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

zhizaoyezhengchuyuyichangzhuanxinglangchaozhizhong，xiaofeizheduigexinghuachanpinxuqiudezengchang
，jiazhiyiqinghougongyinglianweijicuishengdechanyehuiliuqushideng，chengweituidongzheyibiangedezhuyaoqudongli。erzhexie
，jinjinshizhongduotiaozhanzhongdebingshanyijiao。yucitongshi
，quanqiugeguozhengfuyefenfenchutaixiangguanfagui，yijianshaozhizaoyedetanpaifang，congershixianwenshiqitijinglingpaifangmubiao。yingduizhexietiaozhanjiangweigongyezhizaoqiyekaipiquanxindefazhansaidao，qiyekejieciqijiyinruqianyanjishu，zaijiangditanpaifangdetongshi，tigaozhizaoyedeshengchanxiaolv
、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)數(shu)量(liang)持(chi)續(xu)攀(pan)升(sheng)，生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)設(she)置(zhi)與(yu)驗(yan)證(zheng)時(shi)間(jian)不(bu)得(de)不(bu)相(xiang)應(ying)增(zeng)加(jia)。在(zai)醫(yi)療(liao)器(qi)械(xie)製(zhi)造(zao)領(ling)域(yu)，驗(yan)證(zheng)流(liu)程(cheng)不(bu)僅(jin)耗(hao)時(shi)漫(man)長(chang)，成(cheng)本(ben)也(ye)十(shi)分(fen)高(gao)昂(ang)。此(ci)外(wai)，產(chan)品(pin)SKU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、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。

ziyuanganzhixingzhizaodedisangefangmianshicailiaoxiaolv。zaitishengzhizaoyekechixuxingfangmian，jianshaocailiaolangfeiyujiangdinengyuanxiaohaotongdengzhongyao
，fahuizhebukehuoquedezuoyong。tongguozuidaxiandudijianshaoyuancailiaodeshiyong
，zaijiehejiaqiangshengchanzhiliangkongzhi，nenggouxianzhujianshaozhenggezhizaoliuchengzhongdecailiaolangfei
，zuizhongchaozhelingfeiqishengchandemubiaomaijin。zuihouyigefangmianshirenlixiaolv，yishizhongzhongzhizhong。dangqian，zhizaoyezaizhaopinshuliangongrenfangmiancunzaizhuduotiaozhan。zhizaoyebixujinkenengdijianshaorenweijieru，kecaiqudefangshibaokuo：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PLCkongzhi，xianjindebianyuanjisuanjiangbeizhijiejichengdaojiqizhizhong。jiyubianyuandezizhukongzhirangshengchanxiangengjukezhonggouxing
，xianzhutishengzhizaolinghuoxing。meiyitaijiqidouchengweiyigewanzhengdulidemokuaihuazhizaodanyuan，kezaijishaorenweijierudeqingkuangxia

，qingsongwanchengpeizhiyuzhongxinbushu。tongguobushugengduolinghuo
、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、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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，Deloitte
，2020年。