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工业物联网与智能制造专辑

自动化已有基础 用人工智能促进智能制造

自从德国率先喊出工业4.0后,相关科技也同步突飞猛进中,包括工业物联网、大数据分析、机器人等技术发展至今,已渐渐打造出新型态的智能工厂与全新的工业化标准。

尤其近几年来,人工智能(AI)浪潮袭来,更赋予工业4.0有了全新的发展面向,明确分野「自动化」及「智动化」的差异,包括「机器视觉」、「深度学习」等利用算法分析为主的人工智能技术,已成为工业4.0未来发展的全新趋势,不仅让自动化与机器人的技术更为精准、制造业也开始进入如「无人工厂」等全新的科技领域。

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图一:2025年物联网的经济规模将达11兆美元。来源:经济部

图二:全球人工智能市场规模将非常成长。资料来源:经济部

图三:全球智能制造市场规模与预估。资料来源:资策会MIC

图四:导入智能制造可带来的主要效益。资料来源:资策会MIC

人工智能技术重要性日增

有监于工业4.0可能带动人工智能相关技术及应用的影响,依据国际产业情报推估,2025年物联网的经济规模将达11兆美元;全球人工智能市场规模将从2014年的172亿美元成长至2019年486亿美元,年复合成长率为23.1%。(图一、二)

经济部指出,台湾在人工智能系统方面有许多竞争优势,包括半导体、面板、资通硬件等电子资通讯产业,都有多项领域包括晶圆代工、封测、IC设计、TFT LCD面板、PC、主板与Cable等全球市占不是第一就是第二,加上拥有快速制造能量,可望成为全球有意开发智能系统的业者最佳合作伙伴。

而在应用方面,经济部认为台湾在许多利基领域如智能制造、智能医疗、智能交通等,都已建立良好基础,可为智能系统发展的重点领域,由此带动其它资通讯科技应用发展,再往下发展芯片产业生态系。

以智能制造为例,经济部认为台湾制造业具深厚基础,亦累积大量数据资料与制造管理技术、能量,发展智能制造系统,可集成终端物联网、通信网络、云端平台到大数据分析,后续更可导入人工智能,运用于电子信息、金属机电及民生化工等产业,协助升级转型。

经济部代理部长沈荣津也在「智能系统与芯片技术及产业发展策略建议报告」中强调,台湾若能跻身人工智能芯片自主国,以台湾优势领域为主轴,如车用电子、医疗电子、智能制造等,发展利基型智能系统集成芯片,芯片及半导体产值可望快速增长,从现在的2.5兆元,成长到2025年的4兆元。

人工智能在智能制造重要性日增

智能制造其实也就是工业4.0趋势带动的重要概念,许多制造强国的政府与产业界无不努力发展,也成为这一波带动人工智能应用领域的主要推动力。(图三)

但智能工厂的相关技术及应用,包括产线监控、机器人、无人搬运车等,由于大量客制化的趋势使然,工厂需要面对的产品类型、产线调动等各种生产情境的难度也会大增,虽然透过传感器及大数据分析,管理者已经可以掌握更多用来帮助决策的信息,但也因为信息量大量增加,增加管理者的信息分析压力,加上市场变化愈来愈快速,人类的分析速度恐怕已经愈来愈难跟上提供速度愈来愈快的前端资料,自然也就更难让制造现场的机台能够迅速反应客户需求。

人工智能技术之所以会成为智能制造的重要技术,原因在于人工智能可以从大数据分析的结果中,找出规律性建立模式,进而学习避免前面发生的错误,甚至做到提前预测,应用于制造领域,不仅可以缩短停机时间,更可适时做出产线调整,减少呆料及废料的发生频率。

资策会指出,机器视觉在智能制造领域所扮演的角色,一是可以取代人眼判读、检测,提升整体生产良率;二是结合机器手臂,可完成高重复性、需要人手拾取的工序;三是结合穿戴装置,可以辅助完成检修、故障排除、操作训练等,避免错误操作。随著机器视觉应用程度增加,未来机器视觉将会逐渐形成产业化,生态体系也将逐渐完成。

台湾制造业发展智能制造仍有一段路

事实上,台湾制造业对于智能制造的未来也充满期待,根据资策会MIC的调查,台湾制造业会想采用智能制造的前三大原因,分别为提升企业生产力(31.9%)、显示关键流程的实时性与透明度(20.3%)与改善集成与信息交换能力(16.2%)。(图四)

但台湾制造业要去烦恼智能制造是否会取代人力,恐怕还言之过早,因为根据资策会MIC调查,台湾的民生工业、化学工业、金属机械、信息电子业等,在智能制造施行方面,恐怕还有相当长的一段路要走,以设备联网能力为例,全部具备的厂商仅占4%,部分具备则占40%;而在设备资料搜集能力,亦即设备是否具备可将运行的参数信息、环境监控信息储存于本机中的能力,全部具备者也仅占9.5%,部分具备则占45.5%。(图四)

反观设备自动化的建置率方面,已高达62.5%,在已建置自动化的类型方面,58.4%为数控(NC)机台、33.6%为各式工业机器人(包括机器手臂)、24%为自动搬运装置、其它则占25.6%,包括开卡测试、高低温测试、打料、配料、自动仓储、生产资料回传设备、环境监控与侦测等。

事实上,人工智能的发展虽然迅速,但短时间内要完全取代人类,难度还是相当高。全球前三大工业机器人制造商库卡集团(KUKA)全球首席销售长Martin Kuhnhen就认为,智能工厂的未来趋势,应该是「人机协同」──人与机器人一起工作,依据需求来调节人力与机器人的比例,让工作保持弹性。

换句话说,未来的智能工厂,人工智能虽然重要,但却非一蹴可几,台湾业者目前在自动化既然已有小成,未来可思考如何结合人工智能,让自动化变得更有效率、更有弹性,也许才是未来值得发展的方向。

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