數位雙生沉浸式互動應用於異地產線製程診斷

前言

隨著貿易戰和地緣政治緊張局勢的升高，許多企業被迫重新考量其供應鏈布局，將生產從某些特定地區轉移到其他市場。這種供應鏈的遷移，帶來了遠距協同工程的需求。在新的生產基地和遠端的合作夥伴間，如何即時共享設計、製程、和設備運行狀況，成為了企業成功轉型的關鍵。透過沉浸式遠距協同技術，工程師能在全球各地同步工作，無需實地參訪生產設施，大大降低了因供應鏈遷移帶來的溝通成本和時效性風險。

自工業4.0的概念被提出[1][2]，全球各國紛紛開始重視製造業的重要性，並積極推進智慧製造的發展，全球企業和政府正在推動淨零碳排的目標，迫使各行業加快其技術轉型，並尋找更節能環保的製造方案。這樣的轉型過程中，沉浸式遠距協同應用能減少工程師頻繁的跨國出差，從而降低碳排放。同時，虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）以及混合實境（MR）技術能讓分布全球的工程團隊在虛擬環境中模擬製程變更、設備操作及維護，大幅減少實際耗能和浪費，同時減少因人員差旅衍生的碳足跡，幫助企業達成可持續發展目標。

另一個讓國內外製造業頭痛的問題是勞動力短缺現象。沉浸式遠距協同技術可以協助企業總部將核心技術快速投射到海外產線，讓技術專家無論身處何地，都能即時參與技術指導和生產問題解決。此外，這些技術也能提升員工的培訓效率，通過虛擬環境進行操作模擬，使新人快速上手，彌補人力不足或協助人員快速轉移任務並學習新技能。

設備與製程維修診斷是所有營運海外產線的製造業都會遭遇的問題，透過AR、VR、MR技術，工程師可以在遠端對生產設備進行即時監控和診斷，並通過虛擬實境裝置提供具體的操作指引，協助當地團隊迅速解決問題，從而縮短停機時間，提升生產效率。且隨著AR、VR、MR技術的不斷進步，這些裝置越來越強大且使用門檻不斷降低，為沉浸式遠距協同工程應用創造了更多可能。這些技術的進步提高了沉浸感與互動性，使得工程師能夠在虛擬環境中更真實地體驗和操作複雜的工業設備，或模擬生產過程中的各種情境，這將大幅提升跨國團隊的協作效果和決策速度。

雲端運算技術的普及化使得智慧製造服務可以更容易地轉向雲端化[3][4]，進一步加強了遠距協同的能力。透過雲端技術，企業能夠連結全球各地的技術人員即時存取和共享產線物聯網數據或模擬分析數據。

上述趨勢共同推動了沉浸式遠距協同工程應用的開發契機與市場需求，這不僅有助於企業應對快速變化的全球環境，也能在技術轉型過程中提高生產效率，降低營運成本。以下將簡介遠距協同作業模式以及利用數位雙生技術建立的沉浸式互動環境以及目前在法人研發計畫中的技術現況與未來規劃。

遠距協同作業模式

利用AR、VR、MR等工具進行遠距協同作業，遠端協助已有許多商品化應用案例，以精密機械、智慧製造領域來說，例如永進機械在疫情期間引進微軟Hololens2與Dynamic 365 Remote Assist套件[5]，為國外客戶進行遠端人員培訓、安裝、維護與檢修機台，不僅能即時解決客戶問題，也省下差旅費用，提高員工生產力，打造創新服務模式，強化客戶滿意度。

工研院在5G歐盟計畫中（5GConni）以沉浸式遠端製程診斷系統如圖1與德國Bosch建立雙向5G專網應用案例，實現臺灣（加工產線） -德國（遠端技術專家）的遠端協作診斷應用情境如圖2。

圖1 工研院沉浸式遠端製程診斷系統

圖2 臺德雙向遠距診斷應用案例

以上應用案例都是一對一的協作模式，然而實際上我們可以根據現場與遠端的互動人數來細分出更多的協作模式[6]，每一種模式可以對應到不同的使用情境。

1. 被協助者1人，遠端專家1人:此為最常見的協作模式，也是最多學術研究與商品化應用的模式，例如前面提到的Hololens2 Remote Assist以及工研院在5GConni計畫中建立的遠端製程診斷服務，此類應用的特點是簡易快速，可提供比打電話、視訊會議更直接的互動討論，雙方可以透過影音、檔案、桌面分享或者手寫標註、電子白板等功能討論，但是其主要限制條件就是互動人數較少，無法集結不同專業領域的人進行討論。
2. 被協助者多人，遠端專家1人:多人集體教學的應用情境，類似電腦教室的教學廣播系統，由一位專家同時向多位使用者示範操作。
3. 被協助者1人，遠端專家多人如圖3:目前國內外較少這類應用，但是針對海外產線的設備、製程異常診斷，常常需要集合不同領域的專家，例如生產管理、設備專家、製程專家等共同協助現場設備操作員。此種應用情境需要針對會議進行模式進行特別設計以免因為互動模式複雜而導致會議發散。工研院的異地產線數位製造投射技術研發計畫正針對此應用情境相關的互動模式、虛擬場景建構與資安防護進行研發。