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)，yuanyinzaiyuewaitourudeshezhiheyanzhenghuizaochengshengchanshijiandelangfei

，jinerdaozhishengchanxiaolvxiahua。zhizaoyemianlindetiaozhanbuzhiyuci，shuliangongrenduanquewentitongyangyanjun。juyuce，jiezhi2030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)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
、sannianhuowunianbudeng。weilaishuzihuagongchangdeguanjianmubiaozhiyi，bianshiyizuishaodezibenzhichushixianlirunzuidahua，jinerhuodezuigaodetouzihuibaolv。qicishidianlixiaolv，xiayidaizhizaoyebixuyigengdidenenghaoshixiangenggaodechanchu，dachengjianshaoquanqiutanpaifangdemubiao。jiangdidianlixiaohaodeguanjianjucuobaokuo：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(da)1812 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)、linghuoxinghekekuozhanxing。duiyuzhizaoshangeryan
，chenggongdeguanjianzaiyuruheyushengtaixitongneideqitagongsizhankaihezuo，yinweifengfuduoyangdejingyanhenengliduiyujiasushixianweilaishuzihuagongchangdeyuanjingzhiguanzhongyao。ruxujinyibulejieADI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

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，美國製造業研究所，2021年5月。

2 “Deloitte Survey on AI Adoption in Manufacturing”，Deloitte，2020年。