創新界愛迪生獎揭曉──臺灣連中三元

智慧科技驅動聰明物流
AI立體式智慧倉儲系統

上班前，在手機螢幕滑一滑、按一按；下班後，網購商品宅配到家，已是現代人的日常，如此驚人的效率，光靠人力很難辦得到。工研院開發「AI立體式智慧倉儲系統」，運用AI人工智慧作訂單需求預測與倉儲決策，從下單、揀貨、包裝到出貨，最快只要10分鐘，勇奪本屆愛迪生獎金牌。

夜深人靜，已經拉下鐵門的大型倉庫裡隱約傳出聲響，黑漆漆的倉庫裡沒有人，只有數10台高速穿梭車，像是有人指揮般的，在數千坪空間內來來回回，依照指令找到相應貨架，隨著機械升降平台上下移動，箱子在輸送帶進進出，搬移到指定地點。這不是靈異現象，而是全臺首座AI人工智慧決策的物流中心，導入AI後，大幅提升揀出貨速度的實際場景。

電商物流面臨少量多樣挑戰

工研院投入物流資訊化的研發超過20年，10年前開始切入智慧化與自動化領域。工研院服務系統科技中心總監陳慧娟表示，「線上通路興起，物流業者面臨挑戰不僅是價格、訂單背後的物流速度，還有空間與人力的成本與效率。」電商訂單特色為少量多樣，如何在有限空間儲放上百萬件大小、重量不一的商品，且要兼顧倉庫成本；少子化衍生缺工問題，也讓勞力密集的物流業招募難上加難，「種種都是考驗，」陳慧娟說。

平日，千百張訂單尚能雇用臨時人力趕工，一旦遇上雙11等購物節的促銷，數10萬、甚至上百萬件海量訂單同時湧入，物流倉庫就像兵荒馬亂的戰場，光憑人力處理，不僅效率差且出錯率高；也有物流業者導入國外自動化設備，但維修速度不夠敏捷，要是在這種旺日停擺，可說是叫天天不應，叫地地不靈。

為改善廠商痛點，由工研院整合系統，規劃串接AI軟體技術，新竹物流負責倉庫營運控管，漢錸科技建置自動化設備，這套MIT的「AI立體式智慧倉儲系統」問世，2019年為Yahoo!奇摩購物中心打造的全臺首座AI立體化物流中心正式啟用。

AI加持　入庫到出貨一氣呵成

負責該物流中心營運的新竹物流總經理李正義表示，導入AI立體式智慧倉儲系統後，倉儲運作流程從進貨、丈量、儲位、揀貨，到包裝、配送、出貨，人力需求大幅減少。他說明，貨品一進入倉庫，即啟動自動材積丈量，系統會自動測量商品大小，並安排合適的儲放空間，存放位置會進入系統，省去人工丈量、安排儲位的誤差。

李正義說明，過去儲放商品雖也有電腦輔助，但往往還是要靠人員經驗，且無法即時、動態反映訂單趨勢，「平日接單還可應付，旺季時5倍、10倍的單量，很難單靠人力提升效率，」如今透過AI演算法及大數據分析，系統會自動判斷商品熱銷程度或相關性，快速反映至適當儲位，常見的商品組合（如牙膏與牙刷）也會放在相近地點，可大幅縮減倉儲移動距離與揀貨等待時間。

消費者下單後，系統會分析商品類型與數量，自動規劃最佳揀貨路徑，驅動穿梭車與垂直升降機跨樓層輸送，將儲放商品的物流箱帶往揀貨區，電子輔助揀貨系統（CAPS）再以光束與數字，導引揀貨人員一一挑出訂單的商品放入揀貨籃，「揀貨人員無須太多訓練就能上手。」

最後，揀貨籃運抵包裝區進行封箱、貼標籤、影像紀錄，自動配送系統會根據配送商、時段、尺寸、區域進行分流，將貨品送至消費者手中，一氣呵成完成最後一哩的服務。

以物就人　出貨效率大幅提升

陳慧娟點出此系統三大特色：一是出貨快，在所有流程中，僅「包裝」到「出貨」階段要用到人力，而且高達80%是「以物就人」，也就是把物流箱傳送到工作人員面前，再由人進行包裝，跟過去到貨架揀貨的方式相較減少3成人力，商品出庫時間減少60%，訂單高峰期，產能甚至是原來的10倍。

二是密度高，該系統部署立體式空間，貨架最高可達14層，搭配穿梭式自動倉儲（Shuttle Rack）與上萬個物流箱，儲位達3～4萬個，儲量規模與密度高居全臺物流業之冠。

三是決策準，透過AI數據運算，結合季節、天氣、節慶、區域等因素，可先行調度熱門商品入庫，提前掌握商機；下單後依訂單關聯性建立模型，最佳化揀理貨批次與順序，讓同張訂單零時差匯集出貨，精準完成作業。

就連經驗老到的新竹物流，也對這套系統超出預期的表現感到驚喜。李正義表示，原以為AI倉儲最佳化僅限於進貨時，後來發現，網購產品常因促銷或其他外在因素，突然變得熱賣，此時AI動態調整儲位功能大大派上用場，特別是深夜時分，員工下班後，照樣可依出貨頻率優化儲放位置，隔天一早，整個倉庫最佳儲位己就定位，訂單一來就可以揀貨，「若是照以往靠人力搬運，只怕還沒完成，熱銷期已經過了！」

最後一哩　導入機械手臂應用

團隊也在導入過程中不斷修正不足，像是發現電力不穩造成訊號誤差，影響穿梭車的反應，因此導入室內5G解決通訊瓶頸；因整條輸送帶長達2公里，自動化控制需更精準，因而發展穿梭車動態追蹤定位技術，即時驅動其在正確位置等，讓運作更順暢。

陳慧娟透露，這套系統以模組化設計，其中自動化分揀與AI儲揀決策模組也已導入國內某便利商店業者，也有臺商計畫將其引進位於東南亞的倉庫。未來還打算將機械手臂，融入出貨配送作業，在最後一哩進行自動化堆疊，持續優化技術效率與品質，落實到更多產業應用，打造臺灣智慧物流產業的國際優勢。

打造永續時尚

微生物染料開發與纖維應用

追求時尚也要永續環保！工研院創新研發「微生物染料開發與纖維應用」，勇奪2021年愛迪生獎銀獎榮譽。這項具備環保、無毒、環境相容性高等特色的微生物染料生產技術，將為紡織產業鏈帶來跨時代的突破，打造新藍海商機。

細菌可以生產染料？絲巾、運動服裝、胸花、手提布包……這些看似與一般紡織品色彩無異的產品，正是透過工研院「微生物染料－MatabColor」，以改質大腸桿菌，將其代謝物製成染料後，應用於染色織品。

從食用色素走向紡織品染料

萃取天然動植物、礦石等有機及無機物，是人類自古以來習以為常的染料產生產技術；「大菁靛染、胭脂蟲紅染都是常見的動植物染料，俗稱細菌的『微生物』其實也是可生產染料的重要角色，而且人類很早就將其運用於日常生活中，」工研院材料與化工研究所經理張珮菁舉例，客家人擅長以紅麴醃漬肉類使其醱酵，除藉此延長食物保存期限、增加風味之外，紅麴也為食物添加艷麗赭色、增加美觀，其實紅麴是由紅麴黴菌發酵而成，是相當古老的天然食用色素。

「雖然微生物具有生產染料潛力，但所生產之染料染色效率差，過去多應用於食品產業，直到20世紀末，因為化學染料所產生的環保問題，才開始有人研究如何將其運用於紡織品上。」在生產化學染料的過程中，需要使用各種成分複雜、濃度高的芳烴化合物作為「中間體」，並產生大量工業廢水，對環境造成汙染。隨著環保意識抬頭，歐美國家紛紛以法規限制，具高汙染性的化學染料合成產業在已開發國家中，包括臺灣，近乎絕跡。

為了永續環境，傳統取自天然的生質染料重新為人所重視，而常見的動植物染料雖對於環境破壞程度小，卻有著生產耗時、品質不穩定及難以工業化的缺點。隨著現代生物科技日漸成熟，利用基因工程改質微生物代謝路徑，並以醱酵工程技術大量生產符合商業需求的染料，成為解決產業問題的契機。

察覺市場對於生質染料的需求，工研院整合生物化工、紡織工程技術的團隊投入研發能量，並選定具有大量研究基礎、生長速度快的大腸桿菌作為主要菌株，研發出具產業革命性的「微生物染料－MatabColor」生產技術。

瞄準產業需求　開啟跨域研發

但研發過程並非一帆風順，對率領研發團隊的工研院材化所組長唐靜雯來說，會投入這項跨域研發還是誤打誤撞的巧合。5年前所內組織重整，將專攻生物化工、紡織工程技術的兩個團隊整併成一組。「紡織工程的同仁本在研發植物染料助劑，生物化工的同仁則以開發生物合成化學品為主，兩組擅長的領域、方向截然不同，」為了替不同技術背景的團隊找到共同研發方向，讓身為組長的唐靜雯傷透腦筋。

在工研院任職30多年的唐靜雯，擅長紡織工程技術，加上勤跑紡織產業基層，相當熟稔產業狀態及市場需求。她敏銳地察覺，隨著快時尚潮流及環保意識興起，產業對於生質染料的需求逐年增加，而微生物染料將是既能符合環保規範，又能供應市場需求的關鍵創新技術。

工研院材化所副組長張昌榮指出，微生物染料為橫跨生物化工、紡織工程兩門完全不同專業的技術，不僅跨領域串接技術的難度大，且微生物染料屬於創新領域，研究成果並不多，有許多空白地帶有待填補。「但『跨領域創新研發』正是工研院的強項所在！」唐靜雯豪爽地說，確認研發方向後，她便不再猶疑，整合研究人員組成微生物染料團隊著手研發。

高品質多色染料　翻轉紡織產業

經過5年的努力，團隊成功賦予大腸桿菌菌株顯色能力，產出多種原色染料，並可藉由混搭三原色的方式，進一步變化出數十種顏色。目前藍色染料、棕色染料已具有穩定產能，並進入試量產階段，前景可期。

「除了使菌株具顯色能力，還需要提升染料的生產效率及穩定性，」張昌榮說明，從菌株培養、改質菌株、醱酵製程、到最後的純化萃取染料，每項流程環環相扣，團隊歷經無數次失敗重來，方才研發出可生產品質穩定的微生物染料生產製程技術。

為使微生物染料在應用上能符合產業需求，團隊更開發出染色助劑及纖維表面改質技術，「目前微生物染料在棉、尼龍紡織品的色牢度、飽合度及色深度呈現上，已可媲美化學染料的成果，突破過往生質染料的瓶頸，」張昌榮說。

現行紡織產業對黑色的需求相當高，團隊也正著手開發單一黑色微生物染料，「目前化學染料禁止生產黑色染料，業界需要用高濃度三原色混合調配方能產出，消耗的資源不僅較其他顏色大，染整製程中也會產生更多廢水，」張佩菁表示，若能成功開發單一黑色微生物染料，不僅具備相當高的商業價值，更能為環保盡一份心力。

「我們一開始便以市場導向的研發為目標，研發成果自然要符合市場需求，才能打造微生物染料解決方案，」唐靜雯期待，微生物染料在製程上具備的低碳、安全無毒等特性，可協助國內紡織產業超前部署，建立MIT（Made In Taiwan）綠色供應鏈。

展望未來，對於染料有需求的相關產業皆可應用這項技術，這將會是跨域整合紡織工程、生物化工、化學品產業，具革命性突破的新興商業模式，藍海前景無限。

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