多年前，在COMDEX展會(huì)當(dāng)中，微軟總裁比爾蓋茲曾與GM總裁有過一段有趣的對話，當(dāng)時(shí)比爾蓋茲在一場演講中，將電腦與汽車兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度做了比較，他開玩笑地說，若汽車技術(shù)能與電腦產(chǎn)業(yè)般進(jìn)步飛快，那麼我們也許已經(jīng)可以用25美元的價(jià)格買到一輛汽車，且一加侖的汽油可以跑上一千公里。
對於比爾蓋茲的此番言論，GM總裁也不甘示弱回應(yīng)道，如果汽車像微軟般的發(fā)展，那你的汽車在沒有任何原因的情況下，一天會(huì)當(dāng)機(jī)兩次，當(dāng)環(huán)境設(shè)定改變或者作業(yè)系統(tǒng)更新，你就要重新買輛新車，甚至你的車子可能突然關(guān)機(jī)，而且無法重新開機(jī)。儘管這只是兩個(gè)總裁的玩笑話，但也反映了ICT與精密機(jī)械兩大產(chǎn)業(yè)截然不同的發(fā)展情況。
在身處於科技瞬息萬變的時(shí)代當(dāng)中，過去30年來，ICT產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的速度，不管在容量或者網(wǎng)路傳輸速度都達(dá)到了百萬倍的成長，而CPU的處理運(yùn)算也以千倍甚至十萬倍的速度在進(jìn)步。
然而對比講求高速的ICT產(chǎn)業(yè)，要求高精準(zhǔn)度、可靠度的機(jī)械產(chǎn)業(yè)及精密工業(yè)腳步遠(yuǎn)落後於ICT。工研院機(jī)械所智慧系統(tǒng)組組長鐘裕亮表示，如何將ICT產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢與機(jī)械工業(yè)結(jié)合，將會(huì)是未來工廠重要的議題，而這也是工業(yè)4.0的關(guān)鍵之一。
IOT引領(lǐng)第四次工業(yè)革命
由於勞動(dòng)成本不斷高漲、人口高齡化、製造業(yè)永續(xù)發(fā)展、歐洲中東變數(shù)等，讓全球製造業(yè)面臨許多不穩(wěn)定因素的挑戰(zhàn)，高度仰賴人力的產(chǎn)線雖然解決了產(chǎn)品生命週期短以及產(chǎn)線頻繁更換等問題，但對於製造的可靠度以及效能提升仍有限。為了解決這些挑戰(zhàn)，全球的製造業(yè)正迎向新一波的革命浪潮，不少業(yè)者希望能夠透過自動(dòng)化來達(dá)到更有效率的生產(chǎn)方式。
隨著科技日益進(jìn)步，影響了工業(yè)的發(fā)展過程，隨之而來的工業(yè)革命帶來了巨大的變革。在第一次的工業(yè)革命中，以蒸汽取代人力和畜力；電力的廣泛應(yīng)用促成了第二次的革命，開啟大規(guī)模生產(chǎn)的時(shí)代；第三次工業(yè)革命的推力則來自3D印表機(jī)、自動(dòng)化工廠等議題，可望促進(jìn)另一波的經(jīng)濟(jì)發(fā)展；如今，工業(yè)大國德國計(jì)畫以物聯(lián)網(wǎng)及智慧工廠引發(fā)第四次的工業(yè)革命 －工業(yè)4.0 (Industry 4.0)。
| 圖二 : 全球的製造業(yè)正迎向新一波的革命浪潮，不少業(yè)者希望能夠透過自動(dòng)化來達(dá)到更有效率的生產(chǎn)方式。 |
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當(dāng)加入智慧化的條件後，工廠裡的機(jī)器人不只是單調(diào)的做著重複的動(dòng)作，而是可以相互溝通、互動(dòng)且聯(lián)網(wǎng)，並透過雲(yún)端巨量資料的分析，做出快速且正確的判斷，而後更進(jìn)一步地建立起智慧工廠，以達(dá)到少量多樣化、客製化且更有效率的生產(chǎn)方式。
因此，智慧自動(dòng)化已成為各國政府強(qiáng)化製造業(yè)的重要發(fā)展項(xiàng)目。許多專家認(rèn)為，智慧工廠將徹底改變生產(chǎn)方式，而物聯(lián)網(wǎng)將加速推動(dòng)這樣的趨勢發(fā)展。
工業(yè)4.0是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)而開始的一場革命。
產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型 啟動(dòng)智動(dòng)化生產(chǎn)
在這樣的趨勢之下，德國政府制定出工業(yè) 4.0高科技戰(zhàn)略計(jì)畫，並且投入2億歐元的資金，透過虛實(shí)整合，讓製造業(yè)電腦化、數(shù)位化及智慧化，其涵蓋了智慧工廠、工業(yè)網(wǎng)路系統(tǒng)、IT系統(tǒng)、生產(chǎn)鏈的自主控制。
| 圖三 : 工業(yè)4.0透過虛實(shí)整合，讓製造業(yè)電腦化、數(shù)位化及智慧化。 |
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簡單來說，工業(yè)4.0是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)而開始的一場革命。研華電子董事長劉克振指出，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用範(fàn)圍涵蓋零售、醫(yī)療、城市、消費(fèi)電子等各個(gè)領(lǐng)域，而在工廠裡的物聯(lián)網(wǎng)則被稱為工業(yè)4.0，將帶來更為靈活的生產(chǎn)方式。
除了德國之外，不少國家也都推出相關(guān)政策，例如美國在2013年啟動(dòng)「Advanced Manufacturing Partnership (AMP)」計(jì)劃，進(jìn)行先進(jìn)製造研發(fā)，而美國的產(chǎn)學(xué)研各個(gè)單位也組成SMLC(Smart Manufacturing Leadership Coalition,智慧製造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟)，提出智慧製造的推動(dòng)計(jì)劃。日本在2014年推動(dòng)「機(jī)器人國家發(fā)展計(jì)畫」，發(fā)展人機(jī)共存的未來工廠，韓國也在同年推動(dòng)「機(jī)器人發(fā)展計(jì)畫」，發(fā)展下世代的智慧工廠。
臺(tái)灣則在2011年提出「智慧自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)方案」，發(fā)展人機(jī)協(xié)同、智慧自動(dòng)化彈性生產(chǎn)。而GE也以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(Industrial Internet)的計(jì)劃，要整合工業(yè)設(shè)備與與數(shù)位革命的運(yùn)算、資訊、通訊系統(tǒng)等，GE認(rèn)為兩者的結(jié)合將帶來三大要素 － 智慧機(jī)器、先進(jìn)分析以及工作參與者，這三項(xiàng)要素將會(huì)展現(xiàn)出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)。
工業(yè)4.0帶來革命性生產(chǎn)模式
工業(yè)4.0除了帶來生產(chǎn)效率之外，同時(shí)也改變傳統(tǒng)製造業(yè)者的思維。當(dāng)智慧生產(chǎn)真正落實(shí)後，將會(huì)對目前的生產(chǎn)方式帶來巨大的變革，並徹底改變製造業(yè)的模式。鐘裕亮表示，由工業(yè)4.0所引發(fā)的製造業(yè)大趨勢包含大量客製化、以人為中心的製造環(huán)境、客戶高度參與製造以及製程可視化等四大趨勢，而這些趨勢都意味著工廠智慧化的必要性。
1. 大量客製化
當(dāng)工廠與物聯(lián)網(wǎng)串連之後，劉克振表示，以往大量、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的型態(tài)將漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯倭慷鄻印⒎稚⑹降目脱u生產(chǎn)，「早上一張衣服訂單從歐洲下來，下午在大陸的工廠就已經(jīng)打樣完成，進(jìn)入準(zhǔn)生產(chǎn)階段。」
在第二次工業(yè)革命中，福特汽車創(chuàng)造出流水生產(chǎn)線的製造模式，迎來大量製造的時(shí)代。然而，在進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代後，個(gè)性化產(chǎn)品將會(huì)越來越多，鐘裕亮指出，未來產(chǎn)線上將難再有同一件產(chǎn)品大量複製的機(jī)會(huì)，工廠的生產(chǎn)模式將轉(zhuǎn)變?yōu)樯倭慷鄻雍涂脱u化。
根據(jù)調(diào)查，未來工廠內(nèi)的每一條產(chǎn)線將會(huì)生產(chǎn)出數(shù)十到數(shù)千種不同的產(chǎn)品，為了因應(yīng)產(chǎn)線上多樣性的變化，工廠佈建將必須非常彈性化，並且仰賴人機(jī)協(xié)同，透過ICT技術(shù)協(xié)助產(chǎn)線人員做出快速且最佳的選擇。
| 圖四 : 為了因應(yīng)產(chǎn)線上多樣性的變化，工廠佈建將必須非常彈性化，並且仰賴人機(jī)協(xié)同。 |
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舉例來說，西門子位於德國Amberg的智慧工廠，透過高度整合的自動(dòng)化系統(tǒng)，廠內(nèi)的每條生產(chǎn)線每小時(shí)可以製造15萬個(gè)電子元件，16條產(chǎn)線能夠製造?950項(xiàng)不同的產(chǎn)品，且在同一條產(chǎn)線中能夠針對不同的訂單、需求生產(chǎn)出客製化產(chǎn)品。
2. 以人為中心
相較於過去的工廠自動(dòng)化，工研院副院長張所鋐指出，工業(yè)4.0最重要的關(guān)鍵就是智慧化，這改變過去機(jī)器、電腦與人腦各自為政的情況，在工業(yè)4.0環(huán)境會(huì)更加仰賴人腦，用人腦累計(jì)的知識(shí)來操控電腦。
除此之外，另一大改變?yōu)楫a(chǎn)品主導(dǎo)生產(chǎn)流程，而非產(chǎn)品隨著產(chǎn)線移動(dòng)，人員站在固定位置，不斷做出重複的動(dòng)作。在智慧化工廠中，除了機(jī)臺(tái)設(shè)備智慧化之外，產(chǎn)品本身也具備記憶體，記錄每個(gè)加工環(huán)節(jié)，並將資訊傳達(dá)給機(jī)臺(tái)，讓下一個(gè)機(jī)臺(tái)可藉此做出回應(yīng)，因此人員不必佔(zhàn)再固定位置，而是帶著產(chǎn)品到不同的機(jī)臺(tái)做不同的加工。
鐘裕亮表示，這樣的方式讓工廠不再需要大規(guī)模的流水產(chǎn)線，減少了佔(zhàn)地面積，因此工廠將能夠設(shè)置於都會(huì)地區(qū)，這也是德國認(rèn)為工業(yè)4.0能夠?qū)崿F(xiàn)的三大願(yuàn)景之一 － 都市生產(chǎn)(另外兩個(gè)為智慧生產(chǎn)、綠色生產(chǎn))。
3. 客戶高度參與
在產(chǎn)品製造或加工過程中，若能夠加入客戶意見反饋，並隨時(shí)調(diào)整加工環(huán)節(jié)，將能夠生產(chǎn)出更貼近顧客期待的產(chǎn)品。因此，在外來的智慧工廠，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)都需要客戶的高度參與，而這必須透過ICT網(wǎng)路通訊，讓客戶能夠隨時(shí)線上查詢產(chǎn)品加工動(dòng)態(tài)、設(shè)計(jì)狀態(tài)，客戶也能夠隨時(shí)提出意見。
| 圖五 : 製程可視化可在製造過程中，透過線上監(jiān)控，隨時(shí)了解加工狀態(tài)。 |
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4. 製程可視化
要做到讓客戶高度參與產(chǎn)線的加工環(huán)節(jié)，同時(shí)也意味著將製程可視化，才能讓客戶隨時(shí)了解產(chǎn)品資訊。可視化包含了製程資訊、品質(zhì)檢測資訊、加工狀態(tài)等，這將會(huì)是未來工廠的關(guān)鍵之一。可視化改變以往產(chǎn)品加工完後才進(jìn)行品管及品檢的流程，而是在製造過程中，透過線上監(jiān)控，隨時(shí)了解加工狀態(tài)。
工業(yè)4.0三大障礙－通訊標(biāo)準(zhǔn)、安全、人員培訓(xùn)
除了這四項(xiàng)趨勢之外，工業(yè)4.0還帶來許多改變，例如透過巨量資料達(dá)到預(yù)兆診斷、解決就業(yè)人口高齡化問題、綠色生產(chǎn)等。
| 圖六 : 工業(yè)4.0能夠透過巨量資料達(dá)到預(yù)兆診斷，藉此降低設(shè)備維護(hù)成本，並提高生產(chǎn)效率。 |
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鐘裕亮表示，整合智慧工廠、智慧產(chǎn)品、智慧資料與智慧服務(wù)四個(gè)因素才能達(dá)到真正的智慧製造，這四大因素密切相關(guān)且缺一不可。不過這些都必須仰賴ICT技術(shù)，因此儘管大多數(shù)人都希望能夠看到智慧工廠的具體效益產(chǎn)生，但在德國電氣電子及信息技術(shù)協(xié)會(huì)(VDE)中，僅有五分之一左右的會(huì)員相信工業(yè)4.0在2020年會(huì)大規(guī)模出現(xiàn)。
問題在於，和前幾次由新的硬體設(shè)備、技術(shù)所帶來的工業(yè)革命不同，工業(yè)4.0是由網(wǎng)際網(wǎng)路所帶來的第四次工業(yè)革命。也因此，有66%的受訪者認(rèn)為IT安全是一大挑戰(zhàn)，當(dāng)企業(yè)的IT系統(tǒng)連上網(wǎng)路，隨時(shí)可能有一些未知的威脅出現(xiàn)在倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)、機(jī)器設(shè)備或供應(yīng)鏈當(dāng)中。
而通訊網(wǎng)路也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的重要關(guān)鍵，但是要建立一個(gè)讓所有組織都能夠配合的網(wǎng)絡(luò)，必須要有一個(gè)一致的介面、通訊標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)範(fàn)。德國研究顧問委員會(huì)Forschungsunion指出，目前許多標(biāo)準(zhǔn)都還未建立，例如工業(yè)通訊、工程、IT安全、數(shù)位化工廠、設(shè)備整合等都還未被納入整體參考架構(gòu)中。
| 圖七 : 通訊標(biāo)準(zhǔn)語控制系統(tǒng)技術(shù) |
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就臺(tái)灣市場來看，鐘裕亮表示，除了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有共同的通訊協(xié)定跟標(biāo)準(zhǔn)外，目前普遍的機(jī)臺(tái)設(shè)備還未有固定的通訊標(biāo)準(zhǔn)，這對於不同產(chǎn)業(yè)機(jī)器的連線是一大問題。
除此之外，當(dāng)智慧生產(chǎn)真正落實(shí)後，將會(huì)對製造管理系統(tǒng)帶來巨大的變革，且勢必變得更為複雜，包括整體的生產(chǎn)物流、人機(jī)協(xié)同作業(yè)等改變，也讓員工培訓(xùn)更顯重要。
臺(tái)灣產(chǎn)業(yè)因應(yīng)策略
面對這一波新製造革命浪潮，臺(tái)灣過去在電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展相當(dāng)有潛力，並且擁有完整的供應(yīng)鏈，這對於臺(tái)灣電子業(yè)在進(jìn)入工業(yè)4.0來說，具備很大的成長潛力。蘇孟宗認(rèn)為，臺(tái)灣在零售、紡織、金屬加工等市場領(lǐng)域較有機(jī)會(huì)能夠走在前端。
然而，針對臺(tái)灣市場來看，劉克振坦言，臺(tái)灣缺乏大型的系統(tǒng)整合（SI）公司，目前SI業(yè)者佔(zhàn)有80%的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值，足以顯見其重要地位，因此在工業(yè)4.0世代，臺(tái)灣必須要育成大型的SI公司，這部分必須由工研院或是政府單位來負(fù)責(zé)執(zhí)行。過去臺(tái)灣在發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)後，就帶動(dòng)臺(tái)灣半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)成長，未來在工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)型升級驅(qū)動(dòng)下，臺(tái)灣的製造業(yè)、設(shè)備業(yè)及ICT產(chǎn)業(yè)也勢必會(huì)出現(xiàn)成長契機(jī)。
