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)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，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。

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