工業4.0意謂著以智慧製造為導向的第四次工業革命，其最初的概念，旨在結合感測器、致動器、通訊網路等，使在物聯網(IoT)互聯架構下的虛實整合系統(Cyber-Physical System, CPS)，可水平整合供應鏈系統的價值創造、垂直整合工廠不同的管理流程，從而實現產品與生產系統的生命週期管理以及優化整體生產效能。隨著工業4.0概念的推廣流傳，更多樣的元素與技術被納入其中，概念也更臻多元完整。
然不論如何演進，其最重要的目的即為透過整合、技術與工具的導入，能夠有效地連結與實現從人員、機器設備、原物料、環境、作業方式、供應鏈、生產銷售數據等等的管理智慧化，以人機協作方式，透過連結製造相關元素、流程、數據，進行優化來提升全製造價值鏈之生產力及品質。以西門子(Siemens)在德國安貝格(Amberg)先進實驗工廠經驗推估，工業4.0化後的生產鏈可提高其生產價值至原先十倍以上，同時縮短20%新產品開發時間和降低50%的開發成本。
工業場域危機四伏 降低事故發生迫在眉睫
同時，因應工業場域可能存在各種的工安危險，現場端需要對危險區域工作人員的工作安全進行管理。根據市場研究(圖1)指出，2019年工業安全的市場規模達到33億美元，2024年預計增長至54億美元，期間的複合年增長率為8.6%增長的因素包括安全法規的要求、工業4.0以及工業領域的自動化日益增長，對人員和資產保護的安全系統的需求不斷增加。
美國學者韓立奇(Heinrich, 1931)更指出工安意外的直接原因(工安事故三角形)(圖2)，88%的意外是不安全的行為(例如未遵守標準工作程序、在工作中開玩笑、使用有缺陷的機具、採取不正確的工作姿勢、未使用個人防護具等)所造成，10%是不安全的狀況(例如廠商的安全管理缺失、環境缺失及人為疏失、抑或是工作場所不整潔、採光照明不良、高度噪音、警報系統不良、工具、機械或物料有缺陷等)所造成，剩下2%則是無法預防的因素所造成。
導入AR/MR技術 智慧眼鏡提高效率
現階段的工業場域，為保障員工的工作安全，作業人員在進入現場進行工作時，為確保工作安全、操作正確，常須要背負多項儀器設備或文件，不僅耗時費力也缺乏工作效率。也因此，企業希望透過運用擴增實境(Augmented Reality, AR)或混合實境(Mixed Reality, MR)技術的協助，降低工安意外以及提升工作效率。藉由導入AR/MR技術來串連工廠流程、協助員工作業，除了可以減輕員工負擔，提高人力資源的生產效率，也能夠達到優化整體生產之能力。
對於如何在工業場域導入AR/MR技術(圖3)，Gartner的研究總監Angela McIntyre表示：「透過智慧眼鏡搭配擴增實境(AR)，除了解放作業人員雙手外，也可幫助提升技術人員、工程師，和現場服務、維修、醫療、製造等產業人員的工作效率」。而市調研究機構Forrester Research更預估，2016年~2025年間，美國企業將花費超過300億美元購買智慧眼鏡硬體，且於2025年時，將會有超過1,400萬美國人口，在工作上使用智慧眼鏡，此約占整體工人數量的8%。
再者，產業界面臨的工作人口老化、職業訓練經驗傳承等痛點，亦可透過智慧眼鏡的語音指導、資訊疊合等方式現場予以工作上的協助與強化，減少員工上手的訓練時間。
根據美國勞工部的調查與估算，到2026年時，美國將有37%的勞工介於65~69歲，相當於四成的高齡勞工，而此數據在1996年時，僅有22%。採用科技導入減少高齡化缺工、經驗傳承不易等世代轉移的問題，將會是整體趨勢所在。圖4為Google智慧眼鏡和UpSkill與DHL、波音(Boeing)等公司實證研究指出，智慧眼鏡能提高工作效率的佐證資料。
目前，市面上已經進行商品化的智慧眼鏡，輕量化的眼鏡以Vuzix M300或Google Glass Enterprise為代表，而功能性的眼鏡則以微軟(Microsoft)的Hololens 2為代表(圖5)。儘管輕量化的眼鏡在運用上輕巧，但是礙於硬體限制，能提供的功能相對較少；而功能性的眼鏡，則是功能強大但卻笨重，相關比較見表1所示。
石化產業環境特殊 人為操作步步為營
以石化產業相關業者為例，透過導入智慧眼鏡輔助人員設備操作/維修，讓人員可以藉由「實際觀看」、「實際觸摸」、「實際操作」實體設備，了解場域設備的維修作業，避免操作流程繁瑣且在設備上無標示，導致操作人員容易遺忘操作流程或操作失誤的情況發生，將有助於提高人員的工作效率和縮短訓練時間。
舉例來說，石化產業的設備中約有80%以上的設備依賴泵浦作為輸送液體、氣體或特殊流體的心臟。因此，為了讓廠區作業能更有效率且安全，減少機台損耗，泵浦的保養以及維修工作是現場作業人員均須學習的操作項目。
然而，泵浦的拆卸過程繁瑣，相當倚賴拆卸人員的經驗與熟練度(圖6)。如果能在拆卸過程中，透過智慧眼鏡以混合實境方式在實體設備上標示操作位置、方向等虛擬輔助引導訊息(圖7)，就算是不熟悉設備操作的人員，也可以有直觀的操作教學並循序地引導每一個動作，大幅簡化指導新進人員維修機台、檢修設備或機器組裝時，必須由資深人員一對一或一對多進行陪同指導教學所需要的人力成本與時間投入。
此外，導入智慧眼鏡之後，除了輔助人員操作維修外，還可以遠程主控端即時動態標示人員操作時所需注意之訊息，以及目視檢查時應加強觀察的位置，減少應注意而未注意所造成失誤情形。如此一來，更能提高操作人員的作業精確度和減少人為操作失誤的狀況。
助力工業4.0發展 智慧眼鏡帶來質變
綜合以上分析可知，將智慧眼鏡導入工業場域，既呼應了AR/MR是工業場域面臨工業4.0發展趨勢下，有效且普遍的優先技術選擇，也能透過以混合實境疊合工作指示的方式簡化人員工作流程，強化作業安全、提升工作效率、降低人員操作錯誤、事故發生機率，以及減少員工上手的訓練時間。同時，智慧眼鏡的影音雙向溝通、工作文件線上閱讀、現場環境錄影存證等功能，更可以提供工作人員現場遠端協助，降低人員操作錯誤的機率，減少未注意但應注意的情況發生。最重要的是，透過導入智慧眼鏡，可以完成工安管理、訪客管理、遠端專家指導、數位工作程序指引、教育訓練以及倉儲管理等工業場域需求，相信不遠的未來可以看到更多創新應用服務。
