華苓科技董事長/雲協技術專家 梁賓先
華苓科技技術長 楊基載

電線電纜產業一般人比較陌生的產業，但其實每個人的日常生活，每天都脫離不了電線電纜，小至家庭用USB花線、網路線、光纖線，大至工程設施，大樓、交通通信工程，都是線纜業的涵蓋範圍。線纜業市場規模相當龐大，近年受惠銅價、需求價量齊揚下，產值衝上2100億元。電線電纜是技術、資本、勞力密集的產業，也是國家建設必要的基本工業之一，在我國工業升級中有重要的地位。

根據經濟部在2022年四月發布的《產業經濟統計簡訊402期》，受惠廠商回台投資或擴充產能，以及政府推行各項能源政策，帶動市場需求增長，加上廠商為反映銅價大幅飆升5成而調漲售價，推升裸銅線產值達1,079億元、電力用電線及電纜618億元，雙雙創下新高水準。

台灣在電線電纜設備製造產業，也有隱形冠軍默默耕耘，在纜線設備進行高值化與加值化的研發投入，以豐富的產業領域知識作為藍圖，將 AI，物聯網，5G技術融入解決方案，並且在台灣本地完成實證導入，因此在歐美產業設備大展中，屢獲矚目與垂詢。

我們很幸運在智慧製造領域，能夠與台灣之光先鋒機械 (Pioneer Machinery) 攜手合作，將物聯網平台與智慧製造系統的應用，成功融入電線電纜設備產業。藉本文一角，分享 IT 技術，OT 技術，以及產業領域知識三者之間，如何彼此搭配來克服挑戰。

智慧製造的導入挑戰

電線電纜產業是相當傳統的產業，產值容易受到原物料價格波動影響。需求特性方面，要兼顧大量單一品項連續生產的特性，又要有少量多樣的需求，處理少量客製化的訂單。客製化訂單之毛利高，但會導致多種規格的產品同時於產線生產，其換線的時間成本與調度能力又變成一大挑戰。

線纜業者的生產設備，屬於早期建設的重大資本投資，基礎產品的生產設備大多數都是歷史久遠，操作上非常依賴老師傅的使用經驗。即使是同型號的機台，日積月累使用下來的最適參數也不一定相同。哪些參數組合可以導致最大產能，哪些參數組合可以有最穩定最完美的成品，如果設備有故障，要從哪個點開始排查等等，這些有價值的任務執行，相當依賴經驗傳承，因此製程人員的培訓，對線纜業來說非常關心的議題。

在導入的評估初期，客戶與廠商之間，常有以下類型的挑戰與議題，必須進行評估。

1. 費用與效益的挑戰：業主常要思考是否要一勞永逸，導入全新一代的生產設備；或者謹慎從事，先從小規模地從舊系統改機聯網升級。全新設備與改造升級的費用評估差異，以及投資報酬率的計算都跟廠商營運模式與財務規劃連動。 另外，選商過程類似解決方案的性價比如何評估，維護能量與採用新技術進行遠端診斷支援的配合度磨合，解決方案模組化與逐步升級的路徑是否順暢等等，都是值得討論的議題。
2. 設備與人才的挑戰：若採用設備改造升級又搭配生產過程的優化，如同穿著衣服改衣服，導入過程中的變革管理需求也必然會浮現。在人員培訓/製程規劃調整方面，任何一個工作站點的功能與做法調整，都會影響一條龍「端到端」的整合，其中的複雜度不可忽視。 因此細心的與第一線現場人員的目標溝通，以及細部解決方案的發想與複審，端賴現場人員/設備製造商/軟體整合商彼此緊密結合討論，如此才可加速方案的擬定與可行性的判定過程，在建置過程節省大量的時間成本，在之後的日常作業以最佳實踐的方式優化製程。
3. Roll-to-Roll生產特性的挑戰：線纜的製造屬於 roll-to-roll 的模式，在新的優化改善，希望能更彈性地處理排程集單/併單 (collection/merge) 等生產需求，並兼具回溯能力。這必須借助系統整合，將來自 ERP 的客戶訂單，以及現場的製造現況進行統整。記錄更多的相異資訊來處理回溯，以做為未來模擬計算與訓練分析的樣本；收集整合更多的資訊因子，如物料現況/半成品整備度/機台可用率 等資訊，即時進行交叉比對計算，推薦合適的排程供現場調度。而現場權宜調度所導致資訊落差，也可透過上下料過程的 edge設備監看，很快就反映出調度的變化，並傳遞到各子系統，達成一致的數據共識。
4. 跨業整合的挑戰：橫跨「製造廠」與「設備商」與「系統整合商」三方的共創是重要的成功因素。在過去有許多來自業主的智慧製造提案，常因原廠設備商因為總部策略的關係，不一定能獲得核心資源來協助廠商進行，所以常常有很好的發想，卻因核心設備無法配合而作罷。設備商願意投入協作，開放雙向互動控制，與系統整合商共同投入方案，並納入製造現場實務運行的各項constraints，所得的方案才容易獲得接納，也因為有更精準的雙向無縫互動控制，整體方案有更佳的細緻度。例如，「運行狀態代碼」與「故障代碼」，以及「剩餘維護週期」等內部數據的交換，可以讓中控室的戰情室可以看到更深入的運作狀態。又例如允許上層的控制端，以粗顆粒 (coarse-grain)的需求來推送授權的製程參數組合，讓設備端控制器轉譯成細顆粒 (fine-grain)的控制指令，透過設備來保護安全界限。因此可以平衡設備商想保護設備安全性與整體性的想法，以及上層整合商想進行功能加值期待。

資訊系統面臨的難題

封閉架構及眾多不同廠牌的生產機台，傳輸方式存在著差異通訊協定並不一致，且實際的應用場域，在機台生產資訊收集數據不完全，並且生產線狀態模糊及聯網程度較差，與眾多系統互不相通資訊流落差，例如與ERP生產資訊整合以及發生異常通報不即時種種產業發展上的困難。要實施工廠物聯網化，大致上要補齊許多斷層來彌平落差：

1. 數據採集與輸入的斷層：由於產線各種設備的導入年代差異，機器不可能都是最新的，對於資料傳收跟控制性能、連網狀況模糊不明之下，需要透過物聯網平台來統整各項任務的進行狀況。將派工所需的生產參數、配方傳送到機台，並透過物聯網平台自動接收數據完工資料，不需要人工填寫。實務上，對於輸入部分，可透過遠端的參數推送，在Edge設備或HMI設備只需進行覆核或被授權的微調。 低階或受限的通訊介面可透過 QR code 掃描轉接輸入介面，大幅減少輸入與數據檢核時間。無法修改的介面，可以利用許多影像識別技術，直接對實體物理設備進行視覺化的數據判讀後，轉發到平台。 針對無法透過整合方式介入的場合，僅憑藉實體的鍵盤與實體螢幕，還是有辦法透過具有視覺化辨識能力的RPA (Robot Process Automation 機器人流程自動化) 程式來處理，藉由 KVM/RCM 系統來轉接螢幕/鍵盤訊號，達成數據採集與輸入回饋的整合，並藉由 AI 影像識別的能力，來辨識螢幕上出現的數據，回報到數據收集系統。
2. 通訊協定各家不一：不同Protocol通訊協定協定不一致，需要物聯網平台作數據採集及連線方式或是設定Protocol，統一通訊協定，新機台不需要重新客製。在這方面業界有許多現成的 protocol 轉換盒，可減輕這方面的轉換負擔。可惜是目前在線纜製造設備領域層的溝通協議，只有基礎通訊層像是Ｍodbus Profinet 等可供使用於互通交換，但尚未發展成向半導體業 SECS/GEM 這類的成熟高階協定可供參考。
3. 多數MES系統仍是Client架構：既有架構通常需要在生產邊線上裝配獨立電腦給人員操作，在網路拓墣與架構配置上較無彈性。若能夠架構轉換為 Web Based，允許以瀏覽器模式運行，可以更彈性的進行網路架構與伺服器架構配置，根據不同的場景與資安保護的需求，配置所需的網路拓墣與防火牆，以適合各種操作角色透過Web上多點登入操作。
4. 資訊系統互不相通：MES、ERP等子系統，若非同一體系其系統資料不容易直接整合，需額外客製資料整合，並透過配合許多資訊中台(middleware)，進行資料清洗轉換，存取加速，分流配送等等，以便與其他子系統協同，並透過流程串接各項業務節點。

iMES – 物聯網智慧系統最佳架構

根據以上條件評估，以平台搭建物聯網智慧工廠的解決方式，如「iMES雲端智慧製造平台」是最好的選擇。「iMES雲端智慧製造平台」協助電線電纜業更快速地實現工業物聯網。提供排訂最適生產排程、產生ERP派工單、管理機台配方、雙向即時機台控制、管理觸發規則、機台完工回報…等多項能力，實現自動化高效互聯工廠。「iMES雲端智慧製造平台」結合「生產排程」、「派工管理」、「配方管理」、「裝置管理」、「規則管理」、「產線自動回報」六大應用，提高設備及生產回溯資料可靠性，趨進智慧製造自動化生產及收集控制：

1. 生產排程：根據訂單排訂最適生產排程，以達到績效最大化。
2. 派工管理：整合ERP透過 API / Web Services產生派工單，或由生管人員透過XML、CSV檔案產生。
3. 配方管理：針對自動化生產設備或機台的程式與參數進行配方版本管理。
4. 裝置管理：與物聯網平台整合可透過管理介面設定機台群組，以監控各機台狀況，並可雙向即時性控制裝置。
5. 規則管理：設定裝置的接收及反應規則，讓裝置之間進行雙向互動，觸發後續任務流程。
6. 產線自動化回報：與裝置模組串接，機台完工自動化回報資訊 。

從物聯網三層基礎上延伸，主要建構「明確易用的人機介面」，包括：一般使用者、開發者、管理者應用入口，並在單一平台上實施，以及達成「統一通訊協定來簡化機台連結」，提供介面進行機台資訊確認及控制操作。其次，提供「容易維護的SaaS雲架構」可供用戶自建公有雲或私有雲的選擇使用，以生產自動化回報機制收集生產資訊。再者，使用「視覺化戰情室」監控硬體狀況、製令生產進度、人員派遣流動、機台負載等廠控管理機制，最終將MES的管理作業提升為可視化作業，以取代過往過多客製化進行硬體整合，提供更佳的管理便利性及擴充性。

「iMES雲端智慧製造平台」架構包含：

1. 機台設備整合：整合線纜領域產線所涵蓋得多種機器組合，如押出機、絞線機、伸線機、包帶機、伺服沖床、冷間鍛造沖床、熱間鍛造沖床、高速精密沖床。
2. 設備連線管理：裝置樹及群組管理、裝置屬性設定、低階控制命令與資料封包轉譯、連線池管理、MQTT/CoAP/AMQP連線協定、裝置連線數管理。
3. 通知規則管理：警戒設定、異常通知定、Mail設定。
4. 數據註冊管理：綁定PLC機碼、取得PLC機碼驗證、回傳資料授權成功。
5. 產線分析管理：IoT 數據儲存綱目管理、資料下載與切片、即時數據分流、分析資料建模轉換、產線設定資料共享管理。
6. MES加值應用：生產追溯管理、智能動態排程、異常事件報告、預防性維護、產品管理、模具管理、質量管理、OEE實時。
7. 企業即時通訊整合：行動裝置端之微服務、LINE Adapter、資料調閱、事件啟動、機台訊息整合、機台行動報表。
8. 文件管理應用：ISO管理、審核規則設定、權限控管設置、版次管理、多點分享、合約應用、整合歸檔、稽核盤點。
9. 流程管理應用：流程觸發API、表單開發工具、表單資料庫整合、審核規則設定、進度審核監管、定時稽催設定、流程儀錶板、流程稽核盤點。
10. 資安管理及第三方驗證：機台控制、通訊傳輸、加解密認證、IEC 62443、密碼管理、系統分級、軟體更新、備份計劃、系統防護、資料儲存權限。

iMES實現電線電纜業四個智能化

1. 產品/設備智能化：透過物聯網平台統一通訊協定，OT/IT聰明整合，即時更新設備狀態，即時處理設備狀況。
2. 生產智能化：生產數據即時收集，工時管理、異常通知，智慧管理產線，優化生產排程。
3. 管理智能化：整合ERP..等異質系統，稼動統計、數據分析等管理儀表板隨手可得，掌握產線現況，降低管理成本。
4. 服務智能化：結合行動服務入口 ，提供保養提醒、線上巡檢等機制，提供智能服務。

技術實施效益(一) 配方管理系統

透過配方系統開發，以數位化製令佈署生產設備生產之製令參數與訊息。在PC端使用配方伺服器系統設計產品規格所需之製程參數，推播至產線HMI與可程式邏輯控制器。具備配方管理至少含儲存、匯出csv file功能。

生產場域在未具備無紙化派工，派工方式採人力領單、手動輸入製程參數，其製程轉換流程時間約耗時一小時(以一生管人員對應五條產線，每一產線製造兩種規格產品為例)，製程設定失誤率（未依標準卡輸入製程參數）約2%，操作失誤率（未依標準卡操作) 5%以上。

在PC端使用配方伺服器配方推播5條產線製程之延遲時間不超過1秒。使用Open Protocol(Modbus TCP, OPC UA)應用在數位製令，5條產線製程需至少費時6秒完成製令推播，系統將針對資料交握模式進行優化，將推播時間縮短至1秒以內。系統導入後平均轉換時間縮短至30分鐘以內，製程參數操作端人為輸入錯誤平均失誤率為0%（無人工操作），且操作誤差將由事件引擎觸發警示。

技術實施效益(二) 即時生管監控

透過即時生管模組與效能分析模組，即時監視產品重點品管指標以及根據效能分析模組結果(如產品誤差率)產出日/週/月/年報表，其內容至少含產線產能、單一製程產品標準差、中位數。

傳統電線電纜廠生管作業模式仰賴操作人員紀錄每日製程回報生管，整個流程跑完，需費時半小時以上(以五條生產線，同廠區為預設情境，含數據歸檔時間) 效能分析更需花費數小時合併歷史資料方能完成。藉由即時生管與效能分析模組目標降低為 1分鐘全數完成。

技術實施效益(三) 雲端智造戰情室

透過電子看板實現集中式綜觀導入整場服務之產線狀態與產線實時數據。過去無戰情中心服務時，當發生產線異常，現場與維護部門溝通費時；生產經理必須到機台前才能確認生產狀態，而各部門針對製程優化、生產計劃檢討、產能調度等均採離線討論，且因各自準備數據，導致資料一致性、資料可靠度、資料準備時間耗時。其次結合WebGL 3D 工廠動態展示服務，對應多條生產線，將每條生產線需具備產能，規範，製程範圍等資訊視窗供生產會議沙盤推演用。動態工廠每條產線以 3D 呈現，並且以三色燈號標示產線即時動態。

技術實施效益(四) 設備電控升級與輕量生產

利用快速導入模組完成四套老舊設備升級，包含兩種以上製程模組。老舊設備需至少3人以上對應單一產線，且產品試產至少需費時30分鐘以上(押出製程為例)；智慧電控系統可協助改善單一產線進入穩定生產狀態時，可1人對應2條產線，且產品試產時間降到20分鐘以內。其次，輕量型製造彈性系統服務串接人，機，料，製程，並且與電子流程引擎進行簡易交握功能。製造命令與標準生產卡由每天批次排定改善為電子化即時更新。每日零時起算到一日終了排程誤差累積由平均三小時縮短為一個半小時內。

結語，智慧製造的加速心法

近年數位轉型躍升熱門議題，傳產製造業都極力建構互聯高效工廠，藉此提高生產力，降低成本、減少庫存，縮短從訂單至交貨時程。電線電纜業由於採差異化客製生產，產線製程更換頻繁，品管與良率控制難度高。想提高產線平均生產效率，唯有在軟硬兼施下手。

1. 抓住智慧製造主軸：整合產設備/物聯網技術、並融合雲端運算、AI大數據分析等技術。依產業特性由領域專家提供軟硬體導入建議，並設定階段里程碑。
2. OT/IT 整合面不只是單向貫穿：基於產業現狀，尋求有商務價值的進階場景來實施系統，進行設備/軟體協作，合理化進場時機，密切互動完成升級。且應顧及現場作業習慣，也應發揮設備優勢。
3. 雙向控制密切整合：設備回報之資訊與事件，獲得延伸加值，有助IT端降低實施成本，投資產生更大效益。配方管理需要雙向勾稽，防失誤，省人力，換線生產快。設備AI故障預測/維護保養資訊精準。製造系統落實流程追蹤一氣呵成。
4. 傳統產線的智慧化改造：透過大量部署的感測與品管儀器，搭配數位分身等手段有效降低製程轉換成本，進入少量多樣彈性生產的藍海市場。
5. 智慧工廠整合：從設備層的機聯網製程作業系統到平台層的數位中樞，提供電線電纜廠全方位 OT/IT 整合的應用環境，並且具備與高階企業應用系統整合的能力。
6. 快速複製套用解決方案：應以整廠服務輸出為目標，專為電線電纜產業建立模板式的機聯網設備操作系統與數位中樞系統及各項應用子系統，使得本解決方案可以快速複製並套用在各個電線電纜廠，在世界電線電纜廠的升級浪潮中取得先機並且可以迅速占領市場。

綜合以上，智慧化產線加上工廠智慧系統，產線將具備從入料到產品產出的全流程監控，從原料、中間產品與最終產品的生產追溯，皆能從雲端智慧製造平台解決方案滿足，成功將傳統電纜廠轉型為彈性製造智慧化工廠。