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)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pinSKU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；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。

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。

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），shixianzhizaoyedezizhuyouhua。bianyuanrengongzhinengjiangtongguozidongzhixingchangguirenwu
，jianshaoduishulianlaodonglideyilai，bingyijinkenenggaodeliangpinlvshixiangengjugexinghuahefuzaxingdezhizao。guanjianyingyongbaokuoyindaoqudong（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
、yiruanjiandingyiweizhudefangxiangfazhan。shishiwufengdebianyuandaoyunduanlianjie，jiangshixianduixinxingzhizaoshujujidetouminghuafangwen。fensanshikongzhijiezhubianyuanjisuan，jiangkongzhigongnengcongkebianchengluojikongzhiqi(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

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。