自動化程度最高的領域是

當矽晶圓在台灣的半導體製造廠生產，用於多美元處理器時，整個製程從原始多晶矽開始，且從初始階段到最終步驟，全部無需人工干預。晶圓經過多個製程階段，這些階段皆由自動化技術在潔淨室中完成，該潔淨室的空氣潔淨度比醫療手術室高出一千倍。機器彼此通訊以同時完成工作。管理執行系統（MES）追蹤進展與進行中的製程。若有任何異常，系統能自動修正問題，無需人工工程師介入，並將事件記錄於資料庫中。技術的預測性維護功能允許在機器停機時間安排維護工作。這代表目前可能達到的最高自動化水平，超越簡單的機器人技術，因為所有操作面向緊密整合於一個單元。了解此等級的樣貌與意義，有助於理解當今世界存在的自動化類型，以及其在各類產品生產過程中的應用價值。.

摘要： 生產中最先進的自動化等級是完全整合、數據驅動且自我優化的工廠，通常稱為工業4.0或無人化製造。在此類工廠中，從原材料到成品經過測試與認證後出貨的所有流程，皆自動化、互聯並由多層軟體控制，包括用於機器層級操作的PLC與SCADA、用於生產線流程的MES（製造執行系統）以及用於企業活動的ERP（企業資源規劃）。.

最高自動化等級的樣貌：完全整合、自我優化的工廠

這 最高自動化等級 在製造業中並非單一機器或單一軟體平台，而是一種架構——一套協同運作的技術堆疊，將客戶訂單轉化為出貨產品，且人為介入降至最低。該架構包含三層，每一層皆不可或缺，方能使工廠達到最高運作水平。.

第一層：物理自動化——機器、機器人與物料搬運。. 在最高運作層級中，所有能自動化的活動皆已實現自動化。正確的觀點是，生產線不僅僅是多個半自動化工站之間以人工轉移的方式，而是一個連續流程，產品透過輸送系統或類似設備從一個位置移動到另一個位置。工站執行與一個或多個複雜工序相關的操作，如組裝、焊接等，且無需工人裝卸零件。機器不屬於單一類型：它們具備彈性，能處理多種產品。機器內安裝有不同裝置，例如馬達和感測器，用以回報裝置狀態。對於製造電氣保護應用裝置的公司而言，第一層還包括用於組裝和測試微型斷路器（MCB）、塑殼斷路器（MCCB）及接觸器的生產線。 MCB自動裝配線 一個整合零件供應、組裝、校準、測試、標記及分揀於單一連續流程中，每幾秒生產一個校準且認證的斷路器的系統，是最高層級所需物理自動化的範例。欲深入了解整合於這些生產線中的測試工站，請參閱我們的指南。 何謂 MCB 自動測試線 說明每個單元必須執行的校準、磁脫扣及高壓測試。.

第二層：資料與控制基礎設施—監控控制與資料擷取系統（SCADA）、製造執行系統（MES）、數位線索。. 工廠設備產生大量有用資料—製程參數、品質資料、錯誤代碼、能源使用及週期時間。最高自動化層級需追蹤所有這些資料點，提供製程背景，並將其供系統及使用者使用。SCADA系統設計用於即時追蹤來自PLC、驅動器及機器感測器的所有資料，提供工廠概況並通知操作員警報及異常。MES運作於SCADA之上，負責管理生產訂單，推動每個特定項目沿生產線前進，記錄單元的製程資料及品質資料。MES能追蹤所有認證及保固所需資訊—每個離開工廠的斷路器都能顯示其校準資訊、測試結果，以及製造該斷路器的機器、操作員及原材料資訊。企業資源規劃（ERP）系統建立於MES之上，負責管理訂單、庫存、供應鏈及財務。來自 麥肯錫公司 的數位製造研究指出，這種垂直整合是工業4.0所承諾的生產力、品質及彈性提升的最重要推動因素。.

第三層：智慧與自主—預測分析、人工智慧與閉環控制。. 最先進的自動化層級不僅提供事件發生的資訊，還能預測未來發展並根據預測自動採取行動，無需人工指令。例如，預測性維護演算法監控關鍵主軸或機器人關節的振動特徵、馬達電流和溫度等參數，並在元件故障導致非計劃停機前，於下一次預定停機期間安排維護。由人工智慧驅動的視覺系統以生產線速度控制每件產品的品質，捕捉規則基系統無法檢測的缺陷，並學習識別新出現的缺陷類型。閉環製程控制演算法監控品質參數的水準，例如熱跳脫單元的校準或焊接接頭的品質參數，自動調整製程變數，使輸出保持在規範範圍內，無需製程工程師介入。在此層級，人類的角色不再是操作機器、檢查產品或記錄資訊，而是管理例外狀況、調查系統無法診斷的案例，並做出必要的生產決策。 國際機器人聯合會（IFR） 以及 Deloitte 已有文件記錄人工智慧驅動的品質檢驗與預測性維護的日益普及，趨勢明確：最高層級的自動化是工廠能夠學習的層級。.

自動化金字塔：從手動到自主的五個層級

這 製造中的自動化層級 通常被描述為金字塔，最簡單的層級位於底部，最高層級位於頂端。下表總結了五個層級、各層級的主要特徵，以及各層級通常適用的產業與產量。.

工業4.0框架與自動化金字塔

自動化水平框架在少數其他框架中可見，但最常見的是由德國科學與工程院（acatech）等機構開發，並被全球不同製造商與顧問公司採用的工業4.0成熟度模型。工業4.0可定義為從工業1.0（機械化、蒸汽機）到工業2.0（大規模生產與電力）及工業3.0（電腦與PLC發展以自動化部分流程），最終達到成熟度模型的最終階段，即完全自主且數據驅動的生產系統。本指導所闡述的自動化水平，從0級（手動）到4級（自我優化），符合此模型，使製造商能理解其在提升生產過程中的當前位置及目標。從實務角度看，金字塔自底部建構，不同類型的機械置於底層，接著是包括PLC與SCADA系統的各種控制系統，再來是MES，最終達到ERP系統階段。無法僅購買一台機器即達到4級，必須經過所有階段且自動化架構各層間無誤通訊，因此製造商需至少從一個流程自動化開始。例如，在此初期階段，製造商可開始自動化一個品質關鍵流程，如校準或測試。Benlong Automation在其所有製造流程中實施的原則是，所有設備包括PLC設備、HMI及通訊應相容並協同運作，以使製造商能實現完全自動化生產系統。.

常見問題解答

何謂高階自動化？

製造中最高程度的自動化體現在被稱為工業4.0或無人化製造的整合、數據中心及自我優化工廠。此自動化使生產流程完全自動化，數據垂直流動從感測器至ERP，並在流程步驟間水平流動。資訊技術驅動的分析能預測故障並執行例行任務，無需人工介入。然而，人類角色為策略性，即處理例外、提升系統及做出自動化系統無法涵蓋的決策。.

自動化的層級有哪些？

製造中的自動化等級被視為一個包含五個層級的序列：第0級（手動操作）、第1級（半自動化單元—過程在機器協助下進行，但物料需手動處理）、第2級（全自動化生產線—過程及物料處理由機器完成，且針對單一產品安排）、第3級（整合且靈活的自動化—多條生產線透過生產監控系統及自動化物料處理系統連接成網絡）、第4級（自我優化及自我管理的自動化—整個工廠整合、智慧且幾乎自我調節）。.

什麼是第4級自動化？

第4級自動化代表最完整的自動化形式，即具備預測能力及自我優化的工廠。所有物料處理及生產過程皆實體自動化；數據在垂直及水平層面完全整合——從感測器到ERP，從供應商到客戶；採用基於人工智慧的演算法進行預測性維護及閉環過程控制。其結果是一座可在無需人為介入的情況下運作的工廠，人員僅需負責策略監督、問題修正及持續改進。.

什麼是第3級自動化？

第3級自動化指的是互聯且靈活的智慧工廠。在此類工廠中，不同的自動化生產線透過中央製造執行系統（MES）結合，該系統負責執行生產訂單、監控工作並標記每件產品的品質資訊。這些生產線能透過更改配方切換至任何產品變體。自動物料處理則透過自動導引車（AGV）、自主移動機器人（AMR）或工廠內的自動物料儲存系統實現。完全整合的工作流程允許從感測器到MES再到ERP系統的各層級數據獲取。第3級工廠自動化通常應用於汽車、醫療設備及發電行業。.

參考文獻

• acatech — 工業4.0成熟度指數. 德國科學與工程學院用於評估及推進製造商自動化及數位整合水平的框架。.
• 麥肯錫公司－數位製造和工業4.0. 針對垂直及水平數據整合對生產力及品質的影響，以及工業4.0技術（代表最高自動化層級）的投資回報率進行研究。.
• 國際機器人聯合會（IFR）— 世界機器人報告. 按產業及國家分類的年度機器人安裝數據，包括代表自動化金字塔高層級的靈活及整合自動化採用率。.
• 國際自動化學會（ISA）— ISA‑95企業與控制系統整合標準. 定義工廠現場與企業系統間垂直整合架構及數據模型的國際標準——此架構為最高自動化層級所需。.

自動化的巔峰發生在工廠中，機器、應用程式、數據與流程不僅僅是相互連接，而是完全整合，客戶訂單能在 ERP、MES 與生產過程間輕鬆流轉，每件產品的每項品質相關數據都與其序號關聯，並可在產品整個生命周期中隨時使用，偏差能在人工操作員察覺變化之前被識別、判定並修正。達成此層級需要大量投資。這只能透過從基礎開始構建自動化金字塔實現，從對品質關鍵的流程進行物理自動化開始，接著提供連接機器與 MES 的數據基礎設施，並利用智慧機制、人工智慧、預測分析、閉環控制，使工廠自我優化。此過程由電氣設備製造商啟動，利用半自動校準工作台或組裝單元，並可逐步應用於其他流程，只要生產量適當、有足夠數據證明投資回報率提升，且具備使用技術的經驗。Benlong Automation 提供構建自動化金字塔所需的各類機械，從獨立及半自動設備開始。.