云端打造智能工厂　带动制造业转型

以云端为关键枢纽，紧密串联大数据、物联网、机器人、自动化、人工智能等各项元素，可望加速实现智能工厂愿景。DFKI

近一年多来，制造业界最夯话题，无疑是「工业4.0」。尽管此为德国于2012年提出的制造业升级计划，但深究计划形成的背景，其余国家亦感同身受，导致影响力扩及全球，所以各国制造业都亟欲发展智能工厂、虚实整合系统(CPS)，孕育出许多属于制造业的云端应用。

知名分析机构IDC，近几年来不断倡议「第三平台」概念，也就是说，其认为目前已经脱离以PC与网络为主轴的第二平台时代，正式迈进第三平台新的段阶。而引领第三平台的四个主要驱动力量，即包括了大数据(Big Data)、移动化、社群媒体外，以及扮演最吃重角色的云端运算。
而在以云端运算为轴心的四大驱动力量交织下，将接续繁衍出物联网、混合云、软件定义一切、超融合平台、数据湖(Data Lakes)…等一系列新兴发展趋势，不仅带动未来人类生活型态的转变，亦将驱使产业转型。
在此前提下，欲探讨「云端应用」这个大题目，似乎就不宜与垂直产业的应用发展议题脱钩。而一向堪称台湾经济重要支柱的制造业，其云端应用发展方向，无疑更是值得一探究竟的课题。
毫无疑问，放眼现今制造业领域，最炙手可热的议题，便是工业4.0，虽然这个辞汇源自于德国，然而深究其初衷，无非就是促进制造业的信息化、数码化，终至达到智能工厂的愿景，同样是其他许多国家致力追求的目标；因此工业4.0浪潮能够席卷全世界，并不让人意外。
藉助云端力量　营造工业4.0大局
台湾经济部工业局官员曾多次利用研讨会场言，详加剖析工业4.0浪潮崛起之缘由。主要是因为，全球产业都共同面临诸多课题，其一是市场快速变化，产品生命周期愈来愈短，少量多样与定制化生产需求愈来愈高；其二是资源与环境课题，举凡土地、人力与水电等全球生产要素资源，都相当有限；其三是劳动力不足，此乃肇因于少子化、高龄化等趋势所致；其四是人均产值成长趋缓，特别是自从2008年金融海啸以来，成长趋缓的现象更加显着；最后则是制造版图重新洗牌，开发国内家抢占量产市场，工业国家抢占定制化市场。
为了克服前述各大挑战，促使世界各国催紧油门，积极推动产业升级转型，陆续祭出诸多重大计划，包括美国推出「AMP」，德国推出「工业4.0」，大陆推出「国内制造2025」，日本推出「日本产业重振计划」，韩国提出「制造业创新3.0策略」，至于台湾，也并未置身事外，由行政院领军启动「生产力4.0」产业与技术发展策略。
当然，推动产业升级、迈向智能工厂，绝非政府登高一呼即可成事，亦需民间企业的呼应，尤其是国际级指标大厂的配合；而截至目前，许多大厂皆已对智能工厂相关解决方案多所着墨。
其中GE强调设备的智能与联网功能，在设备中嵌入多种感应装置，提供完整设备信息，并藉由网络将设备信息传送至控制中心，且透过数据分析之后产生报告，并将分析后之数据或参数设定回传至设备装置，持续下一阶段工作运转，目前已运用于飞机引擎、外海钻油平台等应用场域。
IBM则从大数据挖掘智能工厂商机。该公司结合大型主机运算单元、企业级储存部署单元、服务架构组成元件，汇聚成为智能工厂巨量数据解决方案，诉诸多面向生产制造数据分析、整合式制程侦错与产出分析，以及进阶制程改善分析，借此协助制造企业缩短制程除错时程，且顺势实现「无时耗」(意即7x2)工厂生产营运，发挥快速回应产能提升需求、扩大营收之关键效益。
日本Fanuc打造机器人智能工厂，结合物联网架构与机器人系统，建构无人工厂，同时透过网络系统联结，达到全球接单、日本生产的营运模式，为创造高生产力、高获利之典范案例；值得一提的，该公司亦善用大数据系统，大量收集分析生产过程当中的各种数据，并搭配自动化品检系统，分析各项最佳生产参数，有效控制生产品质及成本管理。
看到这里，大家理应能够清楚明白，不管是工业4.0、生产力4.0或者智能工厂，都将是引领制造业升级转型的重要议题；然而令人好奇的，包括工业4.0等题材，与云端应用之间究竟有何等关联性？事实上，关系可大了！
善用云端智能　助制造商拓展加值服务
简言之，工业4.0的精髓，便是将云端、大数据、物联网、机器人、自动化、人工智能…等元素通通加以串联，藉由相互传感、沟通、决策、协作，使工业制造的优势得以加值并延续；至于如何促使上述一干元素紧密串联？关键就在于云端。
更深入来看，只要对工业4.0内容有所研究的人，想必对于一些关键因素与特徵，都不会感到陌生，而这当中的每个项目，其实都不难见到云端穿梭其间的身影。特别值得留意是虚实整合系统(Cyber-Physical System；CPS)，堪称是工业4.0的核心技术，主要是藉由电脑、传感器，并透过新一代网络技术串联各项设备、机器或数码系统，继而经由它们之间的沟通协作，终至无缝整合虚拟及实体世界。
展望下一步，CPS将藉助云端、移动设备与大数据发挥协同合作力量，进一步串联IT系统，使IT走出数据中心、跨进工厂，延展成为格局更大的CPPS(Cyber-Physical Production System)，据以形成实时控制的枢纽，可按产品特性与制程设备的传感元件进行互动，并能够随着制程变化，弹性变更机器作业程序，迅速调整生产制程，确使制程设备在几近零停机的前提下，便能接续执行下一个生产任务。
至于现今有没有攸关工业4.0或生产力4.0的具体应用实例？其实是有的。例如工具机业者，一方面藉由IPC信号收集器，汇集来自实体机器、数据撷取(DAQ)的信号数据，二方面从ERP、MES或QC等其他制造系统获取机械数据，进而将这些数据通通上传至数据库予以收纳，在数据库之中，建立详实的原始信号？特徵等相关信息
该工具机业者，并不以做到这一步为满足，其接着将数据库里头的数据，向上传送到一个奠基于IMS云端架构的虚实整合系统，也就是CPS，在这个CPS之中，不仅有云端服务器提供运算资源，也有蕴含了信号处理、健康评估、故障诊断、寿命预测等机能的「IMS Watchdog」，另有健康机械知识库，因此有能力经由关联分析，让底层上传信息当中的隐藏特徵，就此浮出水面。
接着CPS将分析结果回馈至数据库，使数据库能根据代号A、B、C…等各台网络机械的健康模式与关键组件等信息，进一步预测健康状态结果，再回馈至前端管理仪表板，化为可视化报表；如此一来，不管是负责线上监视生产状态、或在厂内监控整厂机台的管理者，都得以有效探知各个机台的状态信息，进而结合建构于云端平台的技术支持服务系统，繁衍诸如工具机厂技术支持服务等等加值应用空间。
在此情况下，工具机厂可从过去销售「机台」，转变为销售「产能」，一方面提供技术支持服务，包括接受异警机台回报？报修、异警机台信息取得、机台设定数据自动比对、线上参数设定？异警排除，以及接受报修？派工？结案记录，二方面还能为客户量身订制专属云端服务，提供整厂机台信息监测、NC加工程序管理、生产稼动率管理，乃至于机台异警信息管理等各类型加值服务，帮助客户实现生产不间断、加工技术最佳化、生产效率最大化等制程优化目标，连带凸显自身不易被取代的价值，扩大收益基础。