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2022
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智能工廠：重點不是自動化，而是工廠的“統一大腦”
作者：
智能工廠可以用以下這樣的描述來形容。
將工廠內的各式設備連結在一起，鋪設神經系統、即時汲取所有資訊，實現工廠活動的可視化，亦即讓所有活動透明可見。
智能工廠就是用網路連結各處，管理工廠一切大小事
這樣的定義乍看之下有些抽象，以下再講得更具體一些。
所謂的 智能工廠， 就是借助實現以下兩件事
1. 將工廠內的各種設備連結成網路
2. 從各種不同的角度取得與管理點的裝置有關的數據
力求
1. 工廠內部種種活動資訊的可視化
2. 資訊與資訊間因果關系的明確化
繼而采取必要的行動，把諸如此類的事項做得更好 ：
提升品質管理能力
刪減包括間接部門在內的管理成本
二氧化碳減量／節能
改善現金流量
而且是做到超出人類管理能耐的層次。 就是這樣的一個 次時代的工廠經營概念 。
接下來，我們一起看看智能工廠的細部資訊。
既有工廠缺乏資訊整合性、浪費時間資源
在既有的工廠里，工廠內的設備以及ERP、 MES 等系統，在功能上都是各自獨立的系統。由于機器設備的供應商不同、負責人不同等因素，無論在技術上或是在組織上，都沒有整合在一起。一旦各系統之間需要合作，或是必須共享超出人員負責范疇的資訊時，只能透過各系統產出的報告，以及下載自各系統的數據，以實際經由人手轉交的實體形式，滿足系統間合作與分享資訊的需求。
但資訊的共享只要經過人的手，就無可避免會因為需要處理時間而產生時間落差。傳遞資訊的人員，被迫有許多后續作業必須完成，而且對提供資訊的一方來說，要是自己得不到好處，他們也不會把資訊丟出來。
這會導致需要資訊的人，連自己到底有沒有掌握資訊，都搞不清楚。更別說要借助分享彼此的資訊解決問題，或是設想出足以提升作業效率的新手法了，幾乎無法期待能做到這樣的事。
在智能工廠里，屬于同一階層的部門或設備之間自不在話下，就連在分屬于上下階層的狀態下，依然能夠透過網路，機動地交換資訊。在智能工廠里，完全不存在任何部門之間或設備供應商之間的隔閡。
怎么樣才算是一個智能工廠？
智能工廠是一個伴有具體“機制”的概念。此一“機制”的核心部分，主要是以「資訊系統」的樣貌呈現。
不過請各位注意的是，這里講的“資訊系統”是一個新概念，它不同于在制造業已日漸普及的 ERP 類的“資訊系統”、在制造第一線活躍的工廠自動化設備等“控制系統與機器人”，或者是用于讓全公司溝通的群組軟體等“資訊系統”。
那么，智能工廠的系統究竟必須具備何種特征，才能成為智能工廠呢？以下我們分別探討。
最頂層是工廠管理系統，這里處理的是工廠經營時需要的資訊。包括財務資訊在內，有 KPI（Key Performance Indicator，關鍵績效指標）之稱的經營指標，乃至于二氧化碳減量等企業承擔社會責任時必須關注的指標，都歸在這里。
那么，就來詳細看看各項目。
控制類系統與資訊類系統的合作
我再強調一次，智能工廠里的大前提是，利用網路，把現存于工廠的各種工廠自動化機器、設備、電力等基礎架構、單獨的管理系統等，都串連起來。而且，這些資訊不是只用在生產第一線而已，還必須傳輸到以掌管生產資料的 ERP 為首、以生產執行MES為核心的基礎系統，以及經營高層用于做決策的資訊系統，再予以活用。
若以專業術語來講的話，其實就是讓“控制類”的電腦系統，和“資訊類”的系統連上線。那么，這些以“控制類”稱之的系統，是什么樣的系統呢？
所謂“控制類”的系統，正如其名稱所示，就是“用于控制機器的電腦”。代表性的有名為 PLC 的機器。
PLC 是一種小型電腦，其內部裝有微處理器，這點和一般電腦相同，但它所使用的語言是把電氣回路符號化而來的，因此 PLC 的程序設計必須由擁有特殊知識的電氣技術人員來做，一般電腦程序設計師是做不來的。PLC 原本是由過去在汽車制造等自動化系統中使用的“繼電器裝置”發展而來的。
所謂“繼電器裝置”，是一種能因應可切換開啟／關閉之類的動作開關、裝置實際處理的數量，或者電力機器等設備的狀態，輸出控制用的電氣訊號，借以控制機器的裝置。一臺 PLC，可以代替數千個繼電器裝置。
由于 PLC 是一個向工廠自動化的機器與設備傳達命令的系統，其穩定性與精準性就格外受到重視。此外，設備的運轉控制，在安全上極為重要，因此它必須達到的反應速度，也就是系統的處理時間，遠遠比主要由人類使用的資訊類系統來得快。
順帶一提，在作業系統方面也一樣，PLC 使用的不是一般用于個人電腦上的那種作業系統，而是名為“即時作業系統”（RTOS, Real-Time Operating System），可同時處理多項任務，還能夠確保在一定時間內回應的作業系統。
近年來，導入 MES 系統的企業也變多了。嚴格來說，它雖然不算是“控制類”系統，但可以定義為，把“資訊類”與“控制類”系統之間缺少的連系補上的“資訊系統”。MES 的主要功能在于，把來自于 ERP 的生產計畫，轉換為更符合制造第一線實際狀況的“制造指示”，并予以管理。
MES 在設計上也有透過 PLC 取得數據、協助品質管理的用意在。但必要數據只有一部分是以透過網路取得為前提，其他資訊則是透過輸入終端，以人工手動輸入的方式取得。
綜上所述，在今后的智能工廠里，工廠自動化設備主要是透過三種形式與資訊類系統取得連線。
1. 直接取得 FA 設備的資訊
2. 收集來自 PLC 的資訊
3. 收集 MES 的資訊
這三種無論哪一種，前提都是實際透過網路的連結自動取得資訊。相關技術的細節，我會在下一項中介紹。
此外，雖然 FA 設備、基礎系統、工廠管理系統連成了一個網路，但還是必須明確區分是控制類還是資訊類系統，分別予以管理與使用。若為資訊類系統，就算因為網路的擁塞等因素，導致資訊延遲若干時間才收到，問題也不大；但如果是控制類系統，資訊的延遲就可能引發嚴重問題。
標準接口之采用
既有的制造設備，把大量的系統建構工作，發包給特定設備建置供應商處理，是一種理所當然的做法。該承包商在建構系統時，采用了自己最熟悉的的 FA 設備廠商的接口，而變得不容易與采用其他接口的系統合作。之所以會這樣，也是因為各式設備的界面沒有標準化，承包的供應商很難單憑一己之力，建構出能夠讓不同設備間交換資訊的功能。
但在智能工廠中，PLC 與 FA 設備基本上都采用標準接口。工廠內的各式設備，就能夠透過網路交換資訊了。標準接口的采用，是智能工廠這個概念的一大原則。
不同設備各有不同的使用目的，所需要的規格也很多樣化，不可能全部都做成通用式的規格。不過 PLC 以及組件未來可以想見會急速走向通用化。一旦走上通用化，建構系統的知識技術就可能標準化，變得可以分享與再利用。
企業用戶在推動智能工廠時，必須充分探討要如何制定自己公司的標準化方針。因為，這一點正是決定未來投資績效好壞的重要因素。關于標準界面，后面我會詳加介紹。
日志數據的儲存與轉換為 KPI
FA 設備的數據，本來就是以很精細的單位在處理與管理的。不消說，在短短的一秒鐘時間里，機器就已經下了好幾個判斷，處理了好幾件事。但就算把 FA 設備連成網路，將這樣的數據抓到資訊系統里，對人類（管理者）來說，這么巨細靡遺的數據，還是可以清楚地畫分為有意義與無意義兩大類。
雖然說是即時，但對于機器的所有即時動作，管理者并沒有必要全部掌握。把控制類的數據給資訊化的用意，就是要把原本只是陳列出來、不具任何意義的數字，轉換為具有意義的切入角度或是單位，再予以管理。
舉個簡單的例子說明好了。假設想知道電力消費的狀況，而感測器是以秒為單位把數據傳過來的。那么，如果要問，以秒為單位的耗電數據，對管理階層來說，是否有意義？一般來說，是沒有意義的。就算看再多以秒為單位的數據，一方面很難判斷數據好壞，也無法采取任何行動（除非數字很明顯異常，那就有意義了）。對管理階層來說，需要的應該是“生產一件或一個批量的特定產品，需要耗費多少電力”，或是“待機時與高峰時耗費的電力”吧。
總之，感測器按秒傳來的數據，不要只是直接儲存起來，而是要轉換為能夠活用的管理資訊，再儲存起來?；蛘?，也可以把儲存起來的數據，定期透過批次處理等方式，轉換為管理階層需要的形式，儲存于資料庫中。
更重要的事情是，不要把每種數據當成單項數據（像是各設備耗費的電力）儲存，應該要根據預先定義好的資料模式，把相關數據（制造訂單編號、測定時刻等）加進來一并儲存，好讓應用程序能夠活用這些數據。這可說正是智能工廠的精髓所在。
讓事業能夠成功的重要企業活動，稱為「關鍵成功因素」（KSF）；實際用于管理 KSF 的數字指標，稱為「關鍵績效指標」（KPI）。從經營階層到第一線為止，都可以定義 KPI。名為「指標」，因此多半是結果的數字，但制定 KPI 原本的用意其實是「希望以數字呈現出能夠帶來成果的驅動指標」，管理階層可以透過監測 KPI 得知未來的成果如何，并隨時采取行動，藉以提升成果的水準。這才是 KPI 原本的正確使用方法。
假如果只是結果的數字，那么再怎么管理，或許可以成為有助于未來行動的參考數據，但是卻無法改變已經出現的結果（雖然這也是理所當然的）。在結果出現之前，掌握其預兆，事前采取因應的措施，以創造出正確的結果，能夠以這種形式活用 KPI，毫無疑問會是最理想的。
往下一個階層就是所謂的基礎系統。這些基礎系統由 ERP、下一層 MES及底層SFC三大系統構成。
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