善用製造資訊
揪出製程細節的魔鬼

文 ◆ 工研院電光系統所戴熒美、崇洋科技股份有限公司葉立綸

台灣中小企業發展趨勢

中小企業為台灣經濟發展的推手，2019年廠商家數為149.1萬家，佔企業總數的97.65%，較2018年增加了2.5萬家，成長1.72%，特別是資本額小於500萬元的有124.4萬家，所佔比重超過八成，指出中小企業的資源侷限性；在就業人數方面，2019年台灣中小企業聘僱人員有905.4萬人，佔就業總人數的78.73%，較2018年成長0.99%，也可知中小企業在就業市場的關鍵地位，詳見表一。

目前，台灣中小企業多數面臨二代接班問題，既有經營知識及能力如何傳承，或資深老師傅將退休，年輕人如何掌握製程技能，或年輕人不願待在工廠，只好聘外勞填補勞動力，又礙於外勞無法長期留任，導致製造人力的不穩定性，或業務人員面臨競爭者搶單壓力，卻無法弄清楚工廠產能，如何快速回應及接單，更不用說企業內部的物料採購、品質管理、人力安排、倉儲等相關管理功能，或跨企業合作的物流配送、通路鋪貨、行銷推廣等運作機制，在在是當今中小企業的經營痛點。

自2011年起，德國提出工業4.0的新概念，強調智慧製造、虛實合一、人機協作等，美國、日本、南韓及中國大陸也陸續推動相關方案，讓智慧製造成為全球製造業的重要趨勢，也帶出數位轉型的新契機，不僅是自動化設備、機器人等軟硬體投資，更可能是生產現場的設備聯網及資訊蒐集，包括工廠內機器的聯網互通、流程整合與自動化、供應鏈資訊透明及整合等，牽涉到大量資訊的流通、分析及管理，利用數據找出生產現場的痛點，並在行銷、研發、採購、後勤支援等不同流程中，找到既有做法的缺陷，再進行優化，提升製造工廠的競爭力，如提升品質、附加價值、縮短生產週期等，並對應外部顧客要求及競爭者壓力。

隨後，受到中美貿易戰及新冠疫情影響，提高區域政治經濟的不確定性，進而衍生供應鏈重組、遠端監督及控制、非接觸式作業等製造方案，也有不少台灣廠商積極評估及投入，但既有廠房的機台設備與組織文化不易改變，特別是資源有限的中小企業，必須在既有資源與基礎上，找出一條務實可用的路，才有最適化解決方案。

智慧機械及SMB政策

台灣企業有九成以上為中小企業，受限於人力、物力等限制條件，推動智慧製造及數位轉型等創新，經常面對資訊人力不足、成本效益不彰等問題，無法像國際大廠有豐富資源，嘗試失敗打掉重練即可，如何選擇關鍵製程加以推動，短期先建立有感戰果，再逐步擴散至其他流程，同時善用台灣地區的機械、自動化及系統整合、資通訊等產業基礎，加上產、官、學等單位資源及專業能量，將有助於最適化製造方案的快速落實。

為建構智慧機械產業之生態體系，行政院自2016年通過『智慧機械產業推動方案』，整合我國豐沛的創新能量，導入智慧化相關技術，建立符合市場需求之技術應用與服務能量，兩大願景為「智機產業化」及「產業智機化」，產業智機化以智機產業化為基礎，協助台灣企業導入智慧製造方案，也將台灣精密機械升級為智慧機械。

特別是資源有限的中小企業，生產數據多半採用紙本記錄，再仰賴人工輸入系統，不僅有幾小時或數天的時間落差，更可能因人員欺瞞或輸入錯誤而差異甚大，需要協助中小企業數位化，也是「智慧機上盒（SmartMachine Box，簡稱SMB）輔導計畫」的推動主因，協助國內機械與製造業導入設備聯網、生產管理可視化與智慧化應用，進而提升國際競爭力。

國內製造業應用案例

SMB可用來收集機器設備的加工資訊，如控制器的操作指令，或I/O卡擷取的機台電器訊號，或三色燈訊息的當機（紅燈），待料、換模、無人操作等（黃燈）及正常運作（綠燈），或加工機台的生產週期(cycletime)等，可掌握生產現場即時狀態，有效改善製程問題，同時做到防微杜漸，進而提升產出品質。

本文探討二家中小型製造廠的機台聯網及生產資訊加值案例，說明資源有限的中小企業，如何面對內外部顧客及競爭者挑戰，即使廠區內機齡不一的中古機台，如金屬加工機的車床、銑床等，仍可發展智慧製造及數位轉型方案。

汽機車、手工具機、醫療器材等金屬零件製造業

甲公司成立於民國96年，專精於各類工具機的製造技術，如車銑複合、精密車床等，特別是難切削材及精密零件加工，已應用於汽車、機車、自行車等車輛零件，以及手工具機、光學、電子、軸心等金屬工件，也積極開發骨科及牙科植體、醫療器械等高附加價值產品，持續提升競爭力，並擴大獲利空間。

(1)生產痛點
導入SMB系統之前，甲公司生產數據都是紙本抄寫，再用人工輸入系統，一定會有時間差，也可能輸入錯誤，管理階層很難掌握機台的即時稼動資訊。因此，業務人員面對顧客要求時，無法立刻弄清楚產能狀況，常讓急單拱手讓人，這種生管資訊的時間差及錯誤問題，也會衍生很多有形、無形成本。除此之外，該公司想切入國際車廠的供應鏈，必須通過ISO / TS 16949和IATF 16949等車規認證，如何掌握生產製造的即時資訊，同時改善生產管理體系，也是持續精進的當務之急。

(2)解決方案
本案進行15台走心式車床的CNC控制器連線，首先佈建工廠內的網路系統，協助導入智慧機上盒，並建立智慧聯網系統。具體功能有：

設備連線設定管理功能：工廠內生產設備無實體網路線，導入之初先架設廠內網路系統，如圖一所示。

資料擷取與儲存管理功能：本案用一台資料伺服器及兩台SMB蒐集機台資料，每台SMB聯網上限為10台，如圖二所示。

設備稼動管理功能：

稼動圓餅圖：機器運作可區分為四種稼動狀態，OFF代表未開機，顯示灰色；RUN表示正在加工，顯示綠色；機器閒置（IDLE）時，顯示黃色；最後，機器故障時，以紅色表示，通知現場操作員或設備工程師前往排除警告（ALARM）狀態。透過機器圓餅圖之顏色佔比，協助進行機器稼動率管理，改善IDLE或ALARM狀態，進而提升生產效率。

稼動甘特圖：瞭解各設備24小時稼動狀態，知道設備何時是無生產狀態，如IDLE或ALARM，以利於提升稼動率。

稼動明細表：持續累積稼動資訊，可查詢某機台生產各產品的加工時間，提供精進生產管理的有用資訊。

完工計量管理功能：立即製作當日生產報表，不用人工抄寫紙本資料，大幅精簡時間和人力。另外，立即彙整當日生產料件和生產效率，提供簡易的機報工系統。

故障主動通報功能：利用設備異常警告看板，協助管理者掌握異常狀況，也有兩階段示警功能，當第一階段示警10分鐘仍未處理，即會發出第二階段示警，有效改善異常處理能力，進而提升機台稼動率，如圖四所示。

導入SMB第一階段的重點工作為蒐集機台資訊，找出閒置生產設備，提升機台稼動率。另外，提供客製化報表，協助管理生產進度，隨時掌握機台料件狀況，減少每日生產報表的統計時間。

透過TCP/IP網路通訊技術，可以取得三菱控制器資訊，如工件數、機台運作狀態等。接著，統計各工具機的生產資訊，以圖表方式呈現於看板系統，達到目視管理功能；透過聯網平台的即時資訊，快速地掌握機台稼動率及相關資訊，再彙整成各機台的當日產能、達成率及利潤。

管理者利用客製化的機況看板，可清楚掌握生產進度與每日產量，也能輸出EXCEL檔，顯示各機台的當日產量、稼動率、利潤和生產起迄時間。

(3)應用效益及未來展望
透過SMB輔導計畫，甲公司建立15台走心式車床的機聯網系統，讓管理階層在第一時間掌握機台稼動狀況，透過可視化系統，展示即時且詳實的生產資訊，也會促進業務推廣，不必浪費時間追蹤生產進度，立即告訴顧客能否接單，有助於顧客關係的緊密鏈結。

在量化指標部分，已導入SMB系統的15台走心式車床，每日停機時間由120分鐘縮短至70分鐘，每日產量增加560個，以全年不停機現況來看，每年產量增加20多萬個，相關投資在一年內回收，多數生產資訊自動化輸出，也減省生產人員作業的九成，奠定了智慧工廠的資訊化基礎。

展望未來，甲公司利用既有機聯網系統，再用I/O卡或CNC控制器，即可連線至新設備，掌控整個工廠的機台狀況，促進製造效益極大化，進而提升生管效率。

自行車金屬零件製造業

乙公司成立於民國86年，創始初期為機械、馬達及五金工具的製造商，隨著生產技術的持續進步，轉型成為自行車、汽車等零件的供應商，特別是自行車零件的花鼓、踏桿及避震器輪組等，已擁有多個技術專利，成功推出自有品牌，並將產品推廣至國際市場，成為自行車大廠的主要供應商，期望追隨整車廠的成長腳步，促使企業不斷精進，邁向永續經營之道。

(1)生產痛點
導入SMB系統之前，乙公司生產狀況不清不楚，讓經營團隊很頭痛，主要原因為生產數據仰賴操作員填寫，可能謊報或書寫錯誤，再由生管人員輸入及統計，即使花費大量時間及精力，仍然無法有效掌握，也可能得到錯誤訊息，無法快速追蹤及改善。
為解決老闆們的頭痛問題，希望導入智慧設備聯網的可視化管理，正確呈現機台狀況及生產資訊，也提供每一機台的生產日報表，包括當日產量、稼動率、利潤、生產起迄時間等，匯出EXCEL檔查存，有助於掌握即時生產狀況，並解決人工作業的生管問題。

(2)解決方案
乙公司廠區內無實體網路線，首先建構廠內基本網路，再進行機台聯網作業，包括12台CNC立式銑床與8台走心式車床，可依據管理者要求，提供每一機台之生產日報表，精確地掌握每日生產狀況。

同時，透過網路交換器串接生產設備與SMB間之網路通訊，並用SMB設備，即時擷取20台設備之生產現場資料，彙整成稼動率的可視化資訊，也有即時匯出的生產報表，解決了生產資料難掌握問題，奠定下一階段升級智慧製造資訊化工廠的基礎。另外，藉由乙太網路連線各生產設備之控制器，只要勾選是否連線、控制器廠牌、機台名稱、控制器IP等，即可讀取與蒐集各機台即時狀態及相關資訊。

乙公司透過機聯網的生產現場監控系統，做到廠內生產狀態的可視化，即時掌握工廠機器狀況，進而監控及改善生產問題，擬定最佳化生產策略，促使生產效率極大化。具體內容如下：

設備稼動管理功能：查看連線各設備機台之即時運作狀態、即時稼動率、當前加工程式，以及工件產量等資訊，隨時掌握機台稼動狀態與產量。

稼動圓餅圖：瞭解某區間稼動狀態（OFF、RUN、IDLE、ALARM）之佔比，協助改善IDLE或ALARM問題，有效提升生產效率。

稼動甘特圖：瞭解各機台24小時稼動狀態，知道設備何時是無生產狀態，如IDLE或ALARM，以利於提升稼動率。

稼動明細表：累積長期稼動資訊，可查詢任一機台生產各產品的加工時間，提供精進生產管理的有用資訊。

完工計量管理功能：立即製作當日生產報表，不用人工抄寫紙本資料，大幅精簡時間及人力。另外，立即彙整20台CNC機台的當日生產料件和生產效率資訊，也提供簡易型的機報工系統。

故障主動通報功能：利用設備異常警告看板，協助管理者掌握異常狀況，也有兩階段示警功能，當第一階段示警10分鐘仍未處理，即會發出第二階段示警，改善異常處理能力，進而提升機台稼動率。同時，配合客製化需求，提供生產日報表匯出EXCEL檔，以便查看各機台當日產量、稼動率、利潤和生產起迄時間等資訊，減少統計生產日報表所花費的時間，如圖七所示。

(3)應用效益及未來展望
透過SMB系統的輔導，乙公司導入12台CNC立式銑床與8台走心式車床的智慧聯網系統，促進五項智慧化生產管理功能，不再仰賴人力追蹤生產進度，成功地解決管理階層的生管問題，也提供客製化的可視管理系統，包括各機台即時稼動率、設備生產履歷查詢、設備日報表輸出等功能，並進行完整的教育訓練，讓管理階層熟悉操作網頁，所有智慧聯網裝置採用獨立的區域網路系統，避免有心人士竊取生產資訊，也將推動下一階段生管升級，包括汰換老舊設備，逐步推廣至其他設備，推動所有設備的全面性聯網，以及橫向、縱向管理功能的串接。透過生產稼動狀況的可視化，國際顧客可即時掌控生產現場狀況，已跳脫傳統製造廠的刻板形象，有助於海外顧客的品牌認同度，進而推廣優質國產品。
以量化效益來看，乙公司為三班制作業，每天運作24小時，全年工作超過360天，導入前每部機台、每天停機時間為580分鐘，導入後縮短至500分鐘，減少幅度達13.8%，以導入的20 台設備來看，每日產量增加1,040個，每年產量增加近38萬個，投資經費大約半年回收，也奠定了智慧工廠的資訊化基礎，透過長期生產資訊的累積與分析，可導入更多智慧化功能，如大數據分析、產能預測、製程模擬、最適化機台規劃等，有助於多樣化、批量產品的生產製造。

善用SMB創造生產價值

台灣企業多數為中小企業，向來有快速變化的經營彈性，也是國際大廠的重要供應商，具有競爭者難抗衡的性價比優勢。隨著後進廠商的快速崛起，台灣企業也面臨二代接班、製造技能傳承、勞動力欠缺等問題，如何鞏固既有競爭優勢，甚至創新專業能量，是當今製造廠必須思考課題，有效善用SMB方案，可以創造製程改善、生產效率提升、產品銷售增長、顧客關係鏈結等價值，值得審慎評估。

不同於國際大廠，台灣中小企業的資源有限，難以用「打掉重練」的智慧聯網方案，有效串接不同產品、製程、機台及應用系統，端賴供需雙方的共同合作，才能發展需求導向的最適化方案，再用將本求利方式複製擴散，也要組織文化的配套調整，以及專業技能的同步提升。

以金屬加工業為例，每家工廠的機台數量約20-50台，更有10%左右為老舊機台，多數機齡超過二、三十年，建置機台稼動監控與管理平台，必須修改機台既有介面，如更換PLC、加裝I/O卡等，才能進行整廠設備的智慧聯網，部分業者礙於專業能力限制，或修改機台的潛在風險高，可能索取高價費用，或僅串接有開通通訊界面（如控制器）的機台，大幅限制了智慧聯網的應用價值。此外，每家工廠的製程差異大，所強調的監視項目也不同，必須有客製化解決方案。

例如，利用完工計量管理功能，即時製作當日生產報表，大幅減少生管時間及人力，自動彙整設備的當日產量及生產效率，提供簡易型的機報工系統（如圖八），也可透過Line推播方式，將「生產完成數量」與「當日設備稼動率」，主動通知生管人員及相關主管，協助客戶掌握最新生產狀況（如圖九）。

或者是設備故障主動通報，利用Line推播方式，主動通知「停機過久無人處理」，讓現場主管及維修人員掌握即時狀況，也可發展設備異警看板，顯示異常狀況的機台，透過兩階段示警功能，提供異常機台的處理順序，如圖十所示。
智慧聯網以SMB與資料伺服器建立資訊平台，整合工廠內部所有資源，包含機器與系統資訊、工人技術與知識等，以及應用市場需求，透過網路即時連線至資訊平台，才能掌握生產現場狀況，有效改善工廠問題，擬定最佳化生產策略。

為有效闡述SMB方案的建議，本文區分為供應端的設備製造廠、系統整合廠（SI），以及需求端的傳統製造廠，說明有效方案的必要條件。具體內容如下：
以設備製造廠的角度來看，台灣機械製造廠多與國際代理商或系統整合商合作，並在全球市場有代表地位，如金屬工具機、塑膠機械、紡織機械、木工機械等，對於終端顧客的製程需求所知有限，也凸顯出整合解決方案的侷限性，面對智慧製造及數位轉型趨勢，必須積極創新發展，強化製程know-how及客製化方案，同時結合工業物聯網技術（IIoT），以及機聯網功能、大數據分析、人工智慧等新科技，利用自動化彈性製造單元，創造終端顧客需求的系統整合方案。

對系統整合廠而言，為創造整廠機台資訊的聯網平台，系統整合廠必須串接所有機器設備，同時提供顧客需求的客製化方案，才能發展一目了然的可視化功能，達到快速因應的實質效益，除了市售標準化的套裝模組外，系統整合廠更應有能力串接老舊機台，進行機械碼程式的轉譯，達到所有機台資訊擷取及應用，異常發生的第一時間即快速警示，甚至是用生產資訊發現陳年問題，或是維護保養及防微杜漸，協助顧客精進製造技術，才能提高製造廠導入SMB意願，協助生產資訊的數位化轉型。

而傳統製造廠的部分，機聯網的機台資料蒐集，主要是透過機台的控制器，或加裝I/O卡及感測器於機台上，再與SMB連結，將廠內機器資訊蒐集起來，並進行機械碼程式的轉譯，將生產現況可視化，持續監控與改善生產問題，協助擬定最佳化生產策略。

多數製造廠面臨日益激烈的競爭壓力，可借用整廠機台資訊的聯網平台，協助優化生產效率，利用數位轉型創造新競爭力，也必須慎選優質服務商，同時培養廠內人員的數位化智能。具體內容概述如下：

(1)有效收集生產資訊，創造可視化、透明化、數位化等應用價值。

(2)運用大數據分析、物聯網等新科技，發展製程模擬、預測等智慧化功能，以利於最適化機台規劃，如相同品質水準，但生產速度最快，或固定生產速度，但品質良率最高，進而精進相關管理制度及顧客關係。

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