工業4.0近年來成為全球製造業最重要的議題，各國政府也積極制定相關政策，不過各國工業環境的發展速度不一，是否要讓智慧化一步到位，業者就必須慎思，清華大學簡禎富教授近期就提出「工業3.5」概念，認為台灣應趁工業4.0上線前發展出工業3.0，作為現在到未來工業過渡時期的混合策略，而根據工研院調查，相較於其他先進工業大國同業，台灣製造業連工業3.0的自動化都不完整，尤其是中小企業多數仍停留半自動階段，然而智慧製造已是大勢所趨，在市場的強力競爭下，未來要免於被淘汰，工業4.0已非選擇題，而是答案只有要不要繼續生存的是非題。

圖1 : 台灣製造業多仍只停留在半自動化階段，要打造工業4.0，必須建構出先世代的自動化系統，再逐步打造出具智慧化的製造架構。（source：CHEManager）

雖然並非一次到位完成工業4.0建置，但要從工業2.5的半自動到3.0的自動化，乃至於3.5的準智慧化，對製造業者來說已是高難度挑戰，不過業者仍須逐步前進。

智慧化在製造業掀起巨大浪潮，不過在智慧化之前，工廠的自動化概念也不斷被重新定義，除了讓設備具有更完整、多元、巧妙的功能外，「最適化」、「擴充性」、「整合監控」，都是新世代製程的重要概念。

智慧製造乃至於智慧工廠，從製程、機台到系統維護，或者是全方位最適化、彈性擴充、生產整合監控，都是目前業界已有的製造解決方案。而「全方位製造系統」、「可重組製造系統」與「智慧維護系統」，這三類系統雖然不完全以智慧化技術作為主題，但已有「準智慧」的意味在內。做為準智慧製造的三大課題，這些系統的共同特徵，主要是大量運用「感測」、「軟體」與「網路」技術。

所謂的全方位製造系統觀念，指的是將複雜系統區分為數個自給自足的子系統，各子系統間藉由相互協調，以達成整體系統目標，並可以適應環境變化來調整系統群組態樣。由於現今製造業所面臨的問題，主要可歸納為「系統脆弱」及「變動成本昂貴」，為使製造系統更敏捷，同時降低變動成本，製造系統發展邁向具有「可重複性」、「可交換性」、「有適應力」以及高度「標準化」的建構模組，以因應環境的改變。

全方位製造 應用簡單 簡單應用

工廠智慧化的定義，除了讓設備本身的功能更聰明，系統設計前期的設備選擇，也是廣義的智慧化定義，這幾年全球製造業進入微利時代，如何提升設備CP值，已成系統設計者的重要考量，而「最適化」已成為近年來製造業者的重要概念，這種強調整合性與最適化的服務，才是目前智慧製造的主要面向，「簡單應用，應用簡單」成為這類自動化系統廠商追求的終極化目標。

圖2 : 全方位製造系統是將複雜系統區分為數個自給自足的子系統，各子系統間藉由相互協調，以達成整體系統目標。（source：Device Insight）

以各工業設備大廠廠商的產品布局為例，近年來小型PLC成為各大廠商的控制器重點產品，就是針對的是未來小型自動化的市場，考量市場的簡單需求。這類小型PLC產品適用於小規模系統，且具有成本效益的機器製造商及使用者，此類控制模組解決方案所訴求的就是「剛剛好」，不用整合其他架構，只要簡單機械整合周邊軟硬體就可以完成設置；而需要個人化擴充功能，廠商也提供各種功能選項，無須擴張產品的體積。

這種做法來自於分析市場後的差異化想像，推出小型PLC主要著眼於市場的區隔性，如果所有功能都納入，的確是強大的產品，但相對的產品競爭力就會變得太過於弱勢。可以簡單控制，又有可靠度的產品，這類小型應用的整合，將是最大的商機。

簡單來說，目前工廠自動化的產品，在硬體方面已經到達技術頂端，後續的產品發展，將會從整合性的系統解決方案著手，尤其是軟體，更是新世代工廠自動化最大的加值。包括遠端控制軟體、資料庫系統、控制器與儀表等設備，這種類分散式系統（DCS）解決方案的架構也近乎完備。

此一趨勢加上近年來PLC的發展已經到達極限，加上重工業如石油、化工等產業，較著重控制及防護等特殊需求，現況PLC已經無法負荷，因此整合軟硬體系統的智慧製造模式將成為未來主要商機；此外，硬體系統的區隔亦愈加模糊，這更凸顯了軟體系統的重要性。

最適宜系統 共享共通軟體架構

相對於其他大型自動化廠商，現在自動化大廠也在既有的產品進行發展與轉換，更重要的是與其他平台的「共享」部分，「單一軟體，單一架構」成為全方位製造系統的主流想法，過去的系統在整體的架構上必須多次的進行設定，現在透過軟體系統的改進，可一次將系統設定完善。如此一來，彈性、可擴充的製程控制系統，得以更全方位的進行智慧製造的管控。

圖3 : 軟體已是現在自動化系統的必要技術，尤其是數位模擬，將可大幅提升建置效能、降低成本支出。（source：MachineMetrics）

整合性不只是在建置層面上凸顯，在後續系統部分，高度整合性的製程控制系統更可以展現價值。例如透過遠端更新系統，減少時效的限制；在遠端控制資產管理、訊息整合，更可以即時讓控制者或管理者進行決策，甚至可以開發在手持系統上的遠端控制，讓管理決策更為即時。

事實上，由於工廠廠房龐大，導致作業人員常需要移動去操作不同的機台，無形中不但花費不少不必要的時間，如果遇到緊急事故，來不及移動處理時，就可能釀成事故，尤其是傳統製造業像石化、煉鋼等大範圍廠區，如果進行遠端資料分析還要佈線，對成本和技術都是嚴苛考驗，因此現在的技術雖可進行遠端監控，甚至指令的下達，不過考量到穩定度，在導入時仍必須特別小心。

雖然智慧化已成為既定趨勢，不過台灣製造業向來保守，仍以使用既有設備為主，對於整合系統的接受度仍然有限，設備業者對此也提供「分階段」替換，從子系統開始整合，再逐步擴及到整體系統。目前這類整合性的全方位製造系統適用的場所，主要還是廠房面積較大、自動化倚賴較深，以及危險性較高的產業應用。

至於串聯，可高相容性的工業乙太網路系統趨勢已成，由於封閉式網路必須侷限在製造商腳下，開放、標準化、共通的核心架構，才適用於整合智慧製造的系統，傳統封閉式系統不僅移轉及支援都有其難度，整合及維護更是受到限制，透過單一控制平台，從裝置到應用平台，才能提供資訊共享的工廠全面控制及資訊系統。

相對於大型設備業者以系統整合為主，強調全方位解決方案，另外也有廠商針對中小型製造業，提出不一樣的產品思維。由於台灣的製造業發展多為中小企業起家，其產品強調少量多樣化的特質，全方位的系統整合似乎並不適宜此類的發展，而「可重組製造系統」就成為另一種層面的選項。

彈性可重組 單一多元整合適用

所謂「可重組製造系統」主要的想像，來自於一種可以隨著市場需求及生產需求來調整的彈性化系統，這樣的「彈性」主要是基於產能組態調整，以及功能的改變。

傳統的彈性化製造系統，主要適用於大型場域的製造業。這類製造系統必須在建置初期及考慮未來的「擴充」，因此必須將各種不同的生產型態及功能設計在系統中；也就是說，製造業必須考慮未來的發展，在現階段就將未來可能用到的功能設計購置，無形中即造成資本的浪費。

圖4 : 工業物聯網廣泛應用於工廠廠區的科技，可讓各工作站的資訊連結更緊密。（source：ciirc – CVUT）

但在現況下，不論是大型企業或中小企業，同樣面對了現今市場環境的變動性，以及大量客製化的生產型態，可重組製造系統可以整合此類趨勢，透過不斷改變系統組態，解決製造業快速變動市場的相關問題，像在工具機領域，可重組製造系統仍然屬於學術研發方案，但應用在智慧製造的系統層面，可重組製造系統仍然是可行的解決方案。

這類系統有幾個特色，包括：

1.彈性的系統設計：其可根據客戶需求及市場現況與趨勢，設計出多種組合的智慧化系統模組。

2.可重組製程：可根據產品訂單需求設定不同組態，以調整相關製程。

3.系統建置調校模組化：因系統可能因為不同型態訂單調整系統組態，在重新設定後仍必須經過調校才能進行生產，透過智慧化感測技術進行模組式的調校，可快速完成量產前的設定。

業者指出，從中小企業轉型自動化乃至於智慧製造的發展，必須分步驟達成，由於智慧製造的發展，主要是從半導體產業開始的；在傳統產業轉型中導入智慧製造有一定難度。業者認為初步的轉變，主要仍以取代勞力的智慧生產線為主。

在傳統製造產業中，常會面臨勞工短缺等問題，但基於需要品質穩定甚或高效率的生產線，來應付各式各樣的大量生產；對於這類必須成長環境的產業而言，基本的需求多是工業用的機械手臂。

相同技術的機械手臂，應用在包括組裝、搬運、整箱堆疊排列等不同的作業模式，基本上即屬於「可重組製造系統」的領域發展。針對此類運用，中小型製造業者可使用入門型機款，透過不間斷高效運作模式，提高人力價值，達成減少工安風險並維持品質水準等目標而提出的系統解決方案。

這類入門型的機種適合快速取代人力，進行較為彈性化製程等工作，強化智慧化製程的轉變；以較為輕巧的規格，不強調全方位的功能性，並得以快速整合客製化模組。使用此類產品，主要是考慮到未來的擴充，因此必須選擇有提供開放性支援系統，也可針對現有的周邊設備進行整合的設備廠商，而由於傳統產業自動化較低，因此在邁入智慧化時，也可透過控制器的I/O擴充介面，控制周邊設備的運作。這類模式還可以構成初階的自動化系統，同時保留後續智慧製造的擴充性。

相較於傳統產業，半導體產業的自動化系統已有一定程度的智慧製造概念，也可作為傳統製造業的參考。不過，目前傳統產業建構出類似系統，必須從產品設計的基礎端就導入「自動化」製程的概念，如果模組及零件缺乏自動化考量，對製程智慧化將帶來高度阻礙。

以機器手臂進入生產線為例，現在機器手臂廠商常遇到客戶直接提供現有的模組及製具，有的連夾取都有問題，導入生產線自動化就更形困難。而這必須要透過完整的教育，自動化的目的主要是節省資源，如果因為不利於自動化的產品來增加設備，絕對是本末倒置的，如果為了自動化而自動化，反而讓後續的發展缺東缺西，將不利於智慧製造發展。

安全可追蹤 製程智慧流程監控

隨著工業自動化的快速演進，在IT與OT技術整合下，整個產業鏈從產品設計及研發到生產銷售和維修服務，在效率及生產力都達到前所未有的水準。有鑑於客戶在業務以及技術上的需求，目前大型製造系統供應商的產品，都以「讓資訊在廠區與IT中心之間來回傳送」、以及「創造最佳化生產資源的有益回饋循環機制」為概念，推出工業物聯網解決方案。

圖5 : 雲端平台是智慧化製造系統的必要建構，現在已有多數廠商推出解決方案。（source：SP Technology）

工業物聯網連結了從感測器到伺服器端廣泛應用於工廠廠區的科技，當加工、組裝與測試時，在其OT系統中，可讓使用者在不同一個工作站間掌握客戶訂單進度，在IT技術端則有產品生命週期管理（Product Lifecycle Management, PLM）與其他具備安全性、可追蹤性與節能技術的各種子系統。工業物聯網的核心，是從生產線感測器延伸到IT資料中心伺服器的端對端企業連結架構，即時從企業應用程式中存取的廠區資料，能讓生產過程持續最佳化並且提升整體設備效率（OEE）。

除了製造現場的自動化，製造業要走向智慧化，系統方面仍必須有其他準備，例如與供應體系鏈結、工業網路資安設計、勞安環境建置、安全與能源管理等，這些工業3.5的建置，都是製造業者在邁向工業4.0之前的必要功課。整體而言，工業4.0是一條漫長的路，無法一蹴可及，業者必需有策略、有耐心地逐步完成前置系統，才能讓所建置的智慧製造貼合自身需求，並產生目標效益。