从数字化到智能化:华硕AIoT推动智能工厂的探索与案例分析

工业 4.0 促进了精确生产和快速灵活的变化。它加速了制造业智能制造的进步。如何将传统工厂转变为智能工厂？从数字化到工业4.0，工厂必须经历六个阶段，即计算机化、连接性、可见性、透明度、预测能力和适应性，以开发智能大脑并成为智能工厂。

01、迈向工业4.0的六个阶段

图1：从数字化到智能化——智能工厂将经历六个阶段

数字化是使工厂智能化的第一步，其中计算机化和连接性至关重要。只有将设备接入网络，通过物联网、工厂系统、制造执行系统（MES）收集生产数据，才能充分了解工厂的设备状态。

然后，工厂进入工业4.0智能化进程，将工厂设备的数据可视化并使其透明化，以帮助工厂经理了解设备运行和事件原因。预测能力是指使用 AI 分析工厂设备数据，以生成见解并提前预测设备健康状况和潜在问题。最后一个阶段，适应性，结合人工智能、大数据和数字孪生，通过数据分析、数据治理和决策支持实现自主响应，实现自我优化的最终目标。

02、利用人工智能构建智能工厂的两个阶段

图 2：华硕物联网分两个阶段开发智能工厂，以创建数据驱动的分析功能

华硕物联网将智能工厂的六个阶段分为两个阶段：

第一阶段 - 智能工厂 1.0：通过连接设备控制层和现场管理层，实现自动化和数据化。建立智能基础设施，通过物联网和工厂监控部署设备控制层，构建具有无弹性需求应用系统的现场管理层，以运营设备和生产线并收集数据。

第二阶段 - 智能工厂2.0：聚焦构建数据驱动的架构和分析能力，引入AI和预测分析，加速工厂智能化。更具体地说，通过梳理流程垂直整合 IT 和 OT（运营技术）系统，集成智能工厂流程，构建制造运营管理系统，并创建服务和数据平台，作为未来为 AI 工厂开发数字孪生的基础。

03、智能工厂系统架构，迈向下一代工厂

华硕在建立华硕物联网时秉承实用主义的核心理念。华硕在新北市树林区打造AI示范工厂，将物联网与M2M（机器对机器）融合，引入AI解决方案，推出全面的工业4.0解决方案。通过这些解决方案，华硕希望通过这些解决方案提高生产质量，降低成本，创建智能、数字化和可持续的下一代工厂，并增强供应链弹性，以帮助制造业通过AIoT更快地转型。

图3：华硕物联网设计的智能工厂系统架构的关键突破是设备控制层、站点控制层和企业运营层之间的连接

华硕物联网为全新AI驱动的示范工厂设计的智能工厂系统架构，将AIoT分为四层，即设备控制层、现场管理层、企业运营层和协同商务层。采集大数据的关键突破口是设备控制层、现场控制层、企业运营层之间的连接。下面介绍三层的系统架构：

1、设备控制层：通过设备传感器、PLC（可编程逻辑控制器）和网关，收集生产设备、工厂设备、智能仓库、人脸识别门禁系统、自主移动机器人（AMR）、能源管理、手势识别等相关信息。

2、现场管理层：将信息发送到现场管理层，包括将生产设备数据采集到机器网络中，将工厂设备数据发送到工厂监控系统，然后通过网络将这两个系统的数据发送到中央监控管理平台。

现场管理系统、AR眼镜系统、3D设备可视化系统、AMR物料搬运系统以及使用机器学习AI系统开发的AI解决方案。AI解决方案包括：DIP波峰焊前的AI缺陷检测、包装工位AI缺陷检测设备、AR检测识别、设备预防性维护、智能调度减工。

3、企业运营层：打通站点管理层和企业运营层，连接IT和OT系统，构建数据和服务管理平台，驱动数字化分析能力，引入AI预测分析，让整个工厂智能化。

04、集成智能化，构建集中监控管理平台

AI示范工厂主板生产线包括SMT、DIP、组装、测试、封装五大类。

如何理解整个工厂的大数据，让工厂运营智能化？聪明的大脑是不可或缺的。华硕物联网与信波共同构建了一个集成化、智能化的中央监控管理平台，可以全面整合工厂、现场管理、企业运营等设备信息，连接机器、MES系统、工厂监控系统，实时采集数据，包括利用率、质量指标、人工指标、生产支出和成本等。以及劳动安全防护监控，并提供3D设备可视化，将实时数据和数据分析结果可视化呈现在工厂作战室的电视墙上，帮助工厂管理者实时做出管理决策，提高运营效率，降低生产成本。

图 4：位于台湾树林的华硕物联网 AI 演示工厂的 3D 顶视图。智慧大脑中央监控管理系统，整合了整个工厂的大数据

AI驱动的示范工厂已成为AIoT解决方案的实验场，包括预DIP波峰焊智能缺陷检测设备、主板封装缺陷检测设备、AR智能眼镜系统、人脸识别门禁系统、AMR物料搬运控制系统等。AIoT 解决方案首先满足了华硕集团内部物联网工业产品制造需求，现在正在扩展到合作伙伴、OEM 公司和外部客户。

华硕物联网自主研发了预DIP波峰焊智能缺陷检测设备、主板封装缺陷检测设备的软硬件一体化解决方案。为了快速生成新的AI缺陷检测模型，只需要一张无缺陷产品的照片，利用AI作为检测引擎。该过程需要根据 CAD 数据自动选择或手动选择要检测的组件，从而能够有效地创建模型。AI缺陷检测设备采用直观的人机界面，帮助用户减少操作失误的几率。此外，线扫描相机的使用消除了要检测的主板的尺寸限制，并自动获取产品生产序列号的信息。检测结果非常精确。也可以定制连接MES系统，记录产品在生产过程中的状态，使每个产品都有完整的生产历史。

05、预 DIP 波峰焊智能缺陷检测设备将 DIP 生产转换时间缩短 40%

工厂的手动插件过程需要用波峰焊机将电子零件焊接到主板上。过去，工厂在完成波峰焊过程后，必须建立一条额外的检查线，专门用于检查主板。如果检测到缺陷，工人必须手动熔化插件上的焊料并更换零件。在此过程中的高温会损坏零件和组装好的电路板，随着时间的推移逐渐导致许多生产质量问题出现。

其次，工厂过去使用基于规则的检测。工程师们经常不得不在生产前的一整晚对所有规则进行编程，以发现主板上的缺陷。编程至少需要三到五个小时，可以持续到天亮。

华硕物联网引入AI研发预DIP波峰焊智能缺陷检测设备，大幅改变生产工艺：

1. 防止缺陷产品通过机器：现在在焊接之前进行检测。AI缺陷检测全面检测插件是否存在缺陷，如缺件、极性错误、错位、错件等。AI 发现的错误在屏幕上用红色框标记，以便工人可以在将零件焊接到主板上之前修复错误。这样做可将废品率降低 14%。

2.使返工变得不那么复杂：所需的后机工人数量从3-5个减少到1-2个。

3、缩短准备周期：过去的准备时间缩短到15至20分钟，整体DIP生产线设置时间减少40%。

06、封装工位智能缺陷检测设备，PCBA一次合格率提高20%

在将主板封装成彩色盒子之前，CPU 插槽引脚和 PCBA 将在最终的封装站进行测试和检查。

过去，工人必须评估销钉是否正确对齐或断裂。工人也可能忘记将引脚的控制位置切换到发货状态。但是，在检查过程中，不可能手动逐个记录缺陷。此外，还有很多CPU插槽引脚，而且很薄。因此，在尝试修复缺陷时，弯曲销钉或让异物进入很容易。因此，如果消费者收到有缺陷的产品，很难确认生产过程中的哪个步骤是原因。

华硕物联网研发的包装站智能缺陷检测设备，可自动检测主板缺陷，防止不良品被包装投放市场。AI缺陷检测设备的引入，使维修站所需的人力资源量减少了50%，PCBA一次合格率提高了20%。详细的产品生产历史也提升了消费者体验。

07、融合虚拟现实的智能生产流程

华硕物联网还将AR智能眼镜系统引入AI示范工厂的生产中，呈现出融合虚拟现实的智能生产流程，帮助工厂工人实时了解生产过程信息。

AR智能眼镜目前有三种使用场景：远程协作、智能移动作战室巡逻和移动作战室显示屏上的实时信息。这些方案描述如下：

1. 远程协作：AR智能眼镜使工厂设备在疫情期间能够继续运行。当设备出现问题时，工厂工人可以戴上AR智能眼镜并打开摄像头。AR智能眼镜将图像叠加到现场，以便远程设备专家可以与工厂工人同步工作。他们可以从AR智能眼镜的角度了解现场和设备状态，并远程协作完成维修、检查、维护和培训操作。

2.智能巡逻：过去，工人必须携带笔记本电脑来检查设备并检查设备规格或参数记录。现在，员工可以解放双手工作。他们需要做的就是用AR智能眼镜扫描机器的二维码，中央监控和管理系统会将设备产生的实时数据投射到眼镜上，以便工人直接维修设备。这种新方法通过提高检查效率来改善机器巡检，确保生产线机械稳定运行。

3、生产线起点实时信息显示：工厂内每条生产线起点可放置可视化显示屏。过去，工人必须走到生产线的尽头才能看到信息。AR智能眼镜的优势在于，工人可以随时随地扫描二维码，生产显示器的信息将投射到眼镜上。工人可以实时了解生产状态和生产线指标，无需来回奔波查看生产线末端的显示，从而节省时间。

AR智能眼镜与中央监控管理平台连接，为工厂提供移动作战室，使工厂管理更加方便，因为工人可以及时了解生产线的生产信息和设备的当前产能，便于实时决策。

未来，华硕物联网希望利用AR智能眼镜来确认材料的进货、检索、装载和连接、组装和运输过程。

08、AMR 物料搬运控制系统可提高物料搬运效率

我们如何提高智能工厂小批量、多品种和频繁转换生产模式的物料搬运效率？华硕物联网开发了 AMR 和物料搬运控制系统，智能集成了 MES 系统和智能仓储。当MES系统发出工单时，智能仓储系统会自动准备物料，并通知AMR运输，实现流程自动化。

该系统使工人能够实时控制物料搬运任务，降低人工搬运错误率，提高物料运输效率，节省工人在智能仓储系统和SMT生产线物料准备区之间来回运输物料的时间。搬运所需的人力资源减少了一半，取回材料和卷轴所需的时间减少了 50%。它还将SMT生产线的生产率提高了20%，并将转换时间缩短了54%。

目前，华硕物联网已经完成了智能工厂1.0。未来，华硕物联网希望构建数据驱动的架构和分析能力，并将数字孪生与各种AI解决方案集成，以实现智能工厂目标，让工厂更智能。

华硕集团结合消费电子行业数十年的内部经验和资源，汇聚工控机相关子公司，与丰富的上下游企业形成对外联盟。华硕物联网将利用集团的分销、采购和制造优势，推动人工智能转型和数字弹性，推动行业迈向工业 4.0 转型目标。