从自动化到智能化，制造业者获利

近几年来，只要是从事制造生产业务的企业，都曾听闻某大电子制造业龙头，誓言部署百万机器人大军，终至发展出可关灯生产的无人工厂，随着此一效应推波助澜，已迫使由来许久的「自动化」工控年代，处于即将迈向「智能化」工控年代的转捩点。

论及智能工厂，暂且撇开其各方对于此一名词定义之诠释，是否有所不同，事实上，台湾绝大多数的制造业者，不仅都具备智能工厂的雏型，而且存续至今的时程，其实相当久远。

许多工厂，即使被归类在传统产业，其实早在10年、甚至20年之前，就开始导入自动化，普遍常见的景况是，在前端引进PLC整合控制设备、传感器等装置，后端则布建了具备数据蒐集功能的电脑，再运用诸如「模糊演算法(Fuzzy Control)」等实时控制方式，藉以追求工厂运作之最适化。

透过此类模式，有助于将原本单工型态的作业环境，藉由中断分时方式，模拟成为多工环境，借此达到效能提升的效果，某种程度上，要将之称为台湾智能工厂的先驱，其实并未言过其实。

只不过，若仅借助自动化，多半可使工业制造流程满足效率层面的需求，但假使业者欲随时因应市场需求，亟盼能弹性调整产能、促进空间有效利用，并有效降低生产成本，种种愿景，实已进入智能层面的格局，并无法单纯倚靠自动化技术来加以实现。在此前提下，如何运用有效的智能化手段，继而管理自动化设备，已然成为制造企业不容回避的重大课题，值此盘旋待变的时刻，物联网(The Internet of Things；IoT)技术即显得相当重要。

究竟一个植基于物联网技术的智能工厂，大抵呈现何等样貌？首先，在智能工厂环境内部，通常会有一套名为「数据采集与监控系统(SCADA)」的系统，旨在作为监控及控制所有设备的集中式控制台，假使没有此系统，就会有一群分散在特定区域，并许多系统组合而成的分散式控制系统(DCS)。

在此之中，绝大部分的前端控制，系由线上终端控制系统(RTU)或PLC负责进行，主系统一般仅肩负系统监控层级的控制任务。举例来说，针对空调系统，即由PLC负责控制主机及冷却水塔的容量与流量，至于SCADA系统，则提供一个可供变更设定的操作机制，俾使操作员改变容量或流量的目标值，一旦将需要告警的条件设定妥善，日后万一出现水位偏低、流量不足乃至于温度过高等情况，PLC或RTU就会运用回授控制的方式，藉以控制流量或温度，与此同时，SCADA仍将全程监控系统的整体效能。

实现智能传感的必备技术
总括而论，要想建立一个智能工厂情境，先决条件即是让制造流程具备智能判断的能力，而此一能量的来源，基本上来自于仪器、仪表、传感器等控制系统，这些都是不可或缺的基础构成要素。综观近几年来仪器、仪表的智能化发展，主要是以微处理器及人工智能技术为发展主轴，主要是藉由神经网络、遗传演算法、进化计算、混沌控制等智能技术，为仪器与仪表增添了高速、高效、多功能、高机动性、高灵活度等特质。

比方说专家控制系统(ECS)，即是一种融合大量专门知识与经验的程序化系统，其透过人工智能与电脑运算技术，足以根据某领域一或多个专家所提供的知识与经验，从而进行推理判断，并模拟人类专家的决策过程，以便能解决一些原本需要专家介入的棘手难题。

至于模糊控制器(FC-Fuzzy Controller)，也是智能工厂相关技术当中，另一个值得瞩目的焦点。模糊控制技术具有处理不确定性、不精确性及模糊信息的实力，意即面对无法建造数学模型的被控过程，往往可适时提供有效控制，解决一些常规控制所鞭长莫及的难题，缘于此故，就工业控制领域而论，模糊控制确实逐渐获得广泛采用。

当然，IoT蕴含了传感、传输及应用等三个层次，因此意欲实现智能工厂应用，除了建构智能传感机能外，另外也须留意两个重要趋势，一是「控制系统的网络化」，另一则是「工业通信的无线化」。首先在于控制系统网络化部分，不可讳言，伴随工厂制造流程所连结的嵌入式设备愈来愈多，以致于最佳的因应之道，就成为透过云端架构来部署控制系统，但值得注意的是，肇因于影像与语音等挟带较大数据量的信号不断增加，对于传输效率、网络带宽的要求，在在都是严苛考验，只因生产流程容错空间甚小，任何经由网络传递的封包信息，实不容许丝毫闪失，在此情况下，哪些数据理应优先传送(譬如设备故障信息)，哪些数据可容后传送(譬如电子邮件)，势必都得取决控制系统的智能判断能力。

有关工业通信无线化，亦是近几年来智能工厂领域之中的热门话题，其之所以备受关注与讨论，乃在于无线技术在部署的便利性上，明显较过往有线技术占有优势，然值得一提的，不管是蓝牙、Wi-Fi、GPS、LTE或WiMAX等无线通信标准，无论在于可靠性、确定性、实时性甚或兼容性等方面，其实都还有进步的空间，因此综观现今以智能功能为诉求的仪器、仪表或其他自动化设备，在内嵌无线传输功能之余，仍无法全然切断其与有线网络技术的脐带。

凭藉智能传感　既兴利也可除弊
无论如何，不管透过何种技术建立智能工厂，终极目的皆在于获得效益，否则台湾制造业屹立国际舞台已非一天两天之前，过去停留在「自动化」阶段，就已能虎虎生风，何必为了「智能化」而多此一举。

事实上，一些开始导入智能传感技术的制造业者，已明显感受到前所未见的好处。例如某家以生产民生用品为主的制造商，即透过布建于生产线前端的传感器，得以精准掌握其所生产的每一项商品，究竟耗用了多少电、水或糖等资源，从而精准估算各项商品的真实成本，终至反应到订价策略，在成本与利润之间找到最佳平衡点，也带动了营运绩效的上扬。

值得一提的，该公司在精确获悉资源消耗情况之余，也顺势掌握了二氧化碳的排放信息，因而针对政府日后可能施行的碳盘查制度预作准备，对于企业形象，亦具有加分效果。

另一制造业者，当初导入智能传感技术的初衷，只是为了节约用电成本，然而在运用过程中，其高层主管透过历史数据的分析比对，发现旗下某厂区的一组生产机台，近期耗电量异常飙高，但当时并非生产旺季，机台运转时间并未较平时增加，尤其到了周休二日，高能耗情况仍旧有增无减，种种迹象，显示该机台已呈现不合常理的状态。

于是乎，这名主管合理怀疑这台设备已经出现故障，才会产生异常耗电现象，接着迅速接洽供应商，请其指派工程师到场检修，结果证实该设备的确有失灵现象，若不尽速加以修复，未来两个月内随时可能停摆，进而对生产作业酿成严重冲击，后果不堪设想，所幸在紧急修复后，一切回归正常，及时遏止一场灾难。