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。

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

、kekuozhanxinghelinghuoxing，tongshijiangditanpaifang
，laidachengweilaigongchangdefazhanlantu。quebaosuoyouzhizaozichanhejiqilianjiedaotongyiwangluo，shixianzhizaoshujudetoumingfangwen，bingliyongzhexieshujutuidongzhenggezhizaochangsuodegongyichixugaijin。zhizaohuanjingxujiezhuyouxianhewuxianhunhewangluo，shixiancongbianyuandaoyunduandeshishiwufenglianjie。duiyuyouxiankongzhilianjie，qianzhaoweigongyeyitaiwangzhengbeibushuyongyugongchangwangluoyitigonggenggaodedaikuan，tongshidapeishijianminganxingwangluo(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。

zuihouyixiangzhanlvejujiaoyujiedu。jieduzhanlvezhizaijiangshengchanshujuzhuanhuaweikefuzhushijiandedongchaxinxi
，congerzhulishixianweilaigongchangdegexiangmubiao。jugusuan，zhizaoyemeinianchanshengdeshujuliangyueda1812 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)，bingchanshengfengfudeshujuji
，weirengongzhinengmoxingdexunlianyubushutigongzhicheng。bianyuanrengongzhinengjiangshizidonghuajiqiwanquanshixianzizhuhua。zhexiexinjishuderongheshibijiangchedigaibianweilaideshuzihuagongchang，zaixianzhujiangdinengyuanxiaohaohecailiaolangfeidetongshi
，tigaozhizaoyedeshengchanxiaolv、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

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，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。