工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)如何真正達(dá)到智能化？

近年來(lái)智能化成為各產(chǎn)業(yè)的熱門議題，而智能化愿景要落實(shí)，必須根基于自動(dòng)化技術(shù)，從實(shí)際應(yīng)用面觀察，自動(dòng)化系統(tǒng)必須附加在某個(gè)技術(shù)上，促使此技術(shù)改善質(zhì)量、提升效率，因此自動(dòng)化技術(shù)所產(chǎn)生的價(jià)值，容易被看見、計(jì)算，智能化系統(tǒng)與之不同之處，在于智能化是藉由開創(chuàng)全新系統(tǒng)提供全新的價(jià)值，以打開另一個(gè)全新市場(chǎng)，而以制造業(yè)來(lái)說(shuō)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)仍屬于自動(dòng)化范疇，要真正達(dá)到智能化，必須倚靠之后云端平臺(tái)與AI技術(shù)的導(dǎo)入。

視覺(jué)技術(shù)進(jìn)化 檢測(cè)快速穩(wěn)定

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)建置目標(biāo)，聚焦于制造業(yè)前端設(shè)計(jì)與后端制程系統(tǒng)，用以提高產(chǎn)線彈性，現(xiàn)在市場(chǎng)上的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作法有兩種，一是設(shè)備中建置傳感器，傳感器可快速判斷工件的類別，改變生產(chǎn)方式，不過(guò)一旦所需處理的工件種類變多，這需要系統(tǒng)復(fù)雜度也必須同步提升，另一是將產(chǎn)線系統(tǒng)設(shè)備模塊化，一旦產(chǎn)品或制程將產(chǎn)線拆開重組，即可組裝成適合的生產(chǎn)系統(tǒng)。

這兩種方式都會(huì)牽涉到不同系統(tǒng)的整合，一是視覺(jué)技術(shù)，品管是最后產(chǎn)品質(zhì)量最后把關(guān)的環(huán)節(jié)，在機(jī)器視覺(jué)技術(shù)未臻成熟之前，過(guò)去一向以人力為主，以太陽(yáng)能、LED產(chǎn)業(yè)為例，就有超過(guò)20%的人力投注在此，不過(guò)產(chǎn)品檢測(cè)單調(diào)且冗長(zhǎng)的作業(yè)模式，容易使操作者出現(xiàn)疲勞、注意力分散等問(wèn)題，現(xiàn)在機(jī)器視覺(jué)技術(shù)逐漸精進(jìn)，足以擔(dān)當(dāng)產(chǎn)品檢測(cè)重任，因此可以被導(dǎo)入產(chǎn)線以提高了產(chǎn)能、降低成本。

目前機(jī)器可視化的檢測(cè)作法，是將視覺(jué)傳感器與鏡頭，直接建在系統(tǒng)設(shè)備上，當(dāng)產(chǎn)品傳送至該站時(shí)，即可被檢測(cè)，這種作法的好處是可以全檢，不像一般用抽檢的方式，產(chǎn)品質(zhì)量可全面獲得保障，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是速度快，可加快檢測(cè)速度。

視覺(jué)檢測(cè)是現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)相當(dāng)重要的部份，而此一技術(shù)也是現(xiàn)代與傳統(tǒng)自動(dòng)化的主要差異，20年前機(jī)器視覺(jué)因技術(shù)尚未成熟，與自動(dòng)化系統(tǒng)整合的難度相當(dāng)高，就算整合進(jìn)去，判別速度也有限，不過(guò)隨著視覺(jué)演算、判斷法則的進(jìn)步，再加上現(xiàn)在PC的強(qiáng)大功能，未來(lái)視覺(jué)檢測(cè)會(huì)大量應(yīng)用在各類制程。

就整個(gè)歷程來(lái)看，視覺(jué)檢測(cè)在2000年開始被大量應(yīng)用，當(dāng)時(shí)主要應(yīng)用領(lǐng)域是PCB(Printed Circuit Board;印刷電路板)與FPD(Flat Panel Display;平面顯示器)，不過(guò)主要都用來(lái)做瑕疵檢測(cè)，隨著技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在的視覺(jué)檢測(cè)功能已不再只局限于此，包括尺寸檢測(cè)與顏色、條形碼、車牌等辨識(shí)都已能勝任，其應(yīng)用也仍不斷擴(kuò)大，例如以前立體工件的量測(cè)，必須將對(duì)象放至3D設(shè)備進(jìn)行掃描，不過(guò)這類掃描會(huì)有尺寸限制。

另外，現(xiàn)在視覺(jué)技術(shù)也可用來(lái)進(jìn)行定位與尺寸的量測(cè)，例如工研院機(jī)械所就曾接過(guò)馬達(dá)廠的案子，利用視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)馬達(dá)內(nèi)的線圈，由于受測(cè)馬達(dá)的線圈相當(dāng)大，整體長(zhǎng)度超過(guò)2公尺，這種產(chǎn)品對(duì)于尺寸的準(zhǔn)確度要求相當(dāng)高，因此在繞線完后，必須確定尺寸的正確與否?對(duì)此，工研院就特別開發(fā)專屬機(jī)臺(tái)，用視覺(jué)檢測(cè)大型馬達(dá)線圈尺寸，馬達(dá)的尺寸量測(cè)非常復(fù)雜，不僅是3D量測(cè)，還有曲度、各個(gè)旋轉(zhuǎn)的R角等，這些復(fù)雜的尺寸量測(cè)，以前用人工，光是一個(gè)線圈就需要數(shù)小時(shí)，而機(jī)械所開發(fā)的機(jī)臺(tái)，只要在2～3分鐘可完成，大幅提升了量測(cè)效率。

制程監(jiān)控 提升產(chǎn)線彈性

除了這類量測(cè)外，另一種視覺(jué)應(yīng)用是與機(jī)器人整合，進(jìn)行定位、導(dǎo)引，過(guò)去機(jī)器人動(dòng)作時(shí)，因沒(méi)有視覺(jué)配合，必須事先規(guī)劃行徑路線，因此應(yīng)用不但大為受限且缺少?gòu)椥?，若工件?guī)格有所變化，就必須更改程序，在機(jī)器人身上加入視覺(jué)裝置后，由視覺(jué)傳感器可回饋訊號(hào)，讓機(jī)器人自主判斷工件的形狀、顏色、位置，即便尺寸、位置更動(dòng)，也不必重寫程序，如此將可大幅提升自動(dòng)化產(chǎn)線的彈性。

在制程監(jiān)控方面，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可透過(guò)感測(cè)技術(shù)進(jìn)行節(jié)能與效率兩種監(jiān)控，由于這方面的監(jiān)測(cè)，其物理量通常都不太好量，因此多采間接量測(cè)，例如工具機(jī)里的切削力量測(cè)，不是將傳感器設(shè)置在基座就是在刀具底部，再利用推論模式推測(cè)出所要的數(shù)值，這種推論模式，是利用過(guò)去累積的數(shù)據(jù)，來(lái)預(yù)測(cè)下一步的狀況，以進(jìn)行控制、補(bǔ)償，藉以提升準(zhǔn)確率。

監(jiān)測(cè)部份，現(xiàn)在業(yè)界的研發(fā)走向是設(shè)備預(yù)診，此作法除了建有歷史數(shù)據(jù)庫(kù)外，還可依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，例如若發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能除線問(wèn)題，就可由此系統(tǒng)推算出可能出錯(cuò)的系統(tǒng)環(huán)節(jié)，這種預(yù)測(cè)診斷的功能，主要是根據(jù)既有數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)的性能與狀況，并診斷系統(tǒng)中未來(lái)的可能損壞部位與時(shí)間，讓設(shè)備廠商可提前備料、維修，這類系統(tǒng)在大型設(shè)備如核能、大型風(fēng)力發(fā)電等相當(dāng)常見，一般來(lái)說(shuō)，越大型的設(shè)備，對(duì)預(yù)測(cè)診斷的系統(tǒng)需求會(huì)越高。

與既有設(shè)備介接 啟動(dòng)智慧愿景

現(xiàn)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的另一個(gè)研發(fā)重點(diǎn)，是系統(tǒng)的通訊接口串連，目前制造設(shè)備中，最完整的通訊接口是國(guó)際半導(dǎo)體協(xié)會(huì)所訂的SECS/GEM通訊協(xié)議，幾乎所有的半導(dǎo)體機(jī)臺(tái)都會(huì)內(nèi)建此接口，由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)完整，因此目前PPV設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)在線，已引進(jìn)相同的通訊接口，未來(lái)LED機(jī)臺(tái)也可能采用，未來(lái)各類型的生產(chǎn)機(jī)臺(tái)，也會(huì)有類似的共通接口。

隨著制造業(yè)的廠商規(guī)模增大，機(jī)臺(tái)數(shù)量勢(shì)必會(huì)越來(lái)越多，在整合概念下，各機(jī)臺(tái)之間的通訊互連已是必然，而機(jī)臺(tái)互連設(shè)計(jì)時(shí)，與其要重新研發(fā)新技術(shù)，不如沿用已有的成功標(biāo)準(zhǔn)，在此情況下SECS/GEM的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越多，目許多大廠如臺(tái)積電、聯(lián)電， Global Foundry、三星，都已導(dǎo)入相關(guān)通訊產(chǎn)品。

經(jīng)過(guò)過(guò)去幾年的市場(chǎng)教育，工業(yè)4.0現(xiàn)在已開始進(jìn)入實(shí)質(zhì)導(dǎo)入階段，而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)架構(gòu)，系統(tǒng)建構(gòu)時(shí)必須與現(xiàn)有設(shè)備全面串接，對(duì)制造業(yè)者來(lái)說(shuō)，這是工廠生產(chǎn)的第一線現(xiàn)場(chǎng)，所有未能掌握、意想不到的細(xì)節(jié)與狀況，都有可能干擾、延滯系統(tǒng)的建置，然而這也是工業(yè)4.0中所有智慧愿景的啟動(dòng)點(diǎn)，因此制造業(yè)者若要走上數(shù)字轉(zhuǎn)型之路，這是必然要面對(duì)的課題。