摘要

本文將審視當今製造業麵臨的核心挑戰，探索正在席卷行業的變革浪潮。這場變革源於對資源敏感型製造的全新關注，而人工智能、分散式控製、混合組網及軟件定義自動化等新技術與能力協同發力，共同為未來數字化工廠的崛起築牢根基。

製造業麵臨的挑戰

製zhi造zao業ye正zheng處chu於yu一yi場chang轉zhuan型xing浪lang潮chao之zhi中zhong，消xiao費fei者zhe對dui個ge性xing化hua產chan品pin需xu求qiu的de增zeng長chang
，加jia之zhi疫yi情qing後hou供gong應ying鏈lian危wei機ji催cui生sheng的de產chan業ye回hui流liu趨qu勢shi等deng，成cheng為wei推tui動dong這zhe一yi變bian革ge的de主zhu要yao驅qu動dong力li。而er這zhe些xie，僅jin僅jin是shi眾zhong多duo挑tiao戰zhan中zhong的de冰bing山shan一yi角jiao。與yu此ci同tong時shi
，全quan球qiu各ge國guo政zheng府fu也ye紛fen紛fen出chu台tai相xiang關guan法fa規gui，以yi減jian少shao製zhi造zao業ye的de碳tan排pai放fang，從cong而er實shi現xian溫wen室shi氣qi體ti淨jing零ling排pai放fang目mu標biao。應ying對dui這zhe些xie挑tiao戰zhan將jiang為wei工gong業ye製zhi造zao企qi業ye開kai辟pi全quan新xin的de發fa展zhan賽sai道dao
，企qi業ye可ke借jie此ci契qi機ji引yin入ru前qian沿yan技ji術shu，在zai降jiang低di碳tan排pai放fang的de同tong時shi
，提ti高gao製zhi造zao業ye的de生sheng產chan效xiao率lv、可擴展性和靈活性。

在zai如ru今jin既ji有you的de製zhi造zao工gong廠chang內nei，製zhi造zao設she備bei與yu自zi動dong化hua設she備bei曆li經jing多duo年nian反fan複fu部bu署shu與yu擴kuo展zhan，互hu操cao作zuo性xing問wen題ti日ri益yi凸tu顯xian。設she備bei間jian不bu僅jin難nan以yi順shun暢chang協xie同tong運yun作zuo，相xiang互hu間jian的de連lian接jie也ye極ji為wei有you限xian
，導dao致zhi工gong廠chang內nei部bu普pu遍bian缺que乏fa能neng貫guan通tong所suo有you自zi動dong化hua設she備bei的de統tong一yi網wang絡luo。

隨著新產品庫存單位(SKU)shuliangchixupansheng，shengchanxiandeshezhiyuyanzhengshijianbudebuxiangyingzengjia。zaiyiliaoqixiezhizaolingyu，yanzhengliuchengbujinhaoshimanchang
，chengbenyeshifengaoang。ciwai
，chanpinSKU的增多還會拉低設備綜合效率(OEE)
，原(yuan)因(yin)在(zai)於(yu)額(e)外(wai)投(tou)入(ru)的(de)設(she)置(zhi)和(he)驗(yan)證(zheng)會(hui)造(zao)成(cheng)生(sheng)產(chan)時(shi)間(jian)的(de)浪(lang)費(fei)，進(jin)而(er)導(dao)致(zhi)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)下(xia)滑(hua)。製(zhi)造(zao)業(ye)麵(mian)臨(lin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)不(bu)止(zhi)於(yu)此(ci)，熟(shu)練(lian)工(gong)人(ren)短(duan)缺(que)問(wen)題(ti)同(tong)樣(yang)嚴(yan)峻(jun)。據(ju)預(yu)測(ce)
，截(jie)至(zhi)2030年
，製造業熟練工人缺口將高達約210萬人。1 當下，多數製造活動集中於既有工廠；在(zai)此(ci)背(bei)景(jing)下(xia)，企(qi)業(ye)試(shi)圖(tu)在(zai)現(xian)有(you)廠(chang)房(fang)空(kong)間(jian)內(nei)提(ti)升(sheng)產(chan)能(neng)時(shi)，勞(lao)動(dong)力(li)不(bu)足(zu)的(de)問(wen)題(ti)便(bian)成(cheng)為(wei)產(chan)能(neng)提(ti)升(sheng)的(de)關(guan)鍵(jian)製(zhi)約(yue)因(yin)素(su)。未(wei)來(lai)數(shu)字(zi)化(hua)工(gong)廠(chang)正(zheng)是(shi)為(wei)攻(gong)克(ke)上(shang)述(shu)重(zhong)重(zhong)挑(tiao)戰(zhan)而(er)生(sheng)，致(zhi)力(li)於(yu)推(tui)動(dong)製(zhi)造(zao)業(ye)邁(mai)入(ru)全(quan)新(xin)的(de)發(fa)展(zhan)紀(ji)元(yuan)（見圖1）。

圖1.工業製造麵臨的挑戰。

工業製造業的轉型

從cong技ji術shu角jiao度du來lai看kan，製zhi造zao業ye已yi取qu得de重zhong大da進jin步bu。例li如ru
，通tong過guo在zai製zhi造zao資zi產chan和he設she備bei上shang增zeng加jia傳chuan感gan器qi部bu署shu並bing進jin行xing融rong合he，可ke生sheng成cheng豐feng富fu的de數shu據ju集ji
，用yong於yu優you化hua機ji器qi並bing提ti高gao設she備bei綜zong合he效xiao率lv(OEE)。軟件定義自動化的部署提升了製造業的生產效率、靈活性和可擴展性，大幅縮短了設置與驗證時間。此外，人工智能(AI)正zheng逐zhu步bu向xiang邊bian緣yuan側ce發fa展zhan，更geng加jia靠kao近jin傳chuan感gan器qi或huo執zhi行xing器qi等deng生sheng成cheng數shu據ju的de終zhong端duan。邊bian緣yuan人ren工gong智zhi能neng將jiang借jie助zhu數shu據ju驅qu動dong的de決jue策ce方fang式shi
，把ba製zhi造zao數shu據ju轉zhuan化hua為wei切qie實shi可ke行xing的de見jian解jie，助zhu力li自zi主zhu製zhi造zao實shi現xian製zhi造zao業ye生sheng產chan效xiao率lv與yu競jing爭zheng力li的de躍yue升sheng（見圖2）。

圖2.製造業的轉型。

資源感知型製造

下一代製造業需要更全麵地審視資源消耗的各個方麵。製造業所需的四大關鍵資源分別是資金
、電力
、材cai料liao和he人ren力li。在zai資zi源yuan感gan知zhi型xing製zhi造zao的de背bei景jing下xia，未wei來lai數shu字zi化hua工gong廠chang亟ji待dai提ti升sheng對dui這zhe些xie資zi源yuan的de利li用yong效xiao率lv。在zai資zi金jin效xiao率lv方fang麵mian，所suo有you製zhi造zao領ling域yu的de資zi本ben支zhi出chu都dou應ying注zhu重zhong實shi現xian投tou資zi回hui報bao率lv(ROI)，周期可能為一年
、三san年nian或huo五wu年nian不bu等deng。未wei來lai數shu字zi化hua工gong廠chang的de關guan鍵jian目mu標biao之zhi一yi，便bian是shi以yi最zui少shao的de資zi本ben支zhi出chu實shi現xian利li潤run最zui大da化hua，進jin而er獲huo得de最zui高gao的de投tou資zi回hui報bao率lv。其qi次ci是shi電dian力li效xiao率lv，下xia一yi代dai製zhi造zao業ye必bi須xu以yi更geng低di的de能neng耗hao實shi現xian更geng高gao的de產chan出chu，達da成cheng減jian少shao全quan球qiu碳tan排pai放fang的de目mu標biao。降jiang低di電dian力li消xiao耗hao的de關guan鍵jian舉ju措cuo包bao括kuo：部署高效電機驅動器，將氣動驅動替換為機電驅動

，運用自適應閉環控製技術提升製造效率，等等。

資zi源yuan感gan知zhi型xing製zhi造zao的de第di三san個ge方fang麵mian是shi材cai料liao效xiao率lv。在zai提ti升sheng製zhi造zao業ye可ke持chi續xu性xing方fang麵mian，減jian少shao材cai料liao浪lang費fei與yu降jiang低di能neng源yuan消xiao耗hao同tong等deng重zhong要yao
，發fa揮hui著zhe不bu可ke或huo缺que的de作zuo用yong。通tong過guo最zui大da限xian度du地di減jian少shao原yuan材cai料liao的de使shi用yong，再zai結jie合he加jia強qiang生sheng產chan質zhi量liang控kong製zhi，能neng夠gou顯xian著zhu減jian少shao整zheng個ge製zhi造zao流liu程cheng中zhong的de材cai料liao浪lang費fei，最zui終zhong朝chao著zhe零ling廢fei棄qi生sheng產chan的de目mu標biao邁mai進jin。最zui後hou一yi個ge方fang麵mian是shi人ren力li效xiao率lv，亦yi是shi重zhong中zhong之zhi重zhong。當dang前qian，製zhi造zao業ye在zai招zhao聘pin熟shu練lian工gong人ren方fang麵mian存cun在zai諸zhu多duo挑tiao戰zhan。製zhi造zao業ye必bi須xu盡jin可ke能neng地di減jian少shao人ren為wei介jie入ru，可ke采cai取qu的de方fang式shi包bao括kuo：推廣自主製造模式
，應用先進機器人技術，部署具備實時感知能力、能快速響應操作環境與製造需求變化的自動化解決方案（見圖3）。

圖3.資源感知型製造。

未來數字化工廠

ADI公司對未來數字化工廠的願景，聚焦於連接、控製和解讀這三大核心支柱。連接戰略旨在通過提升製造業生產效率、可(ke)擴(kuo)展(zhan)性(xing)和(he)靈(ling)活(huo)性(xing)，同(tong)時(shi)降(jiang)低(di)碳(tan)排(pai)放(fang)
，來(lai)達(da)成(cheng)未(wei)來(lai)工(gong)廠(chang)的(de)發(fa)展(zhan)藍(lan)圖(tu)。確(que)保(bao)所(suo)有(you)製(zhi)造(zao)資(zi)產(chan)和(he)機(ji)器(qi)連(lian)接(jie)到(dao)統(tong)一(yi)網(wang)絡(luo)，實(shi)現(xian)製(zhi)造(zao)數(shu)據(ju)的(de)透(tou)明(ming)訪(fang)問(wen)，並(bing)利(li)用(yong)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)推(tui)動(dong)整(zheng)個(ge)製(zhi)造(zao)場(chang)所(suo)的(de)工(gong)藝(yi)持(chi)續(xu)改(gai)進(jin)。製(zhi)造(zao)環(huan)境(jing)須(xu)借(jie)助(zhu)有(you)線(xian)和(he)無(wu)線(xian)混(hun)合(he)網(wang)絡(luo)，實(shi)現(xian)從(cong)邊(bian)緣(yuan)到(dao)雲(yun)端(duan)的(de)實(shi)時(shi)無(wu)縫(feng)連(lian)接(jie)。對(dui)於(yu)有(you)線(xian)控(kong)製(zhi)連(lian)接(jie)，千(qian)兆(zhao)位(wei)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)正(zheng)被(bei)部(bu)署(shu)用(yong)於(yu)工(gong)廠(chang)網(wang)絡(luo)以(yi)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)帶(dai)寬(kuan)，同(tong)時(shi)搭(da)配(pei)時(shi)間(jian)敏(min)感(gan)型(xing)網(wang)絡(luo)(TSN)來確保實時流量控製的確定性。對於諸如自主移動機器人(AMR)等移動應用，靈活的專用5G網絡起到補充作用
，並且專用5G網絡還可連接難以輕鬆接入有線工業以太網的遠程傳感器和執行器。

dierxiangguanjianzhanlvejujiaoyukongzhilingyu。fensanshizizhukongzhiyituoquanxindemokuaihuazidonghuajiejuefangan，dailaigenggaodelinghuoxing，jinengsuoduanshezhiheyanzhengshijian，younengzhichiriyizengchangdexinchanpinkucundanwei(SKU)。從傳統生產線的集中式可編程邏輯控製器(PLC)轉向分散式PLC控(kong)製(zhi)
，先(xian)進(jin)的(de)邊(bian)緣(yuan)計(ji)算(suan)將(jiang)被(bei)直(zhi)接(jie)集(ji)成(cheng)到(dao)機(ji)器(qi)之(zhi)中(zhong)。基(ji)於(yu)邊(bian)緣(yuan)的(de)自(zi)主(zhu)控(kong)製(zhi)讓(rang)生(sheng)產(chan)線(xian)更(geng)具(ju)可(ke)重(zhong)構(gou)性(xing)，顯(xian)著(zhu)提(ti)升(sheng)製(zhi)造(zao)靈(ling)活(huo)性(xing)。每(mei)一(yi)台(tai)機(ji)器(qi)都(dou)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)獨(du)立(li)的(de)模(mo)塊(kuai)化(hua)製(zhi)造(zao)單(dan)元(yuan)，可(ke)在(zai)極(ji)少(shao)人(ren)為(wei)介(jie)入(ru)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，輕(qing)鬆(song)完(wan)成(cheng)配(pei)置(zhi)與(yu)重(zhong)新(xin)部(bu)署(shu)。通(tong)過(guo)部(bu)署(shu)更(geng)多(duo)靈(ling)活(huo)、模塊化的製造解決方案
，並由分散式自主控製予以支持
，我們能夠更好地實現未來數字化工廠的目標。

最(zui)後(hou)一(yi)項(xiang)戰(zhan)略(lve)聚(ju)焦(jiao)於(yu)解(jie)讀(du)。解(jie)讀(du)戰(zhan)略(lve)旨(zhi)在(zai)將(jiang)生(sheng)產(chan)數(shu)據(ju)轉(zhuan)化(hua)為(wei)可(ke)付(fu)諸(zhu)實(shi)踐(jian)的(de)洞(dong)察(cha)信(xin)息(xi)，從(cong)而(er)助(zhu)力(li)實(shi)現(xian)未(wei)來(lai)工(gong)廠(chang)的(de)各(ge)項(xiang)目(mu)標(biao)。據(ju)估(gu)算(suan)


，製(zhi)造(zao)業(ye)每(mei)年(nian)產(chan)生(sheng)的(de)數(shu)據(ju)量(liang)約(yue)達(da)1812 PB（拍字節）。2 jieduzhanlvejiangyunyongrengongzhinengjishulaichulizhexiehailiangzhizaoshuju，yitishengshengchanxiaolv。jieduzhanlvedeguanjianzaiyuzaishujuchanshengdebianyuancebushurengongzhineng。bianyuanrengongzhinengjiangtongguozhudongjuece，jiehechuanganqironghe（包含工業視覺、溫度
、壓力/力、測斜儀、位置
、振動
、濕度等測量方式）
，實(shi)現(xian)製(zhi)造(zao)業(ye)的(de)自(zi)主(zhu)優(you)化(hua)。邊(bian)緣(yuan)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)將(jiang)通(tong)過(guo)自(zi)動(dong)執(zhi)行(xing)常(chang)規(gui)任(ren)務(wu)
，減(jian)少(shao)對(dui)熟(shu)練(lian)勞(lao)動(dong)力(li)的(de)依(yi)賴(lai)，並(bing)以(yi)盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)的(de)良(liang)品(pin)率(lv)實(shi)現(xian)更(geng)具(ju)個(ge)性(xing)化(hua)和(he)複(fu)雜(za)性(xing)的(de)製(zhi)造(zao)。關(guan)鍵(jian)應(ying)用(yong)包(bao)括(kuo)引(yin)導(dao)驅(qu)動(dong)（移動機器人）、缺陷或異常檢測（機器健康狀況）、持續的工藝改進、模式識別（質量控製），最終還將融入自動化控製循環，成為其中重要一環。

圖4.實現未來數字化工廠的幾點關鍵要求。

結論

製造業正在經曆一場變革
，朝著更智能
、更互聯
、yiruanjiandingyiweizhudefangxiangfazhan。shishiwufengdebianyuandaoyunduanlianjie，jiangshixianduixinxingzhizaoshujujidetouminghuafangwen。fensanshikongzhijiezhubianyuanjisuan，jiangkongzhigongnengcongkebianchengluojikongzhiqi(PLC)遷移至機器本身。傳感器融合技術的應用提升了機器的設備綜合效率(OEE)，bingchanshengfengfudeshujuji
，weirengongzhinengmoxingdexunlianyubushutigongzhicheng。bianyuanrengongzhinengjiangshizidonghuajiqiwanquanshixianzizhuhua。zhexiexinjishuderongheshibijiangchedigaibianweilaideshuzihuagongchang
，zaixianzhujiangdinengyuanxiaohaohecailiaolangfeidetongshi
，tigaozhizaoyedeshengchanxiaolv
、靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)可(ke)擴(kuo)展(zhan)性(xing)。對(dui)於(yu)製(zhi)造(zao)商(shang)而(er)言(yan)
，成(cheng)功(gong)的(de)關(guan)鍵(jian)在(zai)於(yu)如(ru)何(he)與(yu)生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong)內(nei)的(de)其(qi)他(ta)公(gong)司(si)展(zhan)開(kai)合(he)作(zuo)，因(yin)為(wei)豐(feng)富(fu)多(duo)樣(yang)的(de)經(jing)驗(yan)和(he)能(neng)力(li)對(dui)於(yu)加(jia)速(su)實(shi)現(xian)未(wei)來(lai)數(shu)字(zi)化(hua)工(gong)廠(chang)的(de)願(yuan)景(jing)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。如(ru)需(xu)進(jin)一(yi)步(bu)了(le)解(jie)ADI針對未來數字化工廠的可持續自動化解決方案
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analog.com/industrialautomation。

參考文獻

1 Victor Reyes
、Heather Ashton和Chad Moutray
，“Creating Pathways for Tomorrow’s Workforce Today:Beyond Reskilling in Manufacturing”，Deloitte Insights
，美國製造業研究所
，2021年5月。

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