現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)之間並未相互連貫，工業(yè)4.0結(jié)合智慧製造則能夠簡化流程，進(jìn)而節(jié)省大量的寶貴時間，從而創(chuàng)造更可靠、更有效率的服務(wù)。本文敘述工業(yè)4.0智慧製造的四大定義，以及如何以「熄燈製造」心法實現(xiàn)全面自動化生產(chǎn)。

自從電腦問世以來，各項產(chǎn)品製程的科技演進(jìn)及優(yōu)化，我們有目共睹。身處工業(yè) 4.0 時代，大數(shù)據(jù)專家Bernard Marr在《富比士》上寫道：「電腦與自動化將以一種全新的方式共同結(jié)合，在幾乎不需要人工操作的情況下，電腦系統(tǒng)能遠(yuǎn)端連接生產(chǎn)設(shè)備，透過機(jī)器學(xué)習(xí)演算法進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和控制這些自動化機(jī)械設(shè)備」。此外也提到，「工業(yè) 4.0 中所提到的『智慧工廠』概念，即是透過虛實整合系統(tǒng)監(jiān)控生產(chǎn)製程，並進(jìn)行分權(quán)管理。」

透過數(shù)據(jù)分析、自動化機(jī)械、雲(yún)端運(yùn)算（cloud computing）、人工智慧（AI）和智慧感測器等項目，不僅能提高客製化的產(chǎn)能，也能提升生產(chǎn)效率。舉凡全球的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，例如微軟、愛普生、洛克希德馬丁、通用汽車、英特爾和IBM等，都在智慧製造領(lǐng)域持續(xù)投入大量資源。

現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)之間並非相互連貫，如製造、產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)、行銷和經(jīng)銷等。然而工業(yè)4.0結(jié)合智慧製造則能簡化流程，從而節(jié)省人力、溝通成本，最重要的是能節(jié)省大量的寶貴時間，從而創(chuàng)造更可靠、更有效率的服務(wù)。面對整體大環(huán)境的演進(jìn)，製造商必須關(guān)注哪些重點，才能將整體工廠智能化有感升級？從智慧製造領(lǐng)域的經(jīng)驗中，我們可以從幾個面向展開這趟升級的旅程：

●自動化機(jī)械設(shè)備：「如何透過虛擬和擴(kuò)增實境、數(shù)據(jù)分析以及自動化設(shè)備來打造高效率產(chǎn)線？」在工業(yè)4.0時代中，人力究竟扮演何種角色？儘管有不少的挑戰(zhàn)以及大眾對機(jī)器人將取代人類工作的疑慮，但是自動化確實為人們創(chuàng)造了更多新需求，優(yōu)化了服務(wù)。產(chǎn)業(yè)專家指出，自動化大規(guī)模生產(chǎn)將用於危險或要求高精準(zhǔn)度而人類無法完成的製程，例如極端溫度、有毒煙霧或需要極高精確度的工作。

回歸現(xiàn)實面而言，自動化機(jī)械設(shè)備最主要的是取代勞動力，同時輔助人類優(yōu)化產(chǎn)線管理。由機(jī)械設(shè)備接管的工作崗位，主要是大量生產(chǎn)與產(chǎn)品包裝的相關(guān)作業(yè)，拜自動化所賜，產(chǎn)量得以持續(xù)增長；而人類將著重在管理、維護(hù)以及規(guī)劃和設(shè)計程式來控制機(jī)器設(shè)備。人們接下來更傾向於使用腦力，而非體力勞動來創(chuàng)造產(chǎn)能。

圖一 : USI關(guān)燈車間—自動化AGV系統(tǒng)

●打造雲(yún)端智慧工廠：許多製造工廠變得越來越聰明，不僅使用雲(yún)端運(yùn)算，同時應(yīng)用其他智慧元素，例如在舊型設(shè)備上加裝智慧感測器，再將它們安裝在新型機(jī)臺上，這些智慧感測器可以記錄統(tǒng)計數(shù)據(jù)並反饋、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)傳至多個測量單位、發(fā)生危安或設(shè)備有狀況時自動將設(shè)備斷電，以及與其他設(shè)備互連等。物聯(lián)網(wǎng)功能還能夠分析產(chǎn)能、整合控制系統(tǒng)便於追蹤，以及啟動預(yù)防性維護(hù)。

歸功於工業(yè) 4.0，機(jī)器越來越聰明，目前已具備問題偵測、提供效率提升方案，並且能自動回報問題，提供用戶體驗和產(chǎn)品功能的反饋。未來當(dāng)生產(chǎn)進(jìn)度落後時，工廠的數(shù)位化營運(yùn)系統(tǒng)即能自動提醒、甚至追加生產(chǎn)，讓製程中斷的風(fēng)險降到最低。這不是僅單單在蒐集數(shù)據(jù)量，還有數(shù)據(jù)的有效性。

●全自動化的進(jìn)階製程：自動化是產(chǎn)業(yè)未來的關(guān)鍵點。人類的專注力、耐性與精確性是有限的，而自動化可以克服這些極限，做出人力無法完成的產(chǎn)品。新一代機(jī)器人不僅更加容易操控，且能透過圖像或語音識別等方式，讓機(jī)械更容易學(xué)習(xí)、完美複製人工動作。新型自動化設(shè)備不僅動作精巧、更加敏捷，而且更便宜、安全，相對有助於降低不必要的勞動成本。

在整體大環(huán)境推動之下，環(huán)旭電子開始積極投入，並使用主流的工業(yè)4.0自動化技術(shù)來實現(xiàn)智慧製造藍(lán)圖。目前已經(jīng)導(dǎo)入的技術(shù)，包括支援5G和4G的工廠自動化設(shè)備通訊網(wǎng)路、自動物料運(yùn)輸系統(tǒng)（Automated Material Handling System； AMHS）、全自動化機(jī)器手臂無人測試站、可遠(yuǎn)端登入及存取的產(chǎn)能即時監(jiān)控系統(tǒng)。此外，其中也應(yīng)用AI進(jìn)行製程管制（SPC）的重點設(shè)備、無塵室的環(huán)境即時監(jiān)控和警示系統(tǒng)、應(yīng)用自動導(dǎo)引車（Automation Guided Vehicle；AGV）的半成品（WIP）運(yùn)送系統(tǒng)、設(shè)備參數(shù)管理系統(tǒng)（RMS）、6面全自動產(chǎn)品檢測系統(tǒng)，以及各種生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)自動化應(yīng)用程式。

我們策劃了一項全球5星級的工業(yè)4.0智慧製造發(fā)展計畫，這個計畫制訂了未來七年的階段性發(fā)展，以提高全球工廠的自動化製造水準(zhǔn)。從錫膏檢查 （Solder Paste Inspection；SPI） 到自動光學(xué)檢測 （Automatic Optical Inspection；AOI） 的所有檢測設(shè)備都相互連接，不斷推動製程改進(jìn)。

工業(yè)4.0智慧製造的四大定義

圖二 : USI關(guān)燈車間—全自動化機(jī)器手臂無人測試站

1.機(jī)械設(shè)備自動化

重點在於減少人工勞動力，以最大限度減少人為所產(chǎn)生的各項問題。舉例來說，我們已將所有出廠表面檢驗流程完全自動化，以最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)檢視表面缺陷，比如細(xì)微的劃痕或肉眼無法看到的小黑點。在日復(fù)一日的參數(shù)微調(diào)中，持續(xù)保持低廢品率，下一步則是實現(xiàn)基於機(jī)器學(xué)習(xí)的「閉環(huán)參數(shù)管理系統(tǒng)」，以來自系統(tǒng)的廢品率大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，機(jī)器將微調(diào)檢測參數(shù)，進(jìn)而以自動化方式降低缺陷產(chǎn)品的可能性。

2.數(shù)據(jù)自動化

將來自所有生產(chǎn)設(shè)備和統(tǒng)計製程管制 （Statistical Process Control； SPC）數(shù)據(jù)和配方管理系統(tǒng) （Recipe Management System；RMS） 的即時數(shù)據(jù)數(shù)位化並連接至雲(yún)端伺服器。在每個生產(chǎn)加工工位都使用二維條碼進(jìn)行掃描輸入、掃描輸出。整個生產(chǎn)線上所有設(shè)備都配備一個二維條碼系統(tǒng)，而該系統(tǒng)會在接受掃描後加載至雲(yún)端伺服器。如此可以清楚瞭解每臺設(shè)備所反饋回來的問題，並能夠輕鬆追溯到相應(yīng)的裝置、生產(chǎn)批次及生產(chǎn)時間。

圖三 : FMS無塵室環(huán)境即時監(jiān)控系統(tǒng)

3.自動物料管理系統(tǒng)

將進(jìn)入倉庫的全部組件完全自動化，在拾取和放置機(jī)的零件用完之前，在Just-in-Time生產(chǎn)模式下由 AGV 分發(fā)至每個 SMT 拾取和放置點。在整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，我們?nèi)∠苏讙泩龅睾拖嚓P(guān)人工。每一臺設(shè)備都與生產(chǎn)管理系統(tǒng)相連，也稱之為「車間管理系統(tǒng)」，它能將數(shù)據(jù)自動化整合到車間中，因此管理團(tuán)隊能夠準(zhǔn)確地知道每臺設(shè)備捲料用盡的時間。該系統(tǒng)將從機(jī)器人驅(qū)動的智能儲存中自動分配正確的組件，通過檢索正確的對應(yīng)捲料，並將捲料放在AGV上，由AGV運(yùn)送至相應(yīng)的設(shè)備。

圖四 : 自動物料運(yùn)輸系統(tǒng)（AMHS）

4.基於AI的學(xué)習(xí)系統(tǒng)

將AI系統(tǒng)整合至現(xiàn)有架構(gòu)是一項重大任務(wù)，我們也看到其中的巨大潛力，讓設(shè)備在一定程度上自動調(diào)整檢查標(biāo)準(zhǔn)，從中找出不合格的產(chǎn)品，並在大量變數(shù)的基礎(chǔ)上檢查和微調(diào)參數(shù)。例如我們所使用PCB基材的厚度存在差異，但遵循特定規(guī)格範(fàn)圍要求，組件也是如此，如果可以持續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)微調(diào)技術(shù)參數(shù)，在錫膏檢核（SPI）的驅(qū)動下，就能提高整體生產(chǎn)品質(zhì)。

智慧製造五星評級系統(tǒng)

從2017年開始，環(huán)旭電子即設(shè)立一個專責(zé)團(tuán)隊來開發(fā)所有機(jī)器和數(shù)據(jù)自動化，對於一星、二星、半星都有明確定義。對於每臺生產(chǎn)機(jī)器，分為四個步驟：裝載、搬運(yùn)、加工和上載。測量系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測所有製造過程，其中最重要的指標(biāo)包含：製程設(shè)備連接至數(shù)據(jù)系統(tǒng)的比例（亦即連接率），以及機(jī)器停機(jī)減少時間和平均故障間隔時間 （Mean Time Between Failure；MBTF）。歸功於數(shù)據(jù)自動化的測量系統(tǒng)，我們大幅降低了機(jī)器停機(jī)時間，因為當(dāng)生產(chǎn)車間有數(shù)百、甚至是數(shù)千臺設(shè)備時，會出現(xiàn)很多突發(fā)狀況，而且設(shè)備技術(shù)員或工程師可能找不出究竟是哪臺機(jī)器需要維修。

圖五 : USI關(guān)燈車間戰(zhàn)情室—產(chǎn)能即時監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)在系統(tǒng)可以自動發(fā)送短信給專責(zé)工程師，工程師就能立即知道哪臺機(jī)器需要維修、出現(xiàn)何種故障，以便能快速維修機(jī)器；我們也同步將直接人工（Direct Labor；DL）的人數(shù)納入評估，降低勞動力並提高生產(chǎn)率。整體減少了多少人工？多少占比？這些數(shù)據(jù)都能夠被即時蒐集，並傳輸至雲(yún)端伺服器顯示在戰(zhàn)情室的螢?zāi)簧稀⑥k公室桌電腦上、甚至智慧型手機(jī)上，這是一整套完整的綜合系統(tǒng)，能夠讓管理團(tuán)隊深度評估智慧製造的量化數(shù)據(jù)。

自動化並非簡單地用機(jī)器人取代人工，更重要的目的是「透過導(dǎo)入智慧自動化來優(yōu)化現(xiàn)有的製程」。環(huán)旭電子的策略即是將勞力密集生產(chǎn)型態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦弋a(chǎn)能的智慧製造，「五星工廠標(biāo)準(zhǔn)」採用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，達(dá)到機(jī)器100%自動化、80%以上的產(chǎn)線可自動化生產(chǎn)、直接人力低於30%...等。

關(guān)燈車間所有的設(shè)備都將聯(lián)網(wǎng)，建立參數(shù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)100%預(yù)防因為人為操作失誤而造成的品質(zhì)不良，緊接著導(dǎo)入自動物流系統(tǒng)，連接孤島站別，全面達(dá)到Real-Time監(jiān)控生產(chǎn)，提升生產(chǎn)效率。環(huán)旭電子目前自動化程度最高的是上海張江廠，並計畫在2025年將四座工廠升級成為五星級的自動化製造中心，實現(xiàn)全面自動化生產(chǎn)。