當然，標題很響亮，但是內容沒有這麼厲害
主要的原因是，工業4.0是一個很大的框架
他並不是指一個系統、或演算法、或科技技術等
工業4.0是一個比起3.0更大的哲學
上幾張圖，感受一下
簡單來說，對於多數的製造業組織，營運技術(operational technology, OT)與資訊科技 (Information technology, IT) 都是共存但分開作業，之間的藩籬造成了資訊不對等，使數據的應用效率低落，整體的製造效率仰賴片面的生產線感測資料。
為突破系統之間的藩籬，更蒐集了內外部的所有資訊，集合成平台，透過演算法及應用工具使IT/OT之間的數據耦合，行程自主認知、自主決策與自主回饋，對內部和周圍可能發生的任何變化更能適應、更靈活地反應。
工業4.0不是一個工廠內的課題，而是一個產業鏈的結構，並且與傳統產業鏈不同，是一個整合與融合後的產業生態體系。從企業、人、產品、流程之間的互相交錯的所有記錄(數據)，形成一個能自我認知、自我決策及自我改善的循環。
目標是製造 本身的價值化，根 據生產流程的狀況改變 自動進行調整，並產生洞察。不過數據從哪邊來、除了從設備本身感測之外，有很重要一部分，是從既有的製造作業流程中取得。
換句話說，不像是工業3.0，主要的工作是把機台換成自動化的機械，工業4.0在乎的是大數據結合人工智慧的應用，從數據裡面挖出金礦。所以，公司現有的作業流程系統，包含ERP、PLM等等，變成是重要的整合角度，雖目標整合、但並不是把他們都放進同一個地方而已，其中重要的是保留這些系統的邏輯、並且增加公司對於數據萃取應用的彈性
這一篇，主要是要探討這些系統是什麼、他原有的邏輯是什麼，最後，再提一下這些系統整合的角度、看法。不過因為我本身也不是工業4.0的專家，只是有機會碰觸到皮毛，希望這篇整理能對初步認識工業4.0的朋友有所幫助。
＊此篇主要為網路資料蒐集整理
本篇主涵蓋之系統為ERP/MES/PLM
ERP, Enterprise Resource Planning
企業資源規劃
整合企業各內部門的工作流程，統一內部資料處理程序即時反應企業內部資源使用狀況，提供企業決策之參考，屬於企業用的『整合型資訊系統』。
整合哪些系統？
財務管理、人力資源管理、生產製程管理、供應鏈管理
ERP 系統的終極目標是整合企業的產（生產）、銷（配銷）、人（人力資源）、發（研發）、財（財務會計）等各部門的工作流程及資訊，透過 ERP 系統能有效協助企業建立流程、制度、規範、減少人工作業重覆性，確保企業的 TQC（交期、品質與成本）控制，優化營運管理機制，從而提高企業核心競爭力。
先插段歷史
最初還沒有ERP時，製造業開始規劃如何管理時，是從”Material Requirement Planning”開始，也就是物料需求規劃。
MRP物料需求計劃的理論基礎，就是以生產產品的用料清單(Bill of Material，簡稱BOM)及生產與採購的前置時間，以及原物料的採購及生產為基本條件，來規劃何時該採購？何時該生產？採購多少數量？生產多少數量？
然而，生產流程的彈性大，經常的抽單、插單，造成公司的管理上多變與複雜(例如資料輸入不夠即時、或庫存不準確)，所以傳統的MRP系統因為是全系統運算，則會因為電腦資料的輸入不即時，而算出不準確的資料
MRP是以計畫時間內，料件在每一個時間（通常為天）的供需平衡狀態，來計算每一時間的需求計畫；其計畫量無法追蹤需求來源（訂單或製令工單）。因此當訂單取消或變更異動時，企業就必須重新執行MRP以確保每一計畫週期的供需無虞。
所以就有LRP的產生(Lot Requirement Planning, 批次需求計畫)，是假設前提為企業依據訂單生產。其所生產及採購的商品及原物料，都需要追朔訂單來源。故當訂單變更時，該訂單連動的採購料件及工單生產計畫都必須跟著有效的連動。
但是只計算物料並不夠，製造流程所影響更多，所以再來就是MRP(Manufacturing Resource Planning, 製造資源需求計劃)，將機器設備 & 人工的產能資源納入有效規劃與控制。另外，因為資源有限，所以會搭配CRP(Capacity Requirement Planning, 產能需求規劃) ，可先依產能計劃，再來執行MRP計劃 ， 這樣就能將設備產能跟用料計劃互相有效結合
1990年左右美國Gartner Group Inc.諮詢公司首先提出 ERP，把製造資源觀念擴展到企業整體的資源管理 ，包含財務、行銷、人事、人力資源整合及研發等。
最基本的流程是這樣
然後就一個系統串一個系統…變成…(每間廠商的ERP不盡相同)
大概像這樣，另外也提一下世界數一數二大的SAP ERP系統
很多號稱ERP的企業是沒有那麼多模塊的，可能只是其中的一部分，又或者是比較綜合又簡單的單線流程類。其實上圖很難看出這個系統有多龐大，因為核心的內容都在展開的明細中。
MES
MESA協會(Manufacturing Enterprise Solutions Association)成立在美國的非營利組織，推廣製造與資訊系統等相關知識平台提供者，藉由分享先進技術與產業知識，來協助企業達到商業目標。
MESA對MES的定義強調了MES是對整個生產線製造過程的生產資訊細化匯集與及時提供生產訊息，而非為了解決單一生產瓶頸。
從資訊系統的角度來看，首要條件是觀察使用者的需求。也就是從使用者的角度來觀察，需要哪些資訊、如何呈現？
- 生產過程中，作業員需要怎樣的資訊系統？
- 生產過程中，設備維護工程師需要怎樣的資訊系統？
- 生產過程中，製程工程師需要怎樣的資訊系統？
- 生產過程中，製造部主管需要怎樣的資訊系統？
- 生產過程中，廠長需要怎樣的資訊系統？
- 自動化流程的目的、類別，及資訊系統的角色？
MES必須能夠提供即時生產線在生產過程各種生產資料的功能，並做出相應的分析和處理。並且，在生產管理的排程計畫和整體管理資訊能夠進行資訊相互溝通與交互，藉此能夠提供工廠整體持續性的生產管理訊息。
一個完整的MES系統需要包括在生產線執行的所有關鍵功能。如生產線實際生產工序、BOM、MRP、MPS、標準工時以及詳細生產排程計畫、文件控制、生產數據採集、人員管理，品質管理，生產流程管理，生產異常管理，設備保養與維修，產品跟踪和履歷，生產績效分析。
MES 系統的導入有助於以下問題的改善或者解決 :
- 資料未有效的利用
- 現場有過多的文件
- 現場有過高的在製品存量
- 不合理的作業程序
- 未整合的應用系統
- 生產問題不能即時反應給相關人員
- 沒有足夠的資訊以供決策
- 過高的品質成本
- 不足的追蹤能力
- 現場的料帳不符
總結而言，使用MES的好處包含預期基本獲利能力，提升即時交貨和產品品質、減少製造週期時間、消除重複數據輸入時間、降低生產線換班之間的文書工作、降低生產線規劃過程、改善客戶服務、降低設置成本，及更可靠和精確的生產排程計畫。
來看一下，現行的MES架構，與ERP一樣，每間廠商都有各自不同的流程邏輯，並且都是需要再客製化的。不過大致上的邏輯不會相差太遠，核心主要是設備管理、現場監控、流程、品管、警示，介接到ERP、報表等模組。
另外，也提一個相當重要的PLM
產品生命週期管理系統(PLM, Product Lifecycle Management)，從字面上來看，綜觀產品的上、下游，舉凡需求、規格、研發、設計、工程、製造、銷售、服務與維護，每一個階段所衍生出來相關資料，都在 PLM 的管理範圍內。而從技術觀念而言，在企業內所有與產品相關的資料，以及與這些產品資料相關的作業，經由資訊系統做有效的整合性管控與運作，此即為 PLM。
產品研發是企業競爭命脈之所繫，但往往也是管理上的死角，如果能隨時掌握產品研發的各項資訊，如各研發專案的進度統計、各派工及產出完成率、延誤率、…等，則可針對各項執行缺失，進行支援或糾正，縮短產品上市時間、降低工程變更成本、妥善管理研發成果，大幅提升產品研發的效率及品質。
PLM 的定義
廣義來說，從全企業的角度來談產品資料(Data)的管理與其作業程序(Process)的管理，也就是 PLM 是一種概念或方法，協助企業管理 Data 與其 Process。若從狹義上來講，指研發至工程規劃領域之應用，強調在 R&D 與工程作業階段如何有效的整合管理產品資料(藍圖/文件)與作業流程(工程作業程序執行)，同時探究如何整合後端之 ERP 、 MRP、MRPII 系統及 SCM 、CRM 系統。
PLM 的範圍
PLM 的涵蓋範圍，由傳統 PDM 延伸，重視產品的生命週期，增加綜觀全局的專案管理(PM, Project Management)，統合企業內各相關資訊，更可將統合後的資訊，提供或整合至與客戶間之協同作業或資料交換的平台，擴大 PLM 的涵蓋範圍及運用。
利用 PLM，研發專案的管理透明度能夠大幅提昇，提高研發部門的效能，研發過程透過流程管控，可以保障研發品質，透過系統料號管理，品名規格料號不再重複且方便 RD 查詢，所有物料需求表 BOM 及承認書等文管中心 DDC 存放的文件都可以集中電腦管控並提供隨時查閱，可同步整合 ERP 資訊，使企業快速因應客戶需求變更與市場變化，達到 Time to Market & Time to Volume 的國際競爭優勢。
那最後，這些系統怎麼樣co-work?
在工業4.0的架構中，生產系統的逐漸細化並不意味著未來的工廠規模就會縮小，生產系統的控制會設計的更加詳細，從生產計劃和管理的角度來看，小生產單元的優勢在於靈活性更高，且更容易優化局部的生產。
智慧製造的其中一個特徵是可重新配置生產系統，它將對相關生產系統的屬性及參數進行改變。要符合實際的生產控制通常需要不斷更新數據信息，包括現有資源、資源的當前特徵以及今天和未來的訂單情況。
挑戰之處在於：在生產製造和計劃單元要求不斷細化的情況下，把企業層的（如ERP）和生產管理層（如MES）之間的各資訊接口進行整合。ERP系統控制企業範圍的行政管理和商務流程，ME系統則與生產線緊密相關，用於持續優化生產、記錄生產過程信息與技術參數。
數據包括時間和數量、質量、機器和設備狀態、故障及其原因，這些資訊反映的是生產系統的狀態，反過來再對ERP系統中的生產計劃產生影響。
我們希望 ERP和 MES系統之間的界限在工業4.0環境下會不斷淡化，企業層會不斷地整合到製造管理中。MES 系統能非常精細地管理生產過程，根據單個系統組件提供的功能，與ERP系統的整合存在多種方式。
整合的目標是對製造業務流程進行梳理和改善，透過流程把MES和ERP整合，基於流程在MES和ERP之間的資訊「進、出」來設計兩個系統間的API接口。使ERP與MES一起構成計劃、控制、反饋、調整的完整閉環系統，通過API進行計劃、命令的傳遞和回饋接收，使生產計劃、控制指令、輸出資訊在整個ERP、MES、過程控制系統、基礎自動化的體系中透明、即時、順暢地交互傳遞。
而實現MES與ERP的整合關鍵，在於業務流程的優化和整合以及對所涉及MES和ERP系統的具體分析以充分發揮各系統的長項。首先，資訊系統都是為了改善製造業務，MES和ERP各自解決一部分業務問題，分別反映一部分業務流程，流程是MES與ERP整合的「黏合劑」，透過流程的整體優化劃分出哪些流程在MES中處理、哪些流程在ERP中處理。
需要注意的是，不管MES還是ERP，都有各自實現之邏輯，在決定某功能的「歸屬」時，一定要保證該功能在所選系統中實現邏輯的完整性。
通常來說，相互協調的且根據具體應用要求量身定製的集成更具有優勢，能達成一個高度靈活、層級少且高效的生產系統。
舉例而言，假設今天將ERP與MES交換彼此數據，並在其之上建立『X』系統，結合雙方資料以進行下一步決策。我們可以這樣做：讓管理工廠設備維修保養、庫存管理等資訊的ERP系統，可以透過『X』產生的生產訂單、計劃訂單等資訊，送到管理在製品追蹤、生產過程管理的MES，同樣再透過『X』產生計劃訂單反沖或報廢等資訊，送回到ERP系統。
另外一個案例，若製造工廠決定從系統作業及管理變革兩個方向做改善，希望能將準交率提升到90%，MES系統此時就發揮作用，如預警資料通知可以透過Line或簡訊完成，生產資訊也改成用條碼掃描，而非人工輸入，生產進度、在製品異常警示等資訊都可即時呈現，並將ERP、設計交期系統及訂單系統串聯起來後。
更進一步的，可以參考下圖，可以集公司管理、作業、現場層面為大成
由智慧型網路連結物料、機械設備、生產線、產 品、物流網、生產鏈及客戶，使企業內部所有因素密切連結，企業間也能全方位密切合作，且可無限貼近客戶。
同時，生產與行銷等部門與系統軟體互動，挖掘使用在雲端平台的大 量數據，生成最符合客戶需求的產品設計與行銷方案，使企業由生產型製造轉型為服務型製造。
總結，幾項重點
- 工業4.0 涵蓋著跨領域、從廣到深的公司資源監控
- 運用智慧感測技術，從被動到主動的製造流程管理
- 資訊不只被整合、更要產出更有價值的應用
- 系統不見得需要重建，重點在開放API架構與聯網
- 邊緣運算、人工智慧、工業物聯網，缺一不可
- 從硬、軟到軟硬整合，消彌系統間/軟硬間的界線
＊此篇主要為網路資料蒐集整理，若有資料版權問題，請來信告知
weilihmen@gmail.com，謝謝
