工業(yè)4.0終極目標(biāo)不僅限于廠房中的高效率、安全性，還包括如何減少浪費(fèi)、改善供應(yīng)鏈、再度提升安全性和效率，以及更佳的服務(wù)…等，要解決這些問題，3D成像、增強(qiáng)現(xiàn)實(AR)、人工智能(AI)、機(jī)器人、可穿戴裝置，以及智能運(yùn)輸?shù)刃屡d技術(shù)將可能成為關(guān)鍵……
工業(yè)4.0(Industry4.0)強(qiáng)調(diào)在安全的環(huán)境中提升工作效率與生產(chǎn)力，因此工業(yè)4.0開始發(fā)展時，特別專注生產(chǎn)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)效能，以及如何避免因機(jī)器損壞造成的損失。此時，工業(yè)4.0的重點(diǎn)在于工廠內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)機(jī)器上的傳感器如何有效鏈接，并通過大數(shù)據(jù)分析，以期將生產(chǎn)力發(fā)揮極致。
工業(yè)4.0市場仍然相當(dāng)暢旺
德國提出工業(yè)4.0概念至今，各家廠商紛紛響應(yīng)，不僅將工業(yè)4.0導(dǎo)入自家工廠生產(chǎn)線;也有業(yè)者聚焦在相關(guān)產(chǎn)品與系統(tǒng)的研發(fā)，讓工業(yè)4.0成為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中最受矚目的應(yīng)用之一。業(yè)界亦提出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)、智能工廠與智能制造的說法，這些“專有名詞”背后代表的意義基本上是環(huán)環(huán)相扣的。
無論工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)或是智能工廠、智能制造，其衍生的商機(jī)持續(xù)不斷的獲市調(diào)單位或相關(guān)業(yè)者的重視。TrendForce旗下拓墣產(chǎn)業(yè)研究所預(yù)估，2018年全球智能制造及智能工廠相關(guān)市場規(guī)模將達(dá)2,500億美元。
這股以智能制造推動傳統(tǒng)制造模式轉(zhuǎn)型的潮流正熱烈發(fā)展中，其中智能制造即是與全面連網(wǎng)、自動化與生產(chǎn)效益等劃上等號，讓傳統(tǒng)工廠朝工業(yè)4.0發(fā)展。
而這股火熱的工業(yè)4.0潮流實有賴于各國積極推出各項政策推波助瀾，但隨著AR、通訊技術(shù)、機(jī)器視覺、人工智能/深度學(xué)習(xí)(deeplearning)等各項新舊技術(shù)的再翻新及蓬勃發(fā)展，這些技術(shù)亦逐步被導(dǎo)入工業(yè)4.0應(yīng)用中，受惠于此，工業(yè)4.0的發(fā)展將更能契合其所欲達(dá)成的終極目標(biāo)——更智能、更節(jié)省成本、更自動化、更高的生產(chǎn)效率與競爭力，以及更安全的人機(jī)協(xié)作。
AI改變制造設(shè)備“思維”
隨著智能制造或工業(yè)4.0的導(dǎo)入，未來工廠廠房中最多的不是操作人員而是工業(yè)機(jī)器人?，F(xiàn)階段，工業(yè)機(jī)器人通常是寫入作業(yè)順序的程序后，由人員操作，一個口令一個動作地完成所需執(zhí)行的工作，且若需與生產(chǎn)在線的操作員共同工作時，還需有隔離設(shè)備，以免工業(yè)機(jī)器人“不小心”傷害到工作人員。
工業(yè)4.0剛開始發(fā)展時，在德國的確發(fā)生過協(xié)作型機(jī)器設(shè)備致人于死的事件。然而，若僅是讓工業(yè)機(jī)器人依指令動作，這樣只能說是半自動化，一些比較精細(xì)的作業(yè)，仍然需要人工執(zhí)行。達(dá)明機(jī)器人(Techman)研發(fā)處軟件設(shè)計部項目經(jīng)理黃鐘賢表示，傳統(tǒng)的機(jī)器人需要和作業(yè)員分開，以免機(jī)器人運(yùn)作時，因為沒有“意識”到與作業(yè)員太過接近，而不小心誤傷。另外，現(xiàn)階段的工業(yè)機(jī)器人，能進(jìn)行的工作很“單一”，機(jī)器人無法“舉一反三”，做到更多人工才能達(dá)成的工作，例如在一個物品很多的大箱子中，正確取出所要的物品，而這些都可以通過人工智能與深度學(xué)習(xí)來“教導(dǎo)”機(jī)器人，進(jìn)一步達(dá)成全自動化的目標(biāo)。
事實上，早在2016年世界經(jīng)濟(jì)論壇(WEF)時，論壇中就已將人工智能視為“第四次工業(yè)革命”的核心，與會者并預(yù)言這個技術(shù)將對全球產(chǎn)生翻天覆地的影響，可見未來人工智能的重要性。
甚至，根據(jù)瑞士銀行今年4月最新研究表示，2030年人工智能在亞洲可創(chuàng)造最高可達(dá)3萬億美元的經(jīng)濟(jì)價值，受影響最大的將是金融、健康醫(yī)療、制造、零售與運(yùn)輸業(yè)。瑞士銀行研究報告并提到，人工智能對各行各業(yè)的影響可分為兩個層次：第一是產(chǎn)品與服務(wù)本身的轉(zhuǎn)變;第二是運(yùn)用人工智能在制程、管理或商業(yè)流程上，可以大幅促成產(chǎn)業(yè)升級。
此外，Gartner也點(diǎn)名將受惠人工智能的十大硬件產(chǎn)業(yè)，包括電子零組件、網(wǎng)通產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體，大到汽車產(chǎn)業(yè)、機(jī)器人，全都上榜。人工智能技術(shù)的大突破，也讓智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)如虎添翼，更是產(chǎn)業(yè)邁向工業(yè)4.0的關(guān)鍵，Gartner指出，2018年，全球工業(yè)機(jī)器人市場預(yù)估可達(dá)新臺幣1.1萬億元(約2400億人民幣)，而臺灣機(jī)器人產(chǎn)值，2015年已達(dá)新臺幣570億元(約125億人民幣)，其中有九成是發(fā)展工業(yè)機(jī)器人。
由此可見，人工智能與深度學(xué)習(xí)將進(jìn)一步推升工業(yè)4.0發(fā)展，并對產(chǎn)業(yè)造成新的正向的影響。黃鐘賢強(qiáng)調(diào)，人工智能與深度學(xué)習(xí)技術(shù)不僅自身發(fā)展前途無量，在工業(yè)4.0應(yīng)用中，還能讓工業(yè)機(jī)器人變得更加易于使用，解決更多工業(yè)4.0衍生出的挑戰(zhàn)。
機(jī)器視覺讓設(shè)備“看”得更清楚
工業(yè)機(jī)器人要能搖身變?yōu)檎嬲膮f(xié)作機(jī)器人，或是進(jìn)行更精密的檢測工作，除了通過人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)之外，機(jī)器視覺亦不可或缺。黃鐘賢認(rèn)為，通過安裝攝影機(jī)使工業(yè)機(jī)器人擁有視覺能力，如此一來，工業(yè)機(jī)器人可以更準(zhǔn)確辨別物品，操作員也可以透過工業(yè)機(jī)器人的“眼睛”看到生產(chǎn)在線的狀況。
凌華科技(ADlink)表示，機(jī)器視覺并非新技術(shù)，在自動化生產(chǎn)中，機(jī)器視覺早已被導(dǎo)入用于品管檢查，或是增添在工業(yè)機(jī)器人上。但隨著攝影機(jī)與算法的進(jìn)步，機(jī)器視覺的辨識度也越來越高，除了品管之外，也開始用在其他需要“辨識”能力的工業(yè)應(yīng)用中。
不過，品管仍是目前機(jī)器視覺最大宗的應(yīng)用領(lǐng)域，但未來工業(yè)機(jī)器人要能看得更細(xì)微，就需要加入人工智能與深度學(xué)習(xí)等較強(qiáng)的運(yùn)算技術(shù)。黃鐘賢舉例，達(dá)明機(jī)器人目前的工業(yè)機(jī)器人僅配備2D視覺，因此利用GPU顯示適配器進(jìn)行每秒數(shù)百張、幾百萬畫素的圖像處理，仍綽綽有余。不過，若是要更精密的檢測物品，例如現(xiàn)階段還是只能人工目檢的產(chǎn)品外表小瑕疵，則需要3D視覺，此時就更需要處理能力更強(qiáng)大的深度學(xué)習(xí)與人工智能算法。
黃鐘賢強(qiáng)調(diào)，在智能制造應(yīng)用中，物品檢測是很難自動化的部分，因為產(chǎn)品外表瑕疵的判斷方式仍難以化為工業(yè)機(jī)器人能理解的程序語言，但通過機(jī)器視覺、人工智能與深度學(xué)習(xí)，即可“告訴”品管檢測機(jī)器設(shè)備，什么樣的外觀或是狀態(tài)，就是有問題的產(chǎn)品，而機(jī)器設(shè)備也可以根據(jù)這樣的“學(xué)習(xí)知識”，先將有問題的產(chǎn)品攔下來。
AR創(chuàng)造更多互動
雖然AR一開始發(fā)展是在消費(fèi)性即游戲市場較為蓬勃，但是在制造業(yè)現(xiàn)場，AR正在漸漸改變工廠的一切。事實上，無論是產(chǎn)品設(shè)計與測試、產(chǎn)品與工廠運(yùn)作，或是銷售及維修服務(wù)，都有運(yùn)用AR的機(jī)會，因此，目前AR已被視為工業(yè)4.0重要的應(yīng)用技術(shù)之一。
在今年的臺北國際自動化工業(yè)大展中，可以看到多家業(yè)者運(yùn)用AR技術(shù)，在許多工業(yè)制造環(huán)境中。威強(qiáng)電工業(yè)計算機(jī)(IEI)表示，通過AR，可以讓工作者深入遙遠(yuǎn)、具危險性..等不易或不適合工作人員進(jìn)入的地區(qū)，或是通過AR呈現(xiàn)產(chǎn)品制造完成的影像與各類信息，消費(fèi)者或是客戶也可以通過AR了解更多產(chǎn)品細(xì)節(jié)，因此產(chǎn)業(yè)界的確已開始漸漸將AR導(dǎo)入，實現(xiàn)工業(yè)4.0的精神。
但相關(guān)業(yè)者亦透露，不可諱言，AR目前的技術(shù)發(fā)展未臻成熟，包括頭盔與相關(guān)裝置過于笨重、行動化仍有進(jìn)步空間，因此AR要全面應(yīng)用在工業(yè)4.0，還有一段路要走。
通訊技術(shù)使人與機(jī)器進(jìn)一步溝通
工業(yè)4.0組成要素中，通訊技術(shù)是最不可或缺的一環(huán)，這是由于傳感器收集的數(shù)據(jù)必須向云端傳送，才能被“知道”，甚至進(jìn)一步運(yùn)算及分析。高通(Qualcomm)產(chǎn)品管理資深副總裁SergeWillenegger指出，一些正在進(jìn)入工業(yè)4.0應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)，如AR、無人機(jī)…等，需要更短的延遲時間，以及更高的傳輸速率，才能發(fā)揮效用，而5G即相當(dāng)適用。
5G不僅Gbps等級的傳輸速率可與光纖網(wǎng)絡(luò)媲美，面對智能工廠需要極大的訊號覆蓋率，5G新空中接口(NewRadio，NR)，以及NB-IoT亦可做到，因此可以預(yù)見未來5G技術(shù)在工業(yè)4.0應(yīng)用中也將扮演重要角色。
工業(yè)環(huán)境中，要求無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具備相當(dāng)?shù)母采w率，尤其是傳感器網(wǎng)絡(luò)，需要廣布節(jié)點(diǎn)，因此包括ZigBee、Thread…等短距無線通信技術(shù)，自然是工業(yè)4.0應(yīng)用的通訊技術(shù)選項。近期藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(BluetoothSIG)即推出藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Mesh)，供建置或開發(fā)工業(yè)4.0相關(guān)應(yīng)用的業(yè)者新的選擇。
藍(lán)牙SIG全球營銷副總裁孔德容(KenKolderup)表示，基于低功耗藍(lán)牙的藍(lán)牙Mesh，具備穩(wěn)定、可擴(kuò)充1000個以上節(jié)點(diǎn)、安全、低功耗與大規(guī)模特性，因此可用于工廠自動化、用于機(jī)器監(jiān)測的無線感測網(wǎng)絡(luò)…等應(yīng)用。且當(dāng)初規(guī)劃藍(lán)牙Mesh技術(shù)時，即將工業(yè)應(yīng)用環(huán)境考慮在內(nèi)，因此不僅可符合工業(yè)4.0應(yīng)用需求，也可讓使用者更便利地使用現(xiàn)有的移動裝置控制或得知工廠的運(yùn)作情況。
不僅無線網(wǎng)絡(luò)的新進(jìn)展，提供工業(yè)4.0穩(wěn)定發(fā)展的養(yǎng)分，工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)也有新的動作。臺灣西門子(Siemens)數(shù)字工廠與制程工業(yè)暨驅(qū)動科技事業(yè)部總經(jīng)理席德朗(TinoHildebrand)表示，工業(yè)4.0要能持續(xù)發(fā)展，數(shù)字化是關(guān)鍵，而在工業(yè)4.0中，工業(yè)通訊就是數(shù)字化的基礎(chǔ)。
工業(yè)通訊中最主要的通訊技術(shù)則是工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，然而市場上工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)眾多，采用不同標(biāo)準(zhǔn)會讓網(wǎng)絡(luò)彼此間無法共通，勢必阻礙工業(yè)4.0的發(fā)展，因此身為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)國際標(biāo)準(zhǔn)“Profinet”與“Profibus”的主要推動者，西門子在臺灣也與合作伙伴成立“臺灣工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)會”，以將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù)與未來趨勢導(dǎo)入臺灣，可望協(xié)助臺灣工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步。
席德朗認(rèn)為，臺灣制造業(yè)者早期購置的設(shè)備，多不具備連網(wǎng)功能，導(dǎo)致這些業(yè)者在跨入工業(yè)4.0時面臨重重障礙，為了讓人、機(jī)器、產(chǎn)品之間的溝通鏈接更順暢，并藉此收集大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息即刻上傳到云端，通過Profinet與Profibus將可滿足業(yè)者智慧生產(chǎn)需求，也可讓有意進(jìn)入工業(yè)4.0的業(yè)者，能夠縮短“陣痛期”，加速工業(yè)4.0在臺灣的發(fā)展。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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