1969年P(guān)LC問世后,，自動化技術(shù)在制造領(lǐng)域逐漸站穩(wěn)腳步,，如今已是全球制造系統(tǒng)的核心架構(gòu),，由于制造系統(tǒng)講究穩(wěn)定,，因此對新技術(shù),、新架構(gòu)的接受速度向來緩慢，不過近年來消費(fèi)市場快速變動,，對全球制造業(yè)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn),， 導(dǎo)入智能化架構(gòu)成為業(yè)者永續(xù)經(jīng)營的必要策略，而在新世代的制造系統(tǒng)中,，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)不僅成為核心架構(gòu),，更會與AI（人工智能）結(jié)合，落實(shí)智能化愿景,。

　　所有場域應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng),，其架構(gòu)都相同，都是由傳感器,、通訊網(wǎng)絡(luò)與云端管理平臺所組成的3層架構(gòu),，由傳感器擷取設(shè)備數(shù)據(jù)，再經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到上層云端平臺儲存,、運(yùn)算,，最后再以分析出來的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)運(yùn)作的決策參考，而在整體架構(gòu)中,， AI過去多被建置在上層的云端平臺,，透過強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，分析由終端感測層傳回的海量數(shù)據(jù),。

　　不過,，機(jī)器學(xué)習(xí)算法需要一定的運(yùn)算時(shí)間，其目的也多在解決制造業(yè)類似像是制程排程優(yōu)化的長時(shí)間問題,，對于制程中會遇到的實(shí)時(shí)問題反應(yīng)與控制指令回饋會緩不濟(jì)急,，近兩年邊緣運(yùn)算概念興起，成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)性問題的最佳答案,。

　　上層AI多用于長期規(guī)劃

　　邊緣運(yùn)算的做法是讓終端設(shè)備具有一定的運(yùn)算能力,，具有邊緣運(yùn)算設(shè)計(jì)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，必須先建立起一套數(shù)據(jù)流模式,，當(dāng)傳感器擷取到設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)后,，就將數(shù)據(jù)傳送到通訊層的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再依照系統(tǒng)建構(gòu)時(shí)的設(shè)定讓數(shù)據(jù)分流,， 需要實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)傳送到前端控制器,，讓自動化設(shè)備可以快速反應(yīng)，需要儲存累績?yōu)殚L期數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù),，則送往數(shù)據(jù)庫儲存,，上層再透過運(yùn)算平臺分析出結(jié)果，提供管理者作為決策參考,，因此現(xiàn)在完整的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),， 其AI會被分別設(shè)計(jì)在會有終端與云端兩部分，讓分布式與集中式運(yùn)算在架構(gòu)中并存，彼此各司所職,。

　　再從設(shè)備供應(yīng)端在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的研究議題來看,，現(xiàn)在主要是集中在4個(gè)方向，包括生產(chǎn)系統(tǒng),、產(chǎn)品質(zhì)量,、制程優(yōu)化與數(shù)字建模。 在這4大方向中,，各有其需要解決的問題，像是生產(chǎn)系統(tǒng)中,，設(shè)備的狀態(tài)感測,、監(jiān)控與預(yù)診，產(chǎn)品質(zhì)量的檢測,、預(yù)測,，制程優(yōu)化的參數(shù)設(shè)定、能源運(yùn)用,，數(shù)字建模的數(shù)字雙生平泰建立等,，透過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)擷取與分析，將可逐步解決這些問題,， 提升系統(tǒng)整體效能,。

　　在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，AI主要用來做制程的優(yōu)化與長期規(guī)畫等非實(shí)時(shí)性決策,，例如現(xiàn)在消費(fèi)性市場的產(chǎn)品類別多樣,，制程系統(tǒng)的換線將成為常態(tài)，透過大數(shù)據(jù)與AI的運(yùn)算,，就可盡量縮短換線生產(chǎn)的停機(jī)時(shí)間,，讓排程優(yōu)化。

　　進(jìn)行產(chǎn)線排程時(shí),，需從機(jī)器環(huán)境,、制程加工特性與限制、排程目標(biāo),，依據(jù)工作到達(dá)達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場的情況區(qū)分,，可分靜態(tài)及動態(tài)排程兩種，靜態(tài)排程是到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場時(shí),，其制造數(shù)目?固定且可一次完成的任務(wù)進(jìn)行排程,，后續(xù)如果出現(xiàn)新工作， 再并入下一次制程處理,。 動態(tài)排程則是若制程連續(xù),、產(chǎn)品隨機(jī)，而且數(shù)目不固定的到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，須不斷的更新生?排程,。

　　就上述兩種排程方式來看,，靜態(tài)排程通常為少樣多樣方式，AI在其中要解決的問題,，主要是透過深度學(xué)習(xí)算法分析各環(huán)節(jié)的時(shí)間與質(zhì)量,，不斷的改進(jìn)工序，讓效能與質(zhì)量優(yōu)化,；動態(tài)排程則用于少量多樣生產(chǎn),，AI會針對不同產(chǎn)品的工序， 建立起換線模式,，有不同產(chǎn)品上線時(shí),，即啟動專屬換線模式，盡量縮短停機(jī)時(shí)間,，同時(shí)讓產(chǎn)品維持固定質(zhì)量,。

　　邊緣運(yùn)算效益可快速浮現(xiàn)

　　由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)上層的AI建置，效益需要一段時(shí)間才浮現(xiàn),，不會是立竿見影的發(fā)生,，而且對制造業(yè)者來說并非當(dāng)務(wù)之急，因此目前投入者大多為大型制造業(yè),，中小規(guī)模的業(yè)者,，則以底層的邊緣運(yùn)算為主。

　　目前中小企業(yè)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建置,，制造設(shè)備的預(yù)知保養(yǎng)與制程檢測仍是兩大主要功能,，由于設(shè)備的無預(yù)警停機(jī)，將會造成整體產(chǎn)線停擺,，輕則產(chǎn)在線的半成品報(bào)廢,，重則交期延宕影響商譽(yù)，設(shè)備保養(yǎng)過去多采人工記錄方式,，人員再按照時(shí)間維護(hù),， 不過這種方式除了有可能因人員疏失或懈怠，未能定時(shí)作業(yè)外,，設(shè)備也有可能在未達(dá)維護(hù)時(shí)間時(shí)故障,。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備預(yù)知保養(yǎng)可分兩類，一種是直接在管理系統(tǒng)上設(shè)計(jì)提醒功能,，主動告知相關(guān)人員維修時(shí)間,，另一種則是由傳感器偵測設(shè)備狀態(tài)，若是出現(xiàn)異常,，AI則會依據(jù)出現(xiàn)的狀態(tài)頻率,，判斷可能發(fā)生的情況,，再做不同處理， 例如傳感器發(fā)現(xiàn)馬達(dá)的震動,，有可能是軸心歪斜,，系統(tǒng)會依據(jù)震動的大小與頻率判斷馬達(dá)現(xiàn)在的狀態(tài)，如果有可能會立即損壞,，就馬上告知設(shè)備維護(hù)人員停機(jī)更換,，如果沒有立即危險(xiǎn)，則會讓馬達(dá)持續(xù)運(yùn)作,，并記錄該馬達(dá)的狀況,， 讓管理人員自行決定維護(hù)時(shí)間，讓產(chǎn)線可以維持穩(wěn)定的運(yùn)作效能,。

　　邊緣運(yùn)算的另一種主要功能是制程檢測,，從目前AI的發(fā)展來看，圖像處理占有70％以上的應(yīng)用,，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中也是如此。 過去制程中多靠人眼檢測產(chǎn)品質(zhì)量,，由于人眼容易疲勞,，隨著工作時(shí)間的拉長，檢測質(zhì)量會逐漸降低,，再者,，部分消費(fèi)性產(chǎn)品的體積越來越小，產(chǎn)線速度越來越快,，人眼已難以負(fù)荷,，現(xiàn)在已被取代機(jī)器視覺所取代。

　　現(xiàn)在的機(jī)器視覺判斷速度非?？?，且精準(zhǔn)度越來越高，不過其運(yùn)作模式仍是貼合大量制造的制程為設(shè)計(jì),，其快速與精準(zhǔn)的辨識,，僅能適用于少數(shù)類型，在少量多樣或混線生產(chǎn)的制程中仍力有未逮,，而AI則可讓機(jī)器視覺擁有學(xué)習(xí)能力,， 未來的設(shè)備將可透過算法自我學(xué)習(xí)，遇到不一樣的產(chǎn)品種類或瑕疵時(shí),，即可自主判斷,，不必再由管理人員重新設(shè)定、調(diào)整判別模式,。

　　感知運(yùn)算會是下一步

　　在現(xiàn)有的設(shè)備預(yù)診與制測檢測之后,，制造系統(tǒng)的邊緣運(yùn)算接下來將會有那些重點(diǎn)應(yīng)用？ 易用性將會是下一個(gè)趨勢，而要讓設(shè)備易用,，感知會是系統(tǒng)的必要設(shè)計(jì)理念,。

　　相對于現(xiàn)在的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，邊緣運(yùn)算只能找出系統(tǒng)問題,，感知運(yùn)算則可找到問題的原因,，并直接提出最佳解決方式，制造系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì),，必須針對不同用戶提供適用功能,，決策者、管理者,、操作者所需的信息大不相同,， 第一線的設(shè)備作業(yè)者遇到問題時(shí)，往往面臨極大的時(shí)間壓力,，此時(shí)系統(tǒng)并不需要問題以外的信息,，只需要系統(tǒng)直接告知問題所在，甚至提出可行的解決方式,，像是設(shè)備故障,，系統(tǒng)會直接在畫面顯示或以語音提示，告知操作人員先按下某個(gè)按鍵,， 讓系統(tǒng)先恢復(fù)安全狀態(tài),，之后再提示緊急狀態(tài)的發(fā)生原因。 這就是感知運(yùn)算最大的優(yōu)勢所在,，隨著IT領(lǐng)域軟硬件技術(shù)提升與制造業(yè)對智能化概念的逐漸接受,，感知運(yùn)算將成為制造業(yè)的應(yīng)用會越來越多。

　　觀察發(fā)展現(xiàn)況,，工業(yè)4.0在制造業(yè)已是大勢所趨,，無論是設(shè)備應(yīng)應(yīng)商或制造業(yè)者，導(dǎo)入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的動作也都轉(zhuǎn)趨積極,，不過有成效者仍占少數(shù),，之前研究機(jī)構(gòu)麥肯錫（McKinsey）就曾針對歐、美,、日等地的制造大廠進(jìn)行調(diào)查,， 根據(jù)調(diào)查顯示，建置相關(guān)系統(tǒng)的企業(yè)中,，僅有四成認(rèn)為有獲得成效或確實(shí)改善了制程,，此一結(jié)果雖然不至于太慘，但與當(dāng)初預(yù)期仍有一段距離,。

　　至于臺灣地區(qū)市場,，由于制造業(yè)族群分布零散,，工業(yè)4.0要落實(shí)在不同產(chǎn)業(yè)中仍有困難，原因在于無論是技術(shù)成熟度,、策略方針到問題痛點(diǎn),，不同型態(tài)的制造業(yè)，其差異都相當(dāng)大,，因此制造業(yè)導(dǎo)入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的第一步,，就是先審視自己所處的位置， 以找出最合適的解決方案,。

　　業(yè)者指出,，各族群制程系統(tǒng)的技術(shù)成熟度不同，對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的功能需求差異也極大,，例如傳產(chǎn)可能連第一步將設(shè)備連網(wǎng)的階段都還未達(dá)到,，更遑論AI，但也有產(chǎn)業(yè)已在深入研究AI,、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的深化應(yīng)用,，讓設(shè)備自主優(yōu)化。

　　你在工業(yè)4.0的哪一階段,？

　　至于制造業(yè)要審視本身在工業(yè)4.0中所占的位置,，則可透過訊息物理系統(tǒng)（Cyber Physics System）當(dāng)中的5C架構(gòu)來進(jìn)行評判標(biāo)準(zhǔn)， 5C標(biāo)準(zhǔn)非常適合用來檢視工業(yè)4.0技術(shù)的成熟度,，并輔助企業(yè)審視各階段所需的代表性能力與技術(shù)，順利導(dǎo)入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),。 5C架構(gòu)從最底層初階技術(shù)至最高層高階應(yīng)用共可分為五個(gè)能力組成,，分別是鏈接（Connect）、轉(zhuǎn)化（Covert）,、虛擬（Cyber）,、感知（Cognition）以及自我配置（Configure）。

　　第一階段的鏈接,，最主要是整合OT與IT系統(tǒng),，透過聯(lián)網(wǎng)技術(shù)讓機(jī)器與機(jī)器間能夠互相通訊、進(jìn)行串聯(lián),。 其次是轉(zhuǎn)化,，這階段是讓設(shè)備機(jī)臺在初步的連網(wǎng)后，將擷取到的信息轉(zhuǎn)換為具有分析價(jià)值的數(shù)據(jù)信息,，例如設(shè)備的失效或良率的分析,。 其中，設(shè)備端點(diǎn)須具備分析,、智能化的能力是這一階段中非常關(guān)鍵的能力,。

　　在第三個(gè)階段虛擬中,，則是強(qiáng)調(diào)虛擬化的數(shù)字雙生（Digital Twins），在所有機(jī)臺都連網(wǎng)之后,，形成另外一個(gè)虛擬,、同步化的工廠運(yùn)行，而其數(shù)字工廠具備感知,、預(yù)測能力,，可預(yù)測「 非計(jì)劃內(nèi)」的設(shè)備故障，當(dāng)故障訊息被數(shù)字工廠擷取后,，更可以仿真接下來如何執(zhí)行優(yōu)化的重新排程,，例如像日本近年就非常致力于推動數(shù)字工廠的運(yùn)行。

　　至于第四層感知階段,，主要?jiǎng)t是導(dǎo)入如機(jī)器學(xué)習(xí),、深度學(xué)習(xí)等一系列的人工智能技術(shù)，讓機(jī)器可自我學(xué)習(xí),、進(jìn)化,，并從大數(shù)據(jù)分析中不斷進(jìn)行推算與仿真，進(jìn)而在設(shè)備端預(yù)防機(jī)器故障與良率不佳的狀況,。

　　最后一個(gè)階段自我配置,，則是能夠機(jī)器能夠藉由感知、學(xué)習(xí)的結(jié)果,，以自主的方式改變機(jī)器設(shè)備的設(shè)定,，就好比自動駕駛的概念，利用系統(tǒng)對環(huán)境變化的判斷與分析自動更改執(zhí)行命令,。 而工廠的機(jī)器同樣也能夠根據(jù)感測系統(tǒng),、訂單需求等的變化重新排程，訂立優(yōu)化的結(jié)果,，這也是目前工業(yè)4.0追求的最高層級,。

　　透過不同階段的認(rèn)知，制造業(yè)即可掌握目前自身系統(tǒng)所在的位置,，并根據(jù)自身問題,，向系統(tǒng)整合商提出功能需求，例如產(chǎn)品質(zhì)量不佳,，就以圖像處理強(qiáng)化質(zhì)量控管,；要提升效能，則可偵測設(shè)備的使用狀態(tài),，提升OEE（整體設(shè)備效率）,， 而這些功能都可透過簡單的AI設(shè)置，加快效益的浮現(xiàn)速度,。

　　據(jù)羿戓機(jī)器學(xué)習(xí)所了解,，談到AI,，過去多認(rèn)為是遙不可及的概念，但其實(shí)AI可分為強(qiáng)AI與弱AI,，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的邊緣運(yùn)算中,，通常只需要用到有限效能的弱AI，就可有效提升效能,，因此制造業(yè)者不必認(rèn)為太過遙遠(yuǎn)就一徑排斥,，可與系統(tǒng)廠商溝通討論，先從影響不大 ,、成本不高之處先行建置,，再視成效決定下一步動作，透過不斷的嘗試,、修正與導(dǎo)入,，企業(yè)就可在有限的成本與風(fēng)險(xiǎn)下逐步轉(zhuǎn)型，維持市場競爭力,。