工廠自動化該怎麼做？企業必看自動化生產與設備製造指南！

工廠自動化（Factory Automation）是指利用控制系統、機械裝置與資訊技術，將生產流程從「人力操作」轉型為「機械自主運行」的過程。這不僅是單純購買機械手臂，更涵蓋了從感測器、PLC控制到自動化設備製造的完整系統整合。對於正面臨人力短缺、品質不穩及生產效率瓶頸的製造業而言，轉型為自動化工廠已是必然趨勢。然而，導入過程涉及技術層級、成本評估與設備選型，本篇指南將深入解析工廠自動化的架構、種類與關鍵設備，協助企業精準佈局自動化！
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工廠自動化 5 大層級架構（Automation Pyramid）

要打造成功的自動化工廠，不能只看單一設備，必須了解國際標準ISA-95定義的「自動化金字塔」架構。這有助於企業釐清目前的自動化程度處於哪個階段，以及下一步該投資什麼技術。   

• 第一層｜現場層：這是自動化的感知基礎，包含感測器（Sensors）、致動器（Actuators）與馬達。它們負責收集現場數據（如溫度、壓力、位置）並執行動作。
• 第二層｜控制層：大腦核心，主要由PLC（可程式邏輯控制器）與CNC控制器組成。負責接收現場層的訊號，並根據預寫的程式邏輯發出控制指令，是自動化設備製造中最關鍵的控制單元。
• 第三層｜監控層：透過SCADA（資料採集與監控系統）與HMI（人機介面），讓操作員能在中控室監控整條產線的狀況，進行遠端啟停或異常排除。
• 第四層｜規劃層：使用MES（製造執行系統）來管理生產排程、追蹤工單與品質紀錄，是連接現場與管理層的橋樑。
• 第五層｜管理層：最頂層的ERP（企業資源規劃），負責整合銷售、採購、財務與生產資訊，實現智慧製造的決策管理。

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工廠自動化有哪些優點？

隨著工業4.0的革命崛起，工廠都開始陸續轉型，勞動力短缺成為製造業目前最大的威脅之一，而工廠自動化被視為解決這一問題的理想方案！除了這個顯著的優勢，在現代製造業中，自動化也帶來了眾多優勢：   

• 解決人力短缺：自動化系統可以減少對人力的依賴，降低人力成本，還能減少因人為疲勞或疏忽引起的生產問題。
• 降低長期成本：自動化工廠能實現24小時的連續運作，產能遠大於人力。長期來看，成本僅剩保養與維修，無須支付高昂的加班費與人事管理成本。
• 確保品質最佳化：自動化系統透過即時監控與異常代碼反饋，能將產品的一致性與良率維持在最高水準，大幅減少人為誤差。
• 提升市場競爭力：通過降低成本、提高效率和提供高品質的產品，工廠可以在市場上取得價格與交期的競爭優勢。
• 靈活適應市場變化：特別是透過「彈性自動化」技術，機械手臂可更換夾爪或工具，快速適應不同產品的換線需求。
• 提升作業安全性：將危險、高溫、高噪音或重複性極高的工作交給自動化設備，能顯著降低工傷風險，符合現代ESG企業治理要求。

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常見的 3 種工廠自動化生產模式

在由傳統製造轉向自動化工廠的過程中，評估生產模式是至關重要的一步。根據產量與多樣性的不同，自動化可分為以下三種類型，企業應依據自身需求選擇合適的技術： 

 

1. 固定自動化 (Fixed Automation)

又稱為「硬自動化」，適用於單樣大量生產。設備是為了特定產品或製程專門設計的，例如汽車組裝輸送帶或專用機。 
特點：生產效率極高、單位成本低，但設備缺乏彈性，一旦產品變更，設備重建成本高昂。 

 

2. 可編程自動化 (Programmable Automation)

適用於批量生產。生產設備（如CNC工具機、機械手臂）可以透過修改程式來生產不同規格的產品。
特點：具有一定的靈活性，但切換產品時需要停機進行重新編程和硬體調整（換刀、換夾具），適合中等批量生產。
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3. 彈性自動化 (Flexible Automation)

又稱為「軟自動化」，是現代智慧工廠的主流，適用於少樣多量生產。透過高度整合的控制系統，設備可以自動切換程式和工具，幾乎無需停機。 
特點：能快速應對市場變化，實現客製化生產，但初期系統整合的技術難度與成本最高，依賴先進的自動化設備製造技術與軟體支援。
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自動化工廠的核心：認識 4 大類自動化設備

談到自動化設備製造，許多人第一時間只想到機械手臂，但其實一個完整的自動化系統是由多種設備協同運作的。以下是構成自動化工廠的四大關鍵設備：
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（手機版表格可左右滑動）

 

如何進行工廠自動化？跟著 8 大步驟走！

在導入自動化之前，建議先從簡單且能夠帶來前期效益的方案著手，逐步改造整個工廠。以下將按步驟介紹工廠自動化的過程：

 

工廠自動化步驟一、確認工廠自動化的需求與目標

仔細分析生產流程，確定自動化的痛點。例如，是為了提高產能、降低不良率還是解決缺工？目標最好具體可量化，如：提高生產率10％、降低不良率5％。
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工廠自動化步驟二、初步評估生產模式

確認是屬於「單樣大量」還是「少樣多量」，這將決定你要採購固定自動化設備，還是需要高彈性的機械手臂系統。 

 

工廠自動化步驟三、挑選自動化技術與設備

根據預算選擇技術，包括機器手臂的型號（考慮精度、負載、速度）、感測器類型以及整合軟體。 

 

工廠自動化步驟四、挑選自動化設備製造或整合廠商

許多企業主不具備自動化專業，因此選擇一家有經驗的「自動化設備製造商」或「系統整合商（SI）」至關重要。優質的夥伴應提供從規劃、3D模擬、安裝到售後異常排除的一條龍服務。
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工廠自動化步驟五、自動化系統設計與模擬測試

在實際安裝前，透過軟體進行「虛擬投產（Simulation）」，模擬機械手臂的動作路徑與生產節拍（Cycle Time），這能大幅降低現場安裝時的錯誤風險與修改成本。 

 

工廠自動化步驟六、培訓工作人員

硬體到位後，人員的「軟實力」必須跟上，選擇提供完整課程（含程式撰寫、異常代碼排除）的廠商，能避免工廠自動化後因人員不會操作而停擺的窘境。飛那達提供完善的異常代碼查詢服務，確保技術無縫轉移。
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工廠自動化步驟七、實際上線與持續監控

上線運營後，持續透過感測器收集數據，進行預防性維護（Preventive Maintenance），防止突發性停機影響產能。 

 

工廠自動化步驟八、評估投資報酬率 (ROI)

自動化導入是否成功，最終看的是ROI。雖然一般市場標準為2-3年回本，但若規劃得當，部分高效率的自動化單元（如簡單的取放料或塗膠）甚至有機會在1年內達成100% ROI。 

 

導入自動化工廠可能面臨的 3 大挑戰

除了看優點，誠實面對挑戰才能降低失敗風險。根據業界經驗，企業轉型自動化工廠最常遇到以下困難： 

• 初期建置成本高昂：包含軟硬體採購、系統整合與廠房改造，對中小企業是筆大負擔。建議可善用政府補助或選擇租賃方案緩解資金壓力。
• 人才技術缺口：現有員工可能不熟悉如何操作或維護新設備。這需要企業投入資源進行培訓，或尋找提供完整售後教學的供應商。
• 資安風險：隨著工廠聯網（OT與IT融合），遭遇網路攻擊的風險隨之增加，需在自動化架構中同步規劃資安防護。

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工廠自動化，這樣評估成本準沒錯

機械手臂與自動化設備製造技術日益成熟，售價已較十年前大幅下降。但在實施前，務必進行全面的成本評估： 

 

設備採購與客製化治具

除了購買本體，別忘了「末端效應器（夾爪）」與周邊治具通常需要客製化設計，這部分費用約佔硬體成本的20-30%。
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軟體整合與系統串接

單買硬體無法運作，需要投入成本在PLC程式撰寫、視覺系統調校以及與現有MES/ERP系統的串接。
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人員教育訓練

這是最容易被忽略的隱形成本。預留預算讓員工參與原廠培訓，能大幅降低上線後的摸索期與停機損失。 

 

工廠自動化注意這 3 大事項

工廠自動化是一個複雜的項目，需要仔細的計劃和執行。以下整理三個注意事項，幫助你選擇適合的合作廠商： 

 

完善的需求分析與3D模擬

不要憑空想像。透過精準的需求訪談與3D影像模擬，能預先看見自動化後的真實場景，避免設備買來卻發現空間不足或動線衝突。 

飛那達提供免費的企業端客製化3D影像模擬，不僅有助於提高窗口間的溝通效率，還能以零落差、高精準的方式，呈現機械手臂導入自動化後的運作狀況。
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選擇適合的技術和供應商

不同的應用場景（如焊接 vs. 組裝）需要不同的自動化設備製造專業。選擇供應商時，除了看產品性能，更要評估其「售後服務」與「異常排除能力」，這直接關係到產線未來的穩定性。
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持續監控和改進

自動化不是一次性的任務。實施後需定期收集數據並進行分析，以發現瓶頸。同時，系統應保留擴充彈性，以應對新產品的引入或生產需求的變更。
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工廠自動化的專業幫手

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