虛實整合系統

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主發起「產業價值鏈主導權」聯盟，透過產業之間的互助合作，以跨產業與跨公 司的商業模式，將各個企業串連起來，使得整個產業形成一個巨大的價值網，以 達到產業互聯網化。雖然日本政府並未主導新製造業的產業規劃，但在「日本製 造業白皮書」中，對於工業 4.0 的發展仍給予深切的重視，並在後續陸續給日本 企業許多建議如引進機器人、資訊技術等，作為監督者協助日本企業發展新製造 業(陳佳安，2015，中山淳史，2015)。

日本強大的地方在於，網路資訊技術不僅發達，其製造業也並未偏廢，且日 本擅長快速吸收外來的技術，跳過繁瑣的基礎研究，轉化成屬於本土特色的技術 創新體系。在此根基上，日本將在智慧化製造領域裡，找出一條適合高齡社會的 製造業之路，值得借鏡。

第二節 虛實整合系統

一、虛實整合系統的內容

在邁向製造業智慧化的過程中，其最核心的關鍵是「虛實整合系統」

(Cyber-Physical System, CPS)，此系統是一個具有清晰架構與完整流程的技術體 系，自資料蒐集起始，能進行分類、排序、歸納、解析、決策等製造業流程處理，

並能夠根據設備維護、廠端整合、商業模式等應用進行彈性的規劃，是智慧化發 展的必須要素。

整個虛實整合系統分為虛擬網路環境與實體物理環境。在實體物理環境裡，

透過感測器盡可能蒐集各式各樣的數據，將大量的資料輸入至虛擬網路環境，經 由模型建構一個能夠反映真實環境狀況變動的模組。透過實體環境持續的資料輸 入，虛擬環境能夠不斷的自我修正模型，當實體環境需要解決未知的問題時，便 能夠由虛擬環境模擬進行沙盤推演，提供可能的最佳解決方式，並且再經由實體 環境實施解決方案後的回饋，持續反覆地將模型自我學習至最佳化。換言之，虛 實整合系統的目的在於建立網路-實體的相互映射，並實現網路-實體的交互作用，

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在網路-實體持續的相互指導下，使得整個智慧化系統逐漸趨於至善，以達充分 提升用戶的整體價值。

圖 2-2 虛實整合系統的示意圖

資料來源：(Design World，2015)

二、工業 4.0 下的 CPS 架構

美國Intelligent Maintenance Systems研究中心根據工業 4.0 所需的智慧 化要素，於 2015 年提出了建構工業 4.0 所需要的CPS架構，其中包括了 5 個層 次的建構模式，自底層到頂層分別是(1)智慧感知層(2)資訊挖掘層(3)網路層(4)認 知層(5)配置層，以下再分別依各層次進行說明：

(1) 智慧感知層

這個層面是一切的基礎，在機器與零件上，如何以高效率與高穩定度來進行 資料擷取與傳輸，目前全世界正在建立更具穩定性的擷取網絡，諸如 WiFi、LoRa、

LPWAN 等無線通訊技術研發正如火如荼的進行中。資訊的蒐集也並非是盲目地蒐 集各種資料，在資料蒐集階段，即必須考慮專案目標與資訊分析的需求進行具有 選擇性的資料蒐集，形成以分析目標為導向的蒐集策略。

(2) 資訊挖掘層

在實務上，各個資訊系統彼此之間可能互不相聯通，如企業資源規劃(ERP) 、

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製造執行系統(MES) 、供應鏈管理系統(SCM) 、客戶關係管理系統(CRM)等，經 常是各自獨立運作的。經由橫向的資訊連結網絡，將這些系統彙整成一組有意義 且實際的資訊，是此階段的要務。

(3) 網路層

這個層面的重點在於網路內容的管理，例如單一機台每天會產生一組資訊內 容，當使用者能夠將同一機台不同天數的資訊，或者同一天生產但所有類似機台 的資訊進行統整與比較，使用者便能對整個系統的變化情形與狀態預測有更深入 的了解。

(4) 認知層

此層面著重於匹配模型的運用，大量的資料於此已經建構能夠模擬實際機台 運作的模型，透過此模型來檢視每次輸入的資料，能夠偵測到異常的狀況，或根 據累積資訊確診機台故障的可能性，提出可能事先預防故障的方案。此階段已能 用來進行簡單的不良狀況認知，進行系統健康狀態識別。

(5) 配置層

此層面為決策階段，系統能夠早期故障檢測報告，由此發送相關資料給與系 統管理人員，管理人員便能根據報告書所提供的資訊與建議方案，做出相對應的 正確決策，以達到事先預防，減少成本損耗的目的。

資料經過這五個自底層到頂層的結構，再經由資訊分析以及預測功能，最終 能夠達成系統自我調整與自我最佳化的能力，並減低管理人員的負擔，達到更智 慧化生產的階段。

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圖 2-3 CPS 的 5C 架構

資料來源：(Behrad Bagheri, NSF I/UCRC for Intelligent Maintenance Systems (IMS)，

2015)