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。

zairujinjiyoudezhizaogongchangnei，zhizaoshebeiyuzidonghuashebeilijingduonianfanfubushuyukuozhan，hucaozuoxingwentiriyituxian。shebeijianbujinnanyishunchangxietongyunzuo，xianghujiandelianjieyejiweiyouxian，daozhigongchangneibupubianquefanengguantongsuoyouzidonghuashebeidetongyiwangluo。

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zhi2030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
；zaicibeijingxia，qiyeshituzaixianyouchangfangkongjianneitishengchannengshi
，laodonglibuzudewentibianchengweichannengtishengdeguanjianzhiyueyinsu。weilaishuzihuagongchangzhengshiweigongkeshangshuzhongzhongtiaozhanersheng
，zhiliyutuidongzhizaoyemairuquanxindefazhanjiyuan（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)zhengzhubuxiangbianyuancefazhan，gengjiakaojinchuanganqihuozhixingqidengshengchengshujudezhongduan。bianyuanrengongzhinengjiangjiezhushujuqudongdejuecefangshi，bazhizaoshujuzhuanhuaweiqieshikexingdejianjie，zhulizizhuzhizaoshixianzhizaoyeshengchanxiaolvyujingzhenglideyuesheng（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
、cailiaoherenli。zaiziyuanganzhixingzhizaodebeijingxia，weilaishuzihuagongchangjidaitishengduizhexieziyuandeliyongxiaolv。zaizijinxiaolvfangmian，suoyouzhizaolingyudezibenzhichudouyingzhuzhongshixiantouzihuibaolv(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。

第di二er項xiang關guan鍵jian戰zhan略lve聚ju焦jiao於yu控kong製zhi領ling域yu。分fen散san式shi自zi主zhu控kong製zhi依yi托tuo全quan新xin的de模mo塊kuai化hua自zi動dong化hua解jie決jue方fang案an，帶dai來lai更geng高gao的de靈ling活huo性xing
，既ji能neng縮suo短duan設she置zhi和he驗yan證zheng時shi間jian，又you能neng支zhi持chi日ri益yi增zeng長chang的de新xin產chan品pin庫ku存cun單dan位wei(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da1812 PB（拍字節）。2 解jie讀du戰zhan略lve將jiang運yun用yong人ren工gong智zhi能neng技ji術shu來lai處chu理li這zhe些xie海hai量liang製zhi造zao數shu據ju
，以yi提ti升sheng生sheng產chan效xiao率lv。解jie讀du戰zhan略lve的de關guan鍵jian在zai於yu在zai數shu據ju產chan生sheng的de邊bian緣yuan側ce部bu署shu人ren工gong智zhi能neng。邊bian緣yuan人ren工gong智zhi能neng將jiang通tong過guo主zhu動dong決jue策ce，結jie合he傳chuan感gan器qi融rong合he（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、以(yi)軟(ruan)件(jian)定(ding)義(yi)為(wei)主(zhu)的(de)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan)。實(shi)時(shi)無(wu)縫(feng)的(de)邊(bian)緣(yuan)到(dao)雲(yun)端(duan)連(lian)接(jie)
，將(jiang)實(shi)現(xian)對(dui)新(xin)型(xing)製(zhi)造(zao)數(shu)據(ju)集(ji)的(de)透(tou)明(ming)化(hua)訪(fang)問(wen)。分(fen)散(san)式(shi)控(kong)製(zhi)借(jie)助(zhu)邊(bian)緣(yuan)計(ji)算(suan)，將(jiang)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)從(cong)可(ke)編(bian)程(cheng)邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)(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)，並(bing)產(chan)生(sheng)豐(feng)富(fu)的(de)數(shu)據(ju)集(ji)，為(wei)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)模(mo)型(xing)的(de)訓(xun)練(lian)與(yu)部(bu)署(shu)提(ti)供(gong)支(zhi)撐(cheng)。邊(bian)緣(yuan)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)將(jiang)使(shi)自(zi)動(dong)化(hua)機(ji)器(qi)完(wan)全(quan)實(shi)現(xian)自(zi)主(zhu)化(hua)。這(zhe)些(xie)新(xin)技(ji)術(shu)的(de)融(rong)合(he)勢(shi)必(bi)將(jiang)徹(che)底(di)改(gai)變(bian)未(wei)來(lai)的(de)數(shu)字(zi)化(hua)工(gong)廠(chang)，在(zai)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)能(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)和(he)材(cai)料(liao)浪(lang)費(fei)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)
、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，請訪問

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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