工業4.0 互聯網 加速產業變革 邁向 智能智造

石渼華/整理

工業4.0 浪潮下 台灣製造業再進化

2011 年德國漢諾威工業展(EMO)「工業4.0 (Industry 4.0)」首次被提出, 2012年德國聯邦政府提出落實「2020高科技戰略」的十大未來計畫之一,在生產製造過程中,整合計算、通訊與控制的信息物理融合系統(Cyber-Physical System, CPS),連結物聯網建構「智能工廠」,形成智能製造與服務的全新商機與商業模式。

德國政府提出 工業4.0 的概念帶動全球第四次工業革命的契機,身為全球製造業龍頭一舉一動都受到各國的矚目, 工業4.0 這股旋風開始席捲美國、日本、大陸、台灣等世界各地。

去年,上海舉辦第十六屆工業博覽會以「高端、智能、綠色」為主題,工博會參展廠商包含工業機器人、工業自動化資訊技術、工業環保、資訊與通訊、科技創新、管理資訊系統等廠商,吸引了逾10萬人次觀眾;一批批來自國際大廠的機器人浩浩蕩蕩步入上海新國際博覽中心,如同電影「星際效應」中的機器人充滿智慧和人性,有序地進行自動化生產過程。

天下雜誌564期2015年首刊以「章魚戰略」為封面焦點,探討繼隱形冠軍後德國製造業最新的發展策略,意即融合物聯網、雲端、大數據、智能製造的 工業4.0 。2015年台灣「智慧城市展」在南港展覽館盛大登場,以「探索物聯網新世界」為主題,展出物聯網在醫療、居家、商業或工廠等應用,聚焦探討智慧醫療、智慧零售、智慧節能等物聯網及雲端運用解決方案。

由此可知,互聯網和其他服務聯網的系統將使各行各業實現智能化,並取代傳統的機械和機器一體化產品,各國無不想在新一波的物聯網商機中搶得一塊版圖;而 工業4.0 融合了智能工廠與智能製造兩大面向,智能生產不只在科技、技術進步中展現,背後大量數據分析和應用,更是企業智慧經營重要基礎。

德國 工業4.0 演進過程
▲德國 工業4.0 演進過程

工業4.0 互聯網 重新定義製造業工業再升級

德國擁有許多跨國性的集團及規模較小但產品性能位居產業中領導地位的隱形冠軍,其現今的繁榮與成就是由許多工業產品的創新而達成;近年來由於這些企業同樣面臨來自亞洲及其他地區的競爭,為了讓德國產業在未來仍具有競爭力,德國政府提出 工業4.0 戰略,希望藉由高科技推動全面性工業再升級革命。

工業4.0 變革的核心在於工業、工業產品和服務的全面交叉滲透,借助系統、互聯網和其他網路上實現產品及服務的網絡化。 工業4.0 體現了德國面對人力資源有限情況下,將人的價值從單純的生產操作者,提升為控制者和管理者;整合機器設備與人的智慧結晶,複製和創造出一個個具有靈魂和思想的機器人。

「世界工廠大移轉」一書提到,未來製造業贏家必須能滿足「顧客式製造」與「高質量型製造」,先進製造領域擺脫用人工為競爭優勢的生產型態。

從製造業逐漸移出中國大陸往先進製造國家或原創始國移動的趨勢來看,美國提出再工業化,鼓勵海外製造業回歸,讓消費會接近製造地;為因應人力生產成本高,第一從技術段改善先進夥伴計畫研究技術分享出去,第二自動化設備或機器人,美國因此增加約50萬個就業機會。

擁有世界工廠的中國也積極發展先進製造業和進行傳統產業轉型與升級,對臺灣的產業發展來說,將是一大契機也是挑戰。

顧客導向乃驅動第四代工業革命的關鍵推手,全球競爭激烈下不得不主動接近市場掌握市場脈動,連製造業也必須接近顧客才能快速滿足客戶需求。

不久將來,會有一大批製造企業以互聯網思維變革傳統的“閉門造車”模式,以使用者思維和用戶需求探索“與用戶交互、讓用戶吐槽、最終由使用者定義”的新模式。

工業4.0 迫使製造業必須思考企業的經營戰略與商業模式,智慧網路系統讓企業供應的重點從產品轉向服務,意即製造服務化、客製化等議題。

製造業服務化步伐將進一步加快製造業從以產品為核心到以消費者為核心,以生產為本到以“生產+服務”或服務為本轉變。隨著互聯網與工業的深度融合,製造業面向市場提供專業化服務成為行業發展焦點,線上即時監測、遠端故障診斷、工控系統安全監控、融資租賃、全生命週期管理等增值服務將不斷湧現。

對製造業而言,能否為客戶量身訂製服務解決方案,逐漸成為企業能否成功的關鍵因素,除了維修保養、故障修復、能源與環境服務、綜合性維修解決方案外,還包含遠程維護。為了提高設備利用率,降低維護成本,實現機械設備的遠程監測和維護是有效的方法。

大數據 構成新一代智能工廠

德國希望借助 工業4.0 在生產製造的各環節應用資訊技術,將資訊技術與物理實現社會之間的聯繫可視化,將生產工藝與管理流程全面融合,通過智能製造,生產智能產品,形成智能工廠。

智能化是在控制的基礎上,透過物聯網的感測器採集海量生產資訊,透過互聯網匯集到雲計算資訊中心,經過資訊管理對大數據進行分析、挖掘、從而制定出正確決策。將這些決策附加給自動化設備的是智能,從而提高生產靈活性和資源利用率,增加顧客與企業夥伴之間的緊密關聯度,提升工業生產的商業價值。

近年來,隨著互聯網、物聯網、雲計算等資訊技術與通信技術的迅猛發展,資料量的暴漲成了許多行業共同面對的嚴峻挑戰和寶貴機遇。

隨著製造技術的進步和現代化管理理念的普及,製造業企業的運營越來越依賴資訊技術。如今,製造業整個價值鏈、製造業產品的整個生命週期,都涉及到諸多的資料。

同時,製造業企業的資料也呈現出爆炸性增長趨勢隨著智能製造的應用推廣,越來越多的製造業企業將重新審視工業大數據的價值,圍繞產品研發創新、生產線監測與預警、設備故障診斷與維護、供應鏈優化管理、品質監測預測等方面開展集成應用。

大數據 就像一本數位寫真,記載產品的智慧化、裝備的智慧化、生產的智慧化、管理的智慧化到服務的智慧化整個智能製造形成過程。

綜合上述,實現消費者個性化需求,一方面需要製造業企業能夠生產提供符合消費者個性偏好的產品或服務,一方面需要互聯網提供消費者的個性化定制需求。

由於消費者人數眾多,每個人需求不同,導致需求的具體資訊也不同,加上需求不斷變化,就構成了產品需求的大數據。消費需求的個性化,要求傳統製造業突破現有生產方式與製造模式,對消費需求所產生的海量資料與資訊進行大數據處理與挖掘。

同時,在進行這些非標準化產品生產過程中,產生的生產資訊與資料也是大量的,需要及時收集、處理和分析,以反過來指導生產。這兩方面大數據資訊流最終通過互聯網在智慧設備之間傳遞,由智慧設備進行分析、判斷、決策、調整、控制並繼續開展智慧生產,生產出高品質的個性化產品。可以說,大數據構成新一代智能工廠。

製造業將成為資訊產業一部分?

工業4.0 乃通過工業互聯網將供應鏈、生產過程和倉儲物流智慧連接,從而實現智慧生產的“四化”:供應和倉儲成本較小化,生產過程全自動化,需求相應速度較大化和產品個性化。

大規模定製生產通過互聯網,使得供應商、製造商、經銷商以及顧客之間的關係更加緊密,在 工業4.0 時代,不僅製造環節的人工將得到節省(機器人為主體的自動化生產連線),前端供應鏈管理、生產計畫(互聯網接入,實施管理訂單)、後端倉儲物流管理(WMS+自動化立體倉庫)都將實現實現無人化,以及較低的管道庫存和物流成本。

透過互通互聯、雲計算、大數據這些新的資訊技術和以前的自動化的技術結合,生產工序實現縱向系統上的融合,生產設備和設備之間,工人與設備之間的合作,把整個工廠內部連結起來,形成信息物理融合系統,互相可以合作和回應,展開個性化的生產製造,調整產品的生產率,以及資源可利用率,以最為節約資源的方式來生產。在智能工廠中,不斷地向物聯網、數據網和服務互聯網發展。

服務互聯網與生產計畫、物流、能耗和經營管理最相關的ERP企業資源管理系統、CRM客戶關係管理、SCM供應鏈管理,以及與產品設計、技術相關的PLM產品生命週期管理系統相互串聯,透過CPS信息物理融合系統實現與生產設備和生產線控制、調度等功能;透過物聯網技術實現控制、執行、傳感,實現智能生產。

在未來製造業中,資訊系統將扮演重要角色。 工業4.0 將工業系統提升到前所未有的高度,通過系統解決產品生命周期不斷縮短、物流交貨周期的加快,以及客戶訂製要求多樣化的問題,如訂單管理、產品研發、技術研發、生產設備研發,希望提升“物理世界”中的工廠/車間生產效率。新的產業鏈將使製造業不再只是硬體設備製造的概念,而是融入資訊技術、自動化技術和現代管理技術的新服務模式。

資料來源:工業4.0 最後一次工業革命,王喜文 著
▲資料來源: 工業4.0 最後一次工業革命,王喜文 著

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