系統(tǒng)，也就是利用結合后端運算平臺、現(xiàn)場感測器與致動器，在物聯(lián)網(wǎng)的基礎架構下進行實時（Real-Time）的動態(tài)控制與服務。

　　CPS技術可進行編程、記憶與儲存能力，并可結合感測器和通訊技術，嵌入CPS的實體設備可連結到網(wǎng)路，不同于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)只著重在計算能力，CPS也可讓實體設備同時具有通訊、精準控制、遠程協(xié)同與自主反應運作。

　　該技術讓實體設備得以更智慧化，機器與機器（M2M）間可進行獨立交換訊息、觸發(fā)行動與相互控制，不但大幅改善制造過程、材料用生產(chǎn)過程、工業(yè)用工程，也讓供應鏈與生命周期管理更加有效率。

　　賦予機器設備智慧化后，更重要的是如何與人進行人機協(xié)同合作，當自動化開始進入工業(yè)時，許多人擔心是否原有人力將會大幅刪減，但智慧工廠將是人與機器協(xié)同合作的情境，機器主要處理的多為單純操作、繁瑣且耗費許多人力成本的工作內容，而人則逐漸轉變?yōu)楣芾砼c決策者的角色；也就是說，自動化與智慧化只是為了讓人能夠有更多時間，進行更有目標性與創(chuàng)新性的內容，因此智慧化并不會造成人力的大幅刪減。

　　智慧化應符合工廠需求

　　然而，智慧化過程并非一蹴可及，必須先思考自身需求及先后順序。以半導體廠為例，要獲利必須要有先進技術、高良率、高設備使用率、生產(chǎn)線持續(xù)運轉、成本控制能力等，但要有領先技術并擁有獲利機會，則是建立在廠房的安全及環(huán)境永續(xù)上，因此半導體廠的防災與安全設計就成為智慧工廠相當重要的首要建設項目。

　　半導體廠最害怕的就是遇到地震，因此對防震會針對不同大小程度的地震進行不同程度的預警與防護程度，如臺積電利用光纖網(wǎng)路能夠事先知道較遠處發(fā)生地震，評估是否有可能造成廠內損失，利用光纖網(wǎng)路傳送速度遠高于震波的特性，能夠在震波到達的數(shù)十秒內及時做出判斷，并連動通知廠內所有相應設備進行反應與相關安全措施。

　　半導體廠對安全的要求主要是來自保護自身主要獲利來源資產(chǎn)，因此對防災安全的要求不能有所讓步。另一方面，對人員進出亦有相當高的要求，門禁監(jiān)控設備與保全系統(tǒng)的連動與輔助機制對于半導體廠而言相當重要，如利用人臉辨識進行黑白名單的篩選，高清畫質影像則利用H.264、H.265編碼標準進行即時傳輸，利用預警通知輔助既有的保全人員系統(tǒng)，大幅降低處理時間及提升處理事件能力。

　　除了上述的智慧防災與智慧安全監(jiān)控外，多數(shù)廠商更在意產(chǎn)品品質及節(jié)能部分的智慧化，廠商最先遇到的問題就是無法知道舊有設備的使用狀態(tài)，往往必須等到設備已經(jīng)出現(xiàn)問題時，才能進行后續(xù)維修與更換。因此，若是能了解設備使用狀態(tài)，就能進一步了解設備的使用效率與耗損程度，并在發(fā)現(xiàn)有所變異時，即時得知有問題發(fā)生，若再增加紀錄功能更能進行長期監(jiān)控，不但能夠降低各種維修或事后彌補成本，收集到的數(shù)據(jù)也能作為管理策略的根據(jù)。

　　工廠的4大智慧化途徑

　　從上述幾個例子可看出智慧化不外乎4部分：硬體、軟體、運算能力及后續(xù)分析。硬體部分有終端、感測、通訊、顯示、監(jiān)控等，以通訊為例，未來智慧工廠的無線傳輸將以ZigBee為主流，其優(yōu)勢在能夠建立大量節(jié)點且能節(jié)省更多耗能，而基礎網(wǎng)路設施仍是透過相當成熟的乙太網(wǎng)路進行資訊傳輸。

　　軟體部分則如監(jiān)控的人臉辨識、共通的通訊協(xié)定及互通的管理平臺；運算能力與后續(xù)分析則有賴于云端的建立與導入，云端運算與大數(shù)據(jù)分析對智慧工廠的運作模式相當重要，前述提到的偵測設備使用狀態(tài)與發(fā)現(xiàn)異狀并事先預警，即應用大量歷史資料進行比對，再進行未來行為推測的預測機制。

　　大數(shù)據(jù)及云端運算的建置通常非多數(shù)廠商所專業(yè)，如已推出多年的Hadoop，其生態(tài)系統(tǒng)相當龐大，普通廠商往往難以了解該如何應用或更新最新技術，也因為如此，目前大數(shù)據(jù)的應用讓許多廠商仍難以抉擇是否要投入。

　　但事實上大數(shù)據(jù)分析早已成為世界趨勢，不論是智慧聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)，前端感知層及中間通訊層的建立再如何完善，若是缺乏最后的運算層進行趨勢與商業(yè)分析，那物聯(lián)網(wǎng)與智慧聯(lián)網(wǎng)就不能稱為成功，廠商也只是徒增硬體與軟體上的成本而已，對真正改善廠商的運作流程完全沒有幫助，尤其在工業(yè)與制造業(yè)已經(jīng)逐漸再次獲得政府與企業(yè)界青睞之后，大數(shù)據(jù)商業(yè)分析將會是真正邁入下一階段的最佳利器。