自動化的簡介與進展 作者：陳飛龍博士 自動化是目前相當熱門的話題，但是一般人對自動化的認識卻似乎仍極為有限，有些人認為耳熟能詳的CAD/CAM 代表了自動化；還有人認 為加入機器人、自動化輸送帶或者是無人搬運車等就是自動化了；更有 些人認為自動化就是以機械化、電腦化的設備來取代傳統的人工，但是 對如何達成此一目標，卻往往缺乏具體的概念。其實自動化所涵蓋的範 圍極廣，不應只是片面的設計自動化、生產自動化或倉儲自動化而已。 一個完整的自動化系統除了最基本的生產系統外，其它如庫存、財 務、管理、行銷等都應納入整個自動化體系中，簡單來說，自動化可以 大約分為工廠生產線的自動化兩大部分，生產線自動化就是我們平常所 說的設計、加工、組合、檢驗、倉儲等的自動化；而管理層次的自動化 則包含了從工廠管理單位一直到公司決策單位間的所有層面。在此一完 整系統運作下，不但生產線得以有效率的自動運轉，而生產現場的任何 訊息均能立即傳送到各層面，使得工廠管理者能隨時掌握工作進度，也 隨時能偵測到機器的異常，而公司決策者更是可以根據所得的資訊而隨 時調整其生產計畫與營運策略，如此一來，整個公司、工廠的作業更可以暢通無阻了。 一、為什麼要自動化 自動化的演進事實上已有很長的歷史，不過其受到如此廣泛的重視 則是近一、二十年的事情，究其原因當然很多，但是其中最重要的應該 是產品品質要求的提高以及勞工成本大幅上升兩大因素，目前全世界推 行的自動化最徹底的國家當然首推日本，然而最早落實自動化觀念的卻 是美國的通用汽車公司。日本走向自動化事實上只有二十年的歷史，然 而二十年來的高度自動化，已經使得日本產品品質大幅度的提昇，加上 品質的穩定以及生產速度的激增，很快的便佔有了其他工業先進國的經 濟地位，而在此導因下，終於使得許多國家競相投入大量的人力與財力 在自動化推廣上，以保有其產品在世界市場上的競爭能力，也就是在此 良性競爭下使得自動化在過去一、二十年來蓬勃發展，引導工業邁向另 一個新紀元，同時也不斷地提昇消費水平，然而消費大眾追求更高品質 的心理卻也不曾稍減，因此可以預料在未來中，產品品質的要求仍會激發自動化的不停發展。 另外一個促使傳統工業走向自動化的更重要因素是勞工成本的上昇 。其實工資上漲是工業進步中的合理現象，然而在過去一、二十年中， 工資的漲幅卻往往超過工業意識的飛漲，勞資糾紛層出不窮及勞工流動 率高對產業界不利的因素，也無怪乎愈來愈多的經營者願意投入大量的 資金來改變生產型態。目前在較現代化的工廠中，由於自動化機械的使 用，節省了許多人力，也大幅降低了對勞工的依賴度，而以自動化機器 取代人工的另一個好處是機器不像人一樣容易疲勞，也沒有情緒變化， 因此產品品質可以維持很穩定的水準。 二、我國的工業自動化概況 台灣近四十年來的經濟成就是深受全球矚目的，再這其中工業發展 更是扮演了促進我國經濟成長的主要動力。在工業發展的早期，台灣主 要是憑藉著廉價的勞工來彌補技術的不足而得以在世界經濟舞台上爭取 一席之地，然而由於生產技術的落後，產品品質始終無法媲美先進國家 卻也是不爭的事實。但隨著經濟的起飛以及人民生活水準的不斷提昇， 廉價勞工的優勢不復存在，反而逐漸轉移到其他幾個新興國家上，面對 如此的國際競爭環境，加速推動工業自動化以改善產業結構，提高產品 競爭能力，無疑是刻不容緩的重要目標，政府有鑑於此，於民國七十一 年七月首先推動「中華民國生產自動化計畫」，為期八年，並由經濟部 負責推動。主要以機械、電子電機、塑膠加工、紡織、食品加工等五大 行業為對象。在這期間，已逐漸累積了相當程度的自動化專業技術，這 些技術相繼轉移至國內近三百家業者，奠下了產業自動化的深厚基礎， 今日多數業者已普遍重視生管、規劃、設計、製造等自動化技術，生產 自動化計畫居功不小。而其成效除了提昇產業本身的生產力及產品品質 外，並對交通環境及產品體系等方面產生了良性的關連效應，更間接提 昇了國民的生活水準，這些都是有目共睹的事實。 中華民國生產自動化八年計畫屆滿後，由於國際間經濟環境漸趨複 雜，且世界各國在自動化工業的投資與日俱增，為了保有市場競爭能力 ，持續推動自動化乃勢之所趨，因此民國七十九年七月續由行政院產業 自動化指導小組負責推動「中華民國產業自動化計畫」，此一計畫主要 分為四大項目：製造自動化、商業自動化、其中製造自動化分組由經濟 部工業局召集，而為了達到公元兩千年成為工業化國家的目標，工業局 於民國七十九年七月開始推動「工業自動化五年計畫」，五年內編列經 費十八億元，主要目標是鼓勵製造業者投資設立整廠，整現自動化工廠 或進行局部自動化改善，已加速工業升級，提高產品品質，在此目標下 成立了許多計畫如「整廠自動化五年計畫」、「生產自動化技術輔導團 」、「電腦整合製造推廣中心計畫」等。 而有鑑於自動化人才的長期缺乏是推行自動化的一大阻因，人才培 訓遂成為另一項重點工作，在工業自動化五年計畫中，更計畫培訓各重 點產業自動化系統規劃、設計、操作，及維護人才一萬人次，除此之外 ，為了結合產業界、政府、學術研究等單位的力量來共同推動自動化， 更將技術輔導團及人才培訓等工作開放給民間自動服務公司及大專院校 等單位，在此多方面進行，加速提昇我國製造業水準，進而早日落實產 業升級之目標當是指日可待。 三、工業自動化範圍 如前所說，自動化所涵蓋的範圍極廣，不過依據目前推動工業自動 化的目標來看，現階段所涵蓋的工作範圍主要有以下幾項： 1.產品設計自動化。 產品設計自動化的工作只要包括電腦輔助設計（CAD） 、造型設計 、結構、應力、安全分析等項目。在這些項目中，除了電腦輔助外，其 他的都還很少實際應用到工廠中，因此其發展空間還很大。 加工、組合及測試的自動化是目前工業界中較為卓著者。其典型程 序是以自動化機器，如：CNC 車床、以及加工中心等，作一貫性生產， 生產完成後再利用機械手（Robot）或其他特殊器具加以結合，最 後再自動測試成品功能。這一連慣性的動作若能予以全部自動化，則顯 然可以大幅提高生產速度，並嚴格控制產品品質，然而目前工廠中能達 到此完整功能的並不多，絕大部分是使用自動化加工機器、組合與測試 則依賴人工，有些地方雖然採用自動化設備執行加工、組合與測試等工 作，但各項之間缺乏連貫性，無法達成真正的全自動化，因此繼續推動 加工、組合、測試的一貫性自動化是不可忽略的。 除了加工、組合、測試外，包裝、物流與儲運在整個工廠作業中亦 佔了極重的份量，然而這些工作在目前工廠中，仍多由人工負擔，其耗 費的人力、時間相當可觀，這種現象在食品廠、紡織廠、化工廠、電子 廠以及塑膠廠中更是明顯，為了節省這些浪費，積極推動自動包裝、自 動運送、自動倉儲是有其必要的。 製造管理的自動化有別於生產線的自動化，但卻是構成工廠全自動 化不可缺少的一環，而要建立一套良好自動化製造管理系統，自動化觀 念的培養與認知是首要工作，因為管理的效益往往無法在短期內顯現出 來，必須先建立一個整體的架構與觀念，在此架構下逐次發展，才能發 揮出整體效率，在一般工廠中，都是從最基礎自動化起，最後再整合連 續，達成資訊暢通的目的。 四、結語 毫無疑問的，我國工業目前正面臨著關鍵期性的轉型期，轉型成功與否，決定了我們以後是否能夠繼續在世界經濟舞台中扮演著重要角色 ，而推動工業自動化正是協助渡過此轉型期的重要工作。回顧過去十年來自動化所帶動的經濟繁榮，再展望未來的產業升級，繼續推動自動化正是我們所要走的一條路，而這條路是艱苦的，也不是短時間走得完的，必須業者與政府共同努力，而它更需更多人才的投入。
半導體電腦整合製造 電腦整合製造是一個觀念，一種精神，其主要目的在於將公司內部各個獨立的局部自動化系統加以整合，以發揮整體的效益，避免形成自動化孤島。「半導體電腦整合製造」項目中主要針對電腦整合製造及其功能需求做一介紹。 半導體電腦整合製造介紹 電腦整合製造（Computer Integrated Manufacturing, CIM）不是一個產品，它是一個觀念，一種精神，其主要目的在於將公司內部各個獨立的局部自動化系統加以整合，以發揮整體的效益，避免形成所謂的自動化孤島（Islands of Automation）。電腦整合製造的觀念從被提出來到現在已有數年的時間，且已成 為自動化製造系統中極重要的部份，目前國內已有許多製造業採用此觀念逐步 落實生產之自動化，雖然大部份之成功案例多屬於較大型企業，然而隨著國內 勞工成本逐漸上揚，勞力普遍不足，再加上現代化產品生命週期日益縮短，相 對在產品品質、價格、交貨期等方面之要求亦日趨嚴格，製造業之自動化、乃 至CIM化已是一個必然的趨勢。 嚴格來說，半導體之CIM系統和一般製造業之CIM並無二樣，都是基於相同 之觀念與精神，只是半導體製造有著相當精密、複雜的製程，機器設備成本又 高，為了維持產品之穩定品質與提昇生產效率，對自動化之投入始終不遺餘力 ，因此半導體廠普遍都相當重視CIM，相對的，CIM的精神也較容易在半導體廠 內得到充分的發揮。事實上半導體業之所以如此重視CIM，也有其不得不然的 理由，根據德國某著名半導體潔淨室設計公司對附著於矽晶圓（Wafer）上之 微塵（Particle）來源作分析後指出，人體是Particle的最主要來源，而Particle又 是影響半導體產品品質之最大殺手，因此要改善產品品質可靠度的最有效途徑 便是盡量減少人與產品的直接接觸，高度自動化遂成為不二法門。 半導體電腦整合製造功能需求 半導體廠之電腦整合製造系統所涵蓋之範圍極廣，從訂單之處理一直到晶圓產出之一連貫作業都是其處理對象，而不同之廠家因其考量點之差異，所發展出來之系統功能自然就不儘相同，不過基本架構都很類似。半導體廠商基於公司內部機密之考量，很少將其系統內容公開，因此就一般可以取得的文獻資料來看，德州儀器公司（Texas Instrument）所發展之Microelectronics Manufacturing Science and Technology（MMST）示範系統，請見下圖。
在半導體製造業之CIM上提供了最完整的參考架構與實作成效，此一系統事實上是結合了製程管制、生產規劃、排程、生產模擬等功能，形成一完整的製造管理環境，因此成為許多廠商發展類似系統的借鏡。以下以MMST之CIM架構為 例，說明CIM之一般功能需求：
半導體電腦整合製造架構 半導體廠之電腦整合製造系統所涵蓋之範圍極廣，以下為半導體電腦整合製造架構之二例。
PDM(Product Data Management 產品資料管理系統)簡介 在過去，對於複雜的資訊架構而言，不同型式的資訊往往存在上不同電腦的不同應用系統之中。而且也有可能以不同的格式去加以保存，這些格式可能是電腦檔案，紙張型式或是目錄卡片等。而由於CAD/CAM/CAE以及CIM系統可以快速的產生以及改變產品資料，因此對傳統的資料管理系統以及產生與運用資料之方式產生了具大的衝擊，管理者所面對的是大量且快速改變的資料。PDM的出現就是為了有效的管理這些資料。 產品資料管理系統 (Product Data Management, PDM) 是以產品為管理主軸的管理系統。設計圖面、規範、產品構型、BOM (Bill of Materials)、流程、組織，及其它與產品開發設計、製造生產有關的資料，都可存於資料伺服器 (Data Server) 內。所有的使用者共享同一個存放於資料伺服器中之最新資料，達成資源統合共享，並幫助我們去追蹤在設計、製造、銷售、以及售後服務與維修過程之中所需求的大量資訊。 PDM又可被稱為工程資訊管理(EDM: Engineering Data Management)，文件管理(DM: Document Management)，產品資訊管理(PIM: Product Information Management)，技術資料管理(TDM: Technical Data Management)，或是技術資訊管理(TIM: Technical Information Management)以及圖像管理(Image Management)等。PDM是以上所有名稱之中，最廣為被使用的名稱。 以管理模式來分類，產品資料管理系統可概分為四大管理模組：文件 (檔案) 管理 (Data Vaulting/Document Management)，流程管理 (Process/Workflow Management)，產品構型管理 (Product Configuration Management)，整合界面 (Interface)。 文件管理系統：管理系統中所有文件檔案。不過並不需要將所有的資料均放在同一機器上，可以透過網路做分散的存放以增加效率。 流程管理系統：管理各種於企業內現行之工作流程。定義出標準作業流程，流程種類涵蓋設計流程、製造生產流程、工程設變流程等，即與產品壽期有關之流程。經過設定後，PDM系統之管理者會自動執行，各用戶透過信箱訊息即可得知所要遂行之工作項目。 產品結構與資料管理系統：管理產品相關資訊，產品開發經理將產品作大項及細項零件，即將此一產品零組件關係結構置於資料庫中，任一具權限之使用者皆可即時查詢到與產品相關之訊息。產品設計工程師將一天從事設計之結果回存至資料庫中，將可使產品設計之圖面、規範文件與產品結構連結 (依先期設定)，各其它使用者就可自資料庫中，取得最新且一致化的產品資料。 導入PDM最重要的目的，在於改善和彌補過去工程單位因未能進行有效的統一管理，而造成與其他單位在資訊的傳遞上所出現的斷層現象藉由這項系統的導入，使各相關單位能在整合的資訊環境下，共享一致性的企業訊息。並且，PDM的導入將促使標準作業程序 (SOP，Standard Operating Process) 的執行更徹底，加速產品上市時間，減少人力、工時、物料的浪費，提昇整體生產獲利。 |
