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)
，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zhi2030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)zhengzhubuxiangbianyuancefazhan，gengjiakaojinchuanganqihuozhixingqidengshengchengshujudezhongduan。bianyuanrengongzhinengjiangjiezhushujuqudongdejuecefangshi
，bazhizaoshujuzhuanhuaweiqieshikexingdejianjie
，zhulizizhuzhizaoshixianzhizaoyeshengchanxiaolvyujingzhenglideyuesheng（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、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。

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、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
、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
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analog.com/industrialautomation。

參考文獻

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