智慧製造利用先進(jìn)製造技術(shù)，透過AI、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、雲(yún)端、邊緣運(yùn)算等技術(shù)所提供的解決方案，將生產(chǎn)過程代入智慧化製造模式，根據(jù)客戶需求客製化產(chǎn)品，一躍成為工業(yè)4.0的要角。

在疫情持續(xù)延燒下，持續(xù)推升非接觸與數(shù)位轉(zhuǎn)型需求，2022年已經(jīng)看到物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合5G、邊緣運(yùn)算、AI等工具打造虛實(shí)整合系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS），數(shù)位孿生（Digital Twin）技術(shù)則被運(yùn)用於智慧製造、智慧城市等垂直領(lǐng)域，隨著環(huán)境、場(chǎng)域與設(shè)備之間的交互影響變得越來越複雜，各類數(shù)位技術(shù)也加速發(fā)展，擴(kuò)大部署及運(yùn)用範(fàn)疇，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭配3D感測(cè)技術(shù)、VR、AR等遠(yuǎn)端作業(yè)，打造元宇宙（Metaverse）發(fā)展架構(gòu)，帶動(dòng)智慧工廠解決方案更為多元化。

工研院產(chǎn)科國(guó)際所副組長(zhǎng)熊治民指出，可應(yīng)用於智慧製造的科技相當(dāng)廣泛，如ICT、資料科學(xué)及先進(jìn)製造技術(shù)，許多技術(shù)仍在持續(xù)發(fā)展與進(jìn)步中。近年來發(fā)展較為快速的智慧製造相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用包含感測(cè)、智慧機(jī)器人(特別是協(xié)作機(jī)器人與自主移動(dòng)機(jī)器人AMR)、積層製造(3D列印)、人工智慧(AI)、5G通訊、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與雲(yún)端平臺(tái)、數(shù)位模擬與分析，以及擴(kuò)增實(shí)境(AR)等。

「預(yù)估2022年製造業(yè)仍受COVID-19疫情影響，進(jìn)而推升自動(dòng)化、數(shù)位化、智慧化、遠(yuǎn)距化等方面的應(yīng)用需求，前述相關(guān)技術(shù)也會(huì)在智慧製造應(yīng)用方案中持續(xù)發(fā)展。」

圖一 : 工研院產(chǎn)科國(guó)際所副組長(zhǎng)熊治民。(Source：工研院產(chǎn)科國(guó)際所)

2022年除了自動(dòng)化需求持續(xù)增溫外，隨著遠(yuǎn)距工作與服務(wù)模式應(yīng)用需求度提升，雲(yún)端、AR/VR/MR、5G應(yīng)用等領(lǐng)域也會(huì)持續(xù)增溫。此外，推動(dòng)淨(jìng)零碳排已成為製造業(yè)不可避免的全球趨勢(shì)，急需借助智慧感知、IoT、AI、數(shù)位孿生(Digital Twin)等技術(shù)，以及碳排放計(jì)算、能源與資源使用優(yōu)化、供應(yīng)鏈運(yùn)作優(yōu)化等技術(shù)，以提供更多適合的解決方案，在各方需求帶動(dòng)下，也會(huì)同步加速智慧製造的覆蓋率。

至於智慧製造應(yīng)用場(chǎng)景則包含智慧工廠中的人(工作效能與安全)、機(jī)(運(yùn)作最佳化、設(shè)備預(yù)測(cè)維護(hù))、料(品質(zhì)管理)、法(製程優(yōu)化)、環(huán)(安全)，以及供應(yīng)鏈運(yùn)作管理(供需預(yù)測(cè)、決策最佳化)。

智慧製造潛力股：數(shù)位孿生

前述科技發(fā)展或應(yīng)用中，數(shù)位孿生(Digital Twin)的發(fā)展及應(yīng)用相對(duì)亮眼。熊治民認(rèn)為，數(shù)位孿生在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、製造、使用等全生命週期都具有極大的應(yīng)用效益與發(fā)展?jié)摿Γ兄s短產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證及產(chǎn)線規(guī)劃時(shí)間，可提供生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)線、工廠即時(shí)運(yùn)作最佳化，增加設(shè)備、產(chǎn)線的可用性，提供客戶創(chuàng)新服務(wù)與支援，同時(shí)引領(lǐng)各種商業(yè)模式的創(chuàng)新。

國(guó)際市調(diào)機(jī)構(gòu)MarketsandMarkets報(bào)告預(yù)測(cè)，2020-2026年，全球數(shù)位孿生市場(chǎng)規(guī)模CAGR達(dá)58%，2020年全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá)31億美元，2026年將成長(zhǎng)至482億美元。然而，數(shù)位孿生需要整合感測(cè)、IoT、AI、AR、5G、先進(jìn)模擬分析等多種科技，在應(yīng)用推廣上仍有一定限制。

由於應(yīng)用價(jià)值巨大，工研院產(chǎn)科國(guó)際所認(rèn)為數(shù)位孿生是極具發(fā)展?jié)摿Φ闹腔垩u造技術(shù)，而且能促進(jìn)其他智慧製造技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)散。國(guó)內(nèi)外都有許多使用Digital Twin的案例，包含航太、汽車、工具機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備與產(chǎn)線等。

智慧製造需要克服的4個(gè)問題

雖然智慧製造在各項(xiàng)先進(jìn)科技助攻下可望加速發(fā)展腳步，但在實(shí)際發(fā)展上仍有四大問題有待克服。熊治民指出，製造業(yè)者在快速變動(dòng)環(huán)境下以四大發(fā)展為目標(biāo)：控制成本與創(chuàng)造利潤(rùn)、持續(xù)提升客戶滿意度/為客戶創(chuàng)造新價(jià)值、維護(hù)員工價(jià)值，以及擔(dān)負(fù)社會(huì)責(zé)任。

實(shí)現(xiàn)前述四大目標(biāo)的重要方法就是智慧製造，「智慧製造的核心價(jià)值包含在製造場(chǎng)域中的決策輔助與生產(chǎn)過程、設(shè)備運(yùn)作自主調(diào)適及最佳化。」比方可以透過資訊可視化協(xié)助人員解決問題、預(yù)測(cè)趨勢(shì)、制訂方案，或者可以藉由AI及Digital Twin，協(xié)助生產(chǎn)線針對(duì)各種變化而自主調(diào)適因應(yīng)，達(dá)到效能、成本最佳化的目標(biāo)。

智慧製造持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)不變，但是，隨著功能要求與技術(shù)的成熟，在不同階段會(huì)有不同的主要目標(biāo)，以及需要克服的困難。熊治民觀察，產(chǎn)業(yè)界在推動(dòng)智慧製造發(fā)展時(shí)最常遭遇到的困難包括發(fā)展目標(biāo)與具體需求不明確，由於不容易進(jìn)行投資報(bào)酬率評(píng)估、缺乏可用方案與合作廠商資訊、資金不足、軟硬體等基礎(chǔ)建設(shè)及相關(guān)資料與工作流程無法配合，加上專業(yè)與跨領(lǐng)域人才及人力不足、人力缺乏統(tǒng)合等，這些因素都會(huì)影響企業(yè)主投入與推動(dòng)智慧製造的意願(yuàn)。

智慧製造標(biāo)竿企業(yè)：智慧燈塔

「智慧製造發(fā)展與應(yīng)用擴(kuò)散需要透過持續(xù)累積才能展現(xiàn)更為具體的成效。」熊治民認(rèn)為，目前國(guó)際製造業(yè)者持續(xù)依循本身發(fā)展策略與需求，透過推動(dòng)工業(yè)4.0、數(shù)位轉(zhuǎn)型應(yīng)用以建立更深化、範(fàn)疇更大的智慧製造體系。

圖二 : 友達(dá)臺(tái)中廠獲選全球燈塔工廠，展現(xiàn)第四次工業(yè)革命成果。 (source：友達(dá))

世界經(jīng)濟(jì)論壇WEF(World Economic Forum)與麥肯錫(McKinsey)合作，截至2021年9月止，已在全球多國(guó)評(píng)選出90家燈塔工廠，堪稱工業(yè)4.0發(fā)展典範(fàn)，這些典範(fàn)級(jí)工廠的智慧製造應(yīng)用涵蓋個(gè)別工廠與供應(yīng)鏈。

WEF定義的「燈塔工廠」具備工業(yè)4.0（4IR）的工業(yè)革命技術(shù)，在提高效率與生產(chǎn)力的同時(shí)也能與環(huán)境管理相結(jié)合。燈塔工廠企業(yè)在尖端技術(shù)應(yīng)用整合方面擁有卓越成效，可以做為全球表率，2021年最新公布的21座燈塔工廠名單中，鴻海集團(tuán)鄭州廠區(qū)及武漢廠區(qū)雙雙入選，是鴻海繼深圳、成都廠區(qū)後入選的新廠區(qū)，另外有3座燈塔工廠位於歐洲、3座位於美洲、2座位於中東，亞洲則是最大贏家，共評(píng)選出13座燈塔工廠。

截至2020年，鴻海已推動(dòng)約10座內(nèi)部符合「燈塔工廠」標(biāo)準(zhǔn)的改造工程。2021年底，集團(tuán)內(nèi)部約有20餘座廠房符合燈塔工廠標(biāo)準(zhǔn)，有11座工廠獲選為「燈塔工廠」，集團(tuán)規(guī)劃2022年再打造20座「燈塔工廠」，改造範(fàn)圍包含模具生產(chǎn)、CNC加工、表面貼裝、系統(tǒng)組裝等場(chǎng)域，同時(shí)在集團(tuán)廠房?jī)?nèi)導(dǎo)入自動(dòng)化、數(shù)位化、智慧化等技術(shù)，同步提高產(chǎn)品力、生產(chǎn)管理品質(zhì)。此外，鴻海「燈塔工廠」還積極對(duì)外賦能，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)位化及數(shù)位產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

臺(tái)灣企業(yè)除了鴻海，友達(dá)臺(tái)中廠、群創(chuàng)高雄廠也在「燈塔工廠」入選之列。友達(dá)於2015年啟動(dòng)智慧製造2.0，從規(guī)模競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)化到價(jià)值轉(zhuǎn)型，同時(shí)協(xié)助合作夥伴接軌4IR及智慧製造，從智慧製造、綠色製造和人才培育方面展現(xiàn)4IR成果。4IR技術(shù)結(jié)合場(chǎng)域知識(shí)與資料科學(xué)技術(shù)，進(jìn)而改造生產(chǎn)管理模式，2018-2020年3年內(nèi)降低生產(chǎn)成本達(dá)15%，整體製造生產(chǎn)效率則提升逾30%。此外，友達(dá)也努力聚焦員工培力、自主和當(dāng)責(zé)，重新定位每位員工，系統(tǒng)性培育4IR人才，將技能再培訓(xùn)轉(zhuǎn)化為競(jìng)爭(zhēng)力。

圖三 : 群創(chuàng)透過自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化與智能化，實(shí)現(xiàn)群創(chuàng)XYZ數(shù)位轉(zhuǎn)型策略。 (source：群創(chuàng))

群創(chuàng)高雄廠區(qū)則是透過自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化與智能化，實(shí)現(xiàn)群創(chuàng)XYZ數(shù)位轉(zhuǎn)型策略，透過投資自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)及分析技術(shù)，提升製程、品質(zhì)，也同步提高問題解決能力，達(dá)成產(chǎn)品最終不良率降低33%的成果，總產(chǎn)能則增加10%，另外首創(chuàng)自動(dòng)化液晶回收機(jī)制，用電量減少2%。

除了評(píng)選燈塔工廠，WEF及McKinsey也發(fā)布報(bào)告分析這些工廠如何結(jié)合5G通訊、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、雲(yún)端與邊緣運(yùn)算等資通訊技術(shù)，搭配人工智慧(AI)、大數(shù)據(jù)(Big Data)、預(yù)測(cè)、數(shù)位雙生(Digital Twin)、AR與混合實(shí)境(MR)等新興智慧科技，以及感測(cè)、機(jī)器人、無人載具、積層製造等先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展出有助於提升生產(chǎn)工廠與供應(yīng)鏈營(yíng)運(yùn)績(jī)效的數(shù)位化、智慧化應(yīng)用方案，藉此創(chuàng)造各種價(jià)值活動(dòng)的成效。

進(jìn)一步分析，全球燈塔工廠在製造環(huán)節(jié)方面的主要數(shù)位化應(yīng)用方案包含數(shù)位化組裝與機(jī)械設(shè)備、數(shù)位化設(shè)備維護(hù)、數(shù)位化績(jī)效管理、數(shù)位化品質(zhì)管理，以及基於數(shù)位化的永續(xù)發(fā)展。

提高產(chǎn)業(yè)韌性 智慧製造扮演關(guān)鍵角色

熊治民認(rèn)為，臺(tái)灣製造業(yè)在智慧製造應(yīng)用上，大型企業(yè)與中小型企業(yè)的應(yīng)用模式明顯不同，大企業(yè)會(huì)以較為全面的方式推動(dòng)，包括設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、智慧化產(chǎn)線與智慧工廠，並導(dǎo)入5G、AI、AR、雲(yún)端、協(xié)作機(jī)器人、無人搬運(yùn)車(AGV)與自主移動(dòng)機(jī)器人(AMR)等技術(shù)；中小型企業(yè)較偏向設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、稼動(dòng)率可視化、自慧化排程，以及結(jié)合AI的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)應(yīng)用，「主要因?yàn)檫@些智慧製造應(yīng)用方案的投資報(bào)酬率比較容易量化評(píng)估，相關(guān)應(yīng)用方案的發(fā)展成熟度也較高。」

展望2022年，疫情持續(xù)延燒對(duì)於智慧製造的發(fā)展是否帶來正面助益？是否因此加速智慧工廠的發(fā)展進(jìn)程？對(duì)此，熊治民認(rèn)為，受疫情影響，製造業(yè)企業(yè)端勢(shì)必需要持續(xù)提高工廠、供應(yīng)鏈運(yùn)作韌性，以因應(yīng)原物料價(jià)格波動(dòng)、生產(chǎn)人力短缺、供應(yīng)鏈運(yùn)作不順暢等外部因素，而智慧製造是提高產(chǎn)業(yè)韌性的重要途徑。

整體而言，除了部分因疫情導(dǎo)致營(yíng)運(yùn)出現(xiàn)嚴(yán)重停滯的廠商外，大多數(shù)製造業(yè)都會(huì)朝自動(dòng)化、數(shù)位化、智慧化運(yùn)作發(fā)展，「例如基於雲(yún)端平臺(tái)的自動(dòng)化與數(shù)位化工作流程，以機(jī)器人節(jié)省人力或補(bǔ)充生產(chǎn)能力，以遠(yuǎn)距工作模式克服疫情導(dǎo)致的市場(chǎng)營(yíng)銷與客戶服務(wù)限制，透過人工智慧預(yù)測(cè)原物料價(jià)格與供應(yīng)鏈運(yùn)作優(yōu)化等。」

圖四 : 多數(shù)製造業(yè)都會(huì)朝自動(dòng)化、數(shù)位化、智慧化運(yùn)作發(fā)展，以機(jī)器人節(jié)省人力或補(bǔ)充生產(chǎn)能力。

整體而言，臺(tái)灣發(fā)展智慧製造的優(yōu)勢(shì)包括具競(jìng)爭(zhēng)力的電子與ICT產(chǎn)業(yè)、政府政策支持、多元化製造業(yè)環(huán)境可作為應(yīng)用方案試驗(yàn)場(chǎng)域、部分製造企業(yè)積極發(fā)展投入並已建立具規(guī)模的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系；劣勢(shì)則包含大多數(shù)中小企業(yè)數(shù)位基礎(chǔ)薄弱且資金投入有限、相關(guān)專業(yè)與跨領(lǐng)域/系統(tǒng)整合人才不足、部分硬體與軟體仍仰賴進(jìn)口。

若與國(guó)外企業(yè)或國(guó)家相比，臺(tái)灣在智慧製造的發(fā)展上仍具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，熊治民進(jìn)一步指出，受惠於臺(tái)灣ICT與工業(yè)電腦產(chǎn)業(yè)具有的能量與優(yōu)勢(shì)，加上政府多年來提供政策補(bǔ)助，不少臺(tái)灣中小型製造業(yè)能迅速透過導(dǎo)入智慧機(jī)上盒(SMB)建立對(duì)製造設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)資料擷取與可視化，並逐漸導(dǎo)入智慧化生產(chǎn)排程、設(shè)備健康狀態(tài)診斷及預(yù)測(cè)維護(hù)。

至於大型製造企業(yè)則是結(jié)合內(nèi)外部資源，建立規(guī)模化智慧工廠，提升產(chǎn)能、品質(zhì)與接單彈性，同時(shí)帶動(dòng)臺(tái)灣智慧製造方案生態(tài)系發(fā)展，從大企業(yè)帶頭架構(gòu)生態(tài)系，將中小型企業(yè)納入智慧製造生態(tài)系及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展中，也能發(fā)揮母雞帶小雞，共榮共好的整合價(jià)值。

智慧製造的隱憂：資訊安全問題

不過，在智慧製造持續(xù)向前邁進(jìn)的過程中，近年來網(wǎng)路系統(tǒng)遭駭?shù)南㈩l傳，也引發(fā)新一波資安疑慮，由於ICT是組成智慧製造應(yīng)用方案的重要元素，特別是網(wǎng)路系統(tǒng)，隨著製造業(yè)內(nèi)外部網(wǎng)路應(yīng)用規(guī)模逐漸增加，資訊安全也需要獲得更多重視。

熊治民建議，製造業(yè)者需要透過適當(dāng)?shù)能浻搀w方案確保資訊安全外，「更重要的是及早建立正確、適當(dāng)?shù)馁Y訊安全管理制度，教導(dǎo)員工學(xué)習(xí)能確保資訊安全的意識(shí)與工作習(xí)慣。」

**刊頭圖:鴻海科技為首批的燈塔工廠。（source：鴻海）