組合式智慧製造服務系統介紹

摘要：目前國內已有多個學研單位投入智慧製造相關技術研究與產品開發，亦有許多製造商、加工廠、軟體開發業者、系統整合業者等業界公司持續發展自有產品。然而，生產過程中遇到的問題並非只限於加工過程，與事前的規劃設計及事後的品管檢測有關，亦與生產前的原物料準備、銷售後的產品追蹤服務相關。為了統整各階段的需求，建立組合式智慧製造服務平台，結合過往輔導業者轉型之經驗，將營運各階段的應用程式依照設定目標組合為服務方案，共同為業界提供更完整的解決方案。
Abstract：At present, many academic and research institutions have invested in the research and product development of smart manufacturing-related technologies, and there are also many manufacturers, processing plants, software developers, system integrators and other industry companies that continue to develop their own products. However, the problems encountered in the production process are not limited to the processing process. They are related to the planning and design beforehand and the quality control inspection afterwards, as well as the preparation of raw materials before production and the product tracking service after sales. In order to integrate the needs of each stage, a combined smart manufacturing service platform has been established, combined with the experience of guiding industry transformation in the past, the applications of each stage of operation are combined into service solutions according to the set goals, and together provide more complete solutions for the industry.

關鍵詞：組合式服務方案、任務分派、資料路由
Keywords：Combined into service solutions, Task assignment, Data routing

前言
我國製造業目前正面臨勞動人口減少、勞動成本增加、少量多樣生產等多重挑戰，多數業者都已意識到必須在製程、管理技術上大幅提升數位化能力方能在供應鏈中持續保持競爭力。然而製造需從規劃、準備、生產、監控到服務都需要不同智慧軟硬體加值整合，目前整體只有少量且昂貴的解決方案，存在著成本效益評估困難、缺乏可應用於營運各階段資訊的整合技術等問題，導致業者裹足不前。
後疫情製造新常態，數位製造服務平台需求增加及智慧機械邁向智慧製造，系統整合(System Integrator, SI)在產業轉型升級上扮演相當關鍵的角色。國內大型系統整合商在海外有服務據點，需面對東協及印度等新南向市場等眾多國家在地製造的客製化需求，與現有系統整合廠商之智慧製造輸出規模與能量可能存有落差。國內工業互聯網平台技術已趨近成熟，但商業模式的成長不如想像大，除打造物聯網平台廣造生態圈，盡量讓企業一導入就能使用，更應建立平台管理機制以運用數以百萬計的資訊產生新的價值服務。
目前國內各智慧機上盒(Smart Machine Box, SMB)平台中的應用程式(Application, APP)多為各自執行，只能透過人工作業個別單獨使用，也不容易互相交換資料，無法共同協作解決產業問題。不同APP所產出的資料與執行結果，通常只留在各自的檔案或資料庫中，缺乏統一的資訊彙整機制與管理介面，無法被共同整合為營運所需資訊，且當APP間需要交換資料時，必須事先透過雙方約定資料介面才可順利溝通，因此使用上缺乏彈性。另外，資料採集與監視系統（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）或供應鏈跨場資訊整合時，同樣需要事先透過雙方約定資料介面與資料結構造成使用上缺乏彈性。在整合APP應用於生產流程規劃時，也多採線性排程，較難因應實務需求。再者，來自不同APP與系統間的資料，需透過人工個別查詢再彙整為單一資料集合，不利於異地資料整合應用，且生產流程中發布工作任務時，也較難掌控各任務的作業時間與執行需求，只能透過文件定義了解細節。
為了解決上述產業問題，建構組合式智慧製造服務平台，結合過往輔導業者轉型之經驗，依照不同情境與目標問題統整生產各階段需求組合成不同的解決方案。此平台系統可針對組合方案中的APP進行任務分派、狀態追蹤、流程控制，並定義標準化彈性資料交換介面，使方案內部能達到協同運作，以協助業者建立資訊化與智慧化的營運模式。
組合式智慧製造服務平台
組合式智慧製造服務平台的設計架構可分為建立、部署、執行服務方案三個階段，如圖1所示。首先，建立服務方案是由管理者透過服務方案編輯器，設定營運規劃、準備、生產、監控、服務五階段各自的APP執行規劃內容，亦可藉由匯入、匯出已完成的服務方案，快速導入應用於其他相同需求的產線。之後服務方案的部署是由任務處理器接收來自服務方案編輯器的方案作業流程任務，把任務發布至產線各營運單位執行，並於相同介面檢視任務執行狀況與進度回報。最後，執行服務方案是由APP獨自透過標準化資料結構定義與彈性化資料路由，進行APP間的資料交換作業。底下將針對服務平台各項設計進行詳細說明。

圖1 組合式智慧製造服務平台架構

服務方案編輯器
為一響應式網頁人機操作介面，以視覺式程式開發方式提供使用者設定組合式服務方案內容。視覺式程式開發語言（Visual Programming Language, VPL）是透過圖形化元素進行程式設計，以視覺化「方塊與箭頭」作為基礎，將應用程式以圖形方塊的型式建立並透過箭頭相連接，以代表兩者相互之間的關係，是一種較文字式編輯更簡單且直觀的設計方式。視覺式程式開發語言與傳統程式語言之不同點在於程式流程採用「資料流」之概念打破傳統之思維模式，因此管理者在流程圖構思完畢的同時也完成了服務方案的設定。
服務方案編輯器的設定方式分為製程流程設定與資料路由設定兩步驟。製程流程設定是由管理者根據生產製程所需從場域內挑選指定設備中的APP，以拖拉APP方塊圖的方式至營運的五個執行階段，並使用左右箭頭連接線決定APP間的執行順序，如圖2所示；資料路由設定則是指APP間的資料流串接的行為，指APP執行所需的輸入資料可從其他APP的輸出結果來取得。利用APP方塊圖片頭尾間的連接線，決定兩個應用程式間的資料輸出入關係，如圖3所示，而後透過視窗指定APP每個輸入所對應的其他APP的輸出資料。當管理者利用編輯器設定完營運五階段所需的生產製程流程與資料路由的設定，即可完成組合式服務方案的編寫，並把設定服務方案內容轉換為流程定義語言後，提供給任務分派處理器。

圖2 服務方案編輯器之製程流程

圖3 服務方案編輯器之資料路由