1969年P(guān)LC問世后，自動(dòng)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(duì)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(dòng),，對(duì)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(huì)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(tái)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(tái)儲(chǔ)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(tái),，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(duì)于制程中會(huì)遇到的實(shí)時(shí)問題反應(yīng)與控制指令回饋會(huì)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(dòng)化設(shè)備可以快速反應(yīng),，需要儲(chǔ)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(chǔ)存,，上層再透過運(yùn)算平臺(tái)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(huì)被分別設(shè)計(jì)在會(huì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)排程則用于少量多樣生產(chǎn),，AI會(huì)針對(duì)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(dòng)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(huì)是立竿見影的發(fā)生,，而且對(duì)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(huì)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(dòng)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(huì)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(dòng)，有可能是軸心歪斜,，系統(tǒng)會(huì)依據(jù)震動(dòng)的大小與頻率判斷馬達(dá)現(xiàn)在的狀態(tài),，如果有可能會(huì)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(huì)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(huì)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?？欤揖珳?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(shí)，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(huì)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(huì)有那些重點(diǎn)應(yīng)用？ 易用性將會(huì)是下一個(gè)趨勢,，而要讓設(shè)備易用,，感知會(huì)是系統(tǒng)的必要設(shè)計(jì)理念。

　　相對(duì)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(duì)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(huì)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(duì)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(huì)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(dòng)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(duì)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(tái)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(duì)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(píng)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(tái)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(tái)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(dòng)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(dòng)駕駛的概念,，利用系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的判斷與分析自動(dòng)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(jí),。

　　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(dòng)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。