近幾年,國際上掀起了新一輪科技革命和產業變革的熱潮,發達國家順應潮流,紛紛拋出刺激實體經濟增長的國家戰略和計畫,希望通過技術進步和產業政策調整重獲在製造業上的競爭優勢。
 
其中,由德國發起的工業4.0”(Industry 4.0)概念,在全球逐漸發燒。不過,製造相關業者、半導體元件或是系統整合商,雖然明瞭工業4.0將為其帶來新的龐大商機,但普遍卻不很清楚該怎麼跨入市場,甚至如何在自家工廠導入工業4.0概念。
 
本文將從工業4.0起源及定義開始,以及闡述相關業者佈局策略,期可為讀者帶來清晰的工業4.0發展藍圖。
 
 
工業4.0提升製造業生產效能
維基百科(Wikipedia)中定義的工業4.0工業4.0或稱第四次工業革命(Fourth industrial revolution)、生產力4.0,是德國政府於2011年提出的高科技計畫,由德國聯邦教育及研究部和聯邦經濟及科技部聯合資助,投資預計達2億歐元,用來提升製造業的電腦化、數位化與智慧化。
 
 
工業4.0的目標不是創造新的工業技術,而是統合所有工業相關的技術、銷售與產品體驗,是建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠(Smart Factory),並在商業流程及價值流程中整合客戶以及商業夥伴。
 
另外,工業4.0技術基礎是智慧虛實整合系統(Cyber-Physical SystemCPS)、物聯網(Internet of ThingsIoT)以及智慧感測器網路,亦即透過感測器和致動器(actuator)將真實世界與虛擬世界相連接。
 
西門子(Siemens)數位工廠事業部、製程工業暨驅動科技事業部總經理鄭智峰表示,工業4.0涵蓋九大技術,包括擴增實境(AR)/虛擬實境(VR)、模擬(Simulation)、巨量資料(Big Data)分析、自主性機器人(Autonomous Robot)、雲端運算(Cloud Computing)、工業網際網路(Industrial Internet)、網路安全(Cyber Security)、水準垂直整合/3D列印(3D Printing)以及增進系統智慧化。
 
全解析工业4.0 从起源到未来
  
工業4.0的九大關鍵技術
 
若能在工廠中落實這九項技術,才能真正符合工業4.0定義需求。工業4.0能為製造業帶來提高生產靈活性、縮短產品上市時間及提升生產效率等優勢。因此,除了德國之外,歐美各國與中國大陸都已啟動工業4.0計畫,臺灣政府也推出生產力4.0”計畫,以協助臺灣廠商加快進入工業4.0領域。
 
工業4.0商機誘人
自德國政府提出工業4.0之後,全球也開始發展,因而為製造商、半導體元件、系統整合廠商業者等帶來新的商機,其中機器人可謂是直接受惠的產業。
 
 
根據國際機器人聯合會(International Federation of RoboticsIFR)估計,2014年全球工業機器人市場銷量約225,000台,創歷史新高,未來市場需求將持續成長。而服務型機器人也深具發展潛力,大致分為專業用、個人或家庭用兩類,IFR預測其2014~2017年市場總銷量,可望突破3,100萬台。
 
 
拓墣產業研究所(TRI)則表示,受到工業4.0浪潮驅動,2015年全球工業機器人市場銷量有望達264,000台,年成長約15%;2016年有機會來到29萬台,年成長約10%
 
不僅機器人產業直接受惠,有鑒於工業4.0囊括的九項技術中,自主性機器人只是其中之一,包括網路技術、雲端資料中心分析運算及儲存設備、軟體分析平臺,以及半導體元件如微控制器(MCU)、感測器、網路技術元件等等,也都因工業4.0而取得搶進新商機的門票。
 
相關業者忙搶進
由於工業4.0新商機誘人,各家業者也都想與工業4.0“扯上關係,以期可再擴大既有的營收規模。
 
處理器業者英特爾(Intel)為搶攻工業4.0與物聯網商機,早已開始佈局,除購並資訊安全軟體公司邁克菲(McAfee)、平臺軟體供應商溫瑞爾 (Wind River)外,目前更已透過該公司的閘道器和其他工業電腦如研華(Advantech)、淩華(ADLINK)合作,提供完整的物聯網平臺予客戶,期可協助客戶快速建構物聯網應用平臺,創造物聯網商機價值。
 
 
英特爾亞太區技術開發服務群物聯網架構師蔡嘉禾表示,工業4.0也就是工業物聯網(IIoT),過去的概念與應用即為機器對機器(M2M)。惟與M2M較為不同的是,工業4.0不僅僅只是透過網路技術連接機器設備,更須利用閘道器將資料網雲端或管理中心傳送,進一步分析,因此在物聯網或工業4.0基礎建設中,閘道器與應用平臺的建置相當重要。
 
元件安全性/機器監測不可忽略:工業4.0欲實現的目標是——提升生產效率、製造為本、對應未來商機隨時改變生產線架構等。臺灣瑞薩電子(Renesas Electronics)行銷事業部經理黎柏均指出,工業4.0是強調更有效率的工廠與機械管理,仰賴通訊架構串連所有,但相對地必須面臨資料傳輸安全性與網路的可靠性挑戰。
 
而為了強化工業4.0安全,做為工業4.0架構的控制中樞——微控制器本身也須強化其安全性。而瑞薩電子與合作夥伴攜手強化其RXR-IN MCU系列產品安全性,以提供更佳的物聯網資料傳輸安全。
 
發展工業4.0時,除了關注如何透過網路技術與後端管理平臺架起工業4.0架構外,也必須注意第一線的機器監測。國家儀器(NI)技術行銷工程師吳維翰表示,工業4.0其中相當重要的一環即是機器狀況的監控,若這部份未能確實做好,將無法達到工業4.0提升生產效率的精神。
 
 
因此透過量測儀器中的資料擷取與振動感設器等裝置,再搭配統一的資料傳送閘道器,將可做到主動式防護,亦即可先一步知道機器是否即將損壞,也能提升機器檢測的效率,更可維護作業員的工作安全。
 
通訊技術不可或缺:在連網技術方面,除了傳輸到雲端的有線與無線通訊技術外,工廠內部機器間的通訊也不可或缺。因此在工業4.0架構中,各種無線通訊技術將與工業乙太網路相輔相成,其中,可建構網狀網路的ZigBee已開始獲得廠商的重視。
 
 
芯科實驗室(Silicon Labs)臺灣區總經理寶陸格說明,在工業4.0網路中,各種無線通訊技術都將有各自的定位,不會有所謂的取代效應發生。而ZigBee是由於具備網狀網路及自我修復的特性,因此在數量較多的機台或是公共設施應用上較為合適。另外,為了讓ZigBee透過IP的方式傳送資料,因此去年幾家業者也成立 Thread聯盟,致力於將IP加入ZigBee技術中。
 
更重要的是,工業4.0中需要布建許多感測器,這些感測器和無線網路節點元件相同,需要工作相當長的時間,也無法時時進行換電池或充電,因此元件本身需要相當省電,與節電、低功耗相關的電源管理IC(PMIC)也將在工業4.0設備中扮演重要角色。
 
完整垂直與平行整合才能緊握商機:由於德國許多業者已著手進行工業4.0的佈局,西門子也因而更加瞭解工業4.0的精隨,因此為提供最完整的解決方案,西門子早已透過購並的方式,將該公司所有產品進行垂直與水準整合。鄭智峰強調,西門子產品可涵蓋企業、管理、操作、控制、現場五大層面,而這五大層面也就是完整的工業4.0架構。
 
 
不僅提供完整的工業4.0解決方案予客戶,西門子自家的安貝格(Amberg)工廠已符合工業4.0的需求。鄭智峰指出,透過建構工業4.0工廠的經驗,西門子除了強化自身產品完整度,也具備協助業者建置其所需的工業4.0工廠的能力。此外,西門子也積極與臺灣各界合作,以推升臺灣工業4.0的發展。
 
工業4.0其中一項目標是透過自動控制、元件間最佳化或疊加系統協調執行一項完整的生產任務,需要為硬體、軟體和系統設計提供新的解決方案。尤其是對現場處理分散任務的緊湊、堅固的解決方案,對獲取感測器資料、精心設計PLC系統與中央IT系統和雲端的通訊需求不斷增強。
 
臺灣浩亭(HARTING)總監林筆章認為,上述關鍵是從已建立的自動化技術轉向整合產業(Integrated Industry),即工業結合自動化和資訊技術,啟用新型商業模式、新的產品和服務,提高可靠性和生產率。為此,浩亭已在自家智慧工廠中實施廣泛的浩亭為您提供整合產業解決方案”(HARTING Integrated Industry 4YouHAII4YOU)
 
 
元件代理商搶分杯羹:最後,半導體元件代理商也在這波工業4.0浪潮中獲得新商機。若是欲進入工業4.0市場的業者,在沒有明確概念的狀況下,不知該採用哪些關鍵元件,或是想節省時間一次購足所需,那麼除原廠之外,代理商將是較佳的選擇。貿澤電子(Mouser)亞洲區技術支援主管蘇志倫提到,代理商不僅代理許多原廠的優質零元件以及被動元件,還建立應用與技術相關子網站,讓客戶可以最便利與快速的方式,構築工業4.0的應用技術藍圖。
 
安富利(AVNET)則與其合作夥伴提供完整的產品線,如多樣化開發平臺、各類傳輸協定、無線感測網路(WSN)解決方案、微機電系統(MEMS)等,協助業者最佳化工業設備,提高生產效率,並進一步節省人力資源成本。未來安富利也將進一步加入系統整合的部份,期可説明客戶選擇完整的元件產品,還可滿足客戶高度客制化需求。
 
網路+感測器工業4.0
由於目前工業4.0是片狀的發展,各家業者各自努力,未能串聯成全面的發展;也未有任何標準規範讓業者有所依循。因此工業4.0對多數業者而言,像一種如陷五裡迷霧的技術與市場,但工業4.0絕非只是在生產機器上加上網路與感測器那麼簡單。
 
 
鄭智峰指出,許多廠商對工業4.0真正的意涵並不相當清楚,認為在機器上加上網路與感測器就是工業4.0,事實上,業者忽略了感測器收集到的資料分析、更智慧且具自主性的機器人如何實現等等技術問題。
 
回歸先前提到工業4.0涵蓋的九項核心技術,要實現這些技術對相關業者而言,不是件簡單的事。德國累積了10多年相關技術能力,才能在2011年進一步提出工業4.0的計畫,並於2012年推動,因此業者若是只看到工業4.0市場的美好,而忘卻背後需要龐大的技術實力加持,不但無法真正瞭解工業4.0 究竟要做什麼,還會陷入不知該從何下手發展工業4.0的窘境。
 
大一統標準規範路遙迢:除了技術問題外,統一標準遙遙無期亦成為業者發展工業4.0的絆腳石。安富利臺灣總經理蔡守禮表示,目前工業4.0網路協定相當混亂,GoogleApple與一些IC供應商都各自有其解決方案,目前也尚未有任何跡象顯示會出現大一統的標準規範。黎柏均則認為,在有線傳輸技術部份,工業乙太網路可望成為工業4.0通訊標準技術之一。
 
值得注意的是,發展工業4.0時,業者勢必會面臨介面——也就是互通性——的問題。鄭智峰認為,工業4.0或許不需要統包方案(Total Solution),不過標準化相當重要,問題是目前標準尚未並定義,且標準化發展暫時不會出現,以至於目前工業4.0呈現廠商各自努力的現象。再者,許多廠商可能無力建構完整垂直與/水準整合的產品,而選擇跨業合作,但勢必會遭遇各家產品介面互通性問題,造成其客戶遭遇問題時,無法有效解決。
 
 
鄭智峰表示,國際大廠的確有主導工業4.0標準建立的優勢,不過小廠間的異業合作是否也能夠建立大一統的標準,仍需時間觀察。但大一統標準何時出現,實無法進一步由現階段市場發展現況來預測,而介面問題也將成為工業4.0發展的一大隱憂。
 
發展工業4.0 臺灣產業危機或轉機?
在全球工業4.0的同時,臺灣業者與政府也相當關注工業4.0。不過,臺灣發展工業4.0時將遭遇何種挑戰,將是臺灣廠商須留意的部份。鄭智峰分析,事實上,臺灣與德國製造業有相當相似之處,如依賴外銷、製造能力強、注重機械製造發展,且皆遭遇人口老化問題,因此臺灣業者借鏡德國廠商的發展歷程最適合不過。
 
唯臺灣與德國廠商仍有不同之處,即是德國擁有許多自有品牌,但臺灣多為代工,因此德國廠商能根據其產品所需與特性,清楚瞭解其該發展工業4.0九大技術中的那幾項;而臺灣廠商則由於都是依循母廠要求進行產品設計製造,因此尚未能掌握工業4.0的重點技術。
 
鄭智峰強調,未來臺灣製造業若仍是想以低成本、品質策略競爭,將可能連已積極發展工業4.0的中國大陸都無法匹敵。因此臺灣廠商在調整心態後,逐步發展工業4.0要求的九大項技術,再加上官方政府的推展及協助,進一步強化工業自動化程度。

 

 
另外,臺灣業者除了最佳化硬體制程、建立制程模組化外,還須全面整合自動化設計;而軟體平臺的建構則須從基礎環境整合開始,並建立工廠數位平臺、結合自動化設計,最後還需重視網路安全、工業4.0應用方式等,進而達成臺灣工業4.0計畫——“生產力4.0”目標。
 
Reference: http://3smarket-info.blogspot.tw/ 2016/03/40_11.html
 
 
 
發展生產力4.0全球就是台灣的內需市場

自從美國政府在2009年提出AMP計畫,德國政府在2011年喊出第四次工業革命(工業4.0)後,全球各國紛紛思考如何帶動國內製造業升級轉型,身為製造大國的台灣,當然也是其中之一,行政院目前正研擬「生產力4.0發展方案」,作為台灣產業升級與轉型的大戰略,希望藉由既有在資訊科技產業上的優勢,十年內創造人均產值提升30%以上,產業附加價值提升15%,打造台灣成為全球生產製造供應鏈的關鍵地位,同時以因應未來勞動人口減少的挑戰。

 

生產力4.0 提升所有產業的生產力

經濟部工業局局長吳明機指出,從AMP、工業4.0、生產力4.0、甚至大陸的中國製造2025,這幾個計畫的目標雖然相同,都是帶動製造業升級轉型,但是每個國家所面臨的難題不一樣,政策內涵自然也就不同,台灣之所以講的是生產力4.0而非工業4.0,其實是有其策略發展意義存在。

美國過往企業經營強調核心競爭優勢,也就是只做企業本身擅長的事,不擅長的業務委外給其他公司處理,在這樣的策略思維下,很多西方企業將製造外包,研發行銷創新留在美國,這種做法雖然讓很多企業能夠茁壯成長,卻也造成製造業產值下滑,美國製造業的GDP比重最低曾經掉到10%以下,這讓美國政府體會到製造業外移所帶來的影響,所以提出AMP計畫,強調數位製造、3D列印、奈米級技術等,希望用科技優勢把製造業帶回美國。

而德國是歐洲國家裡比較重視製造業的國家,也因此能長期維持國家競爭力、較不受歐債危機影響,當法國製造業的GDP已經掉到十幾個百分點比時,德國還是能維持在20~30%,所以德國在談第四次工業革命時,強調的是虛擬網路與實體設備的整合,透過物聯網技術和生產設備共同實現無人工廠的目標,這個目標需要長時間的資源投入才能達成,所以德國是從大企業開始推動。

而台灣不像西方國家有工業革命的歷史背景,在推動製造業升級轉型過程中,也就不適合使用工業4.0這個名詞,並且「所以我們提出生產力4.0,一來希望提升個人生產力,避免因為缺工問題而造成的產業危機,二來則是改善所有產業的生產力,包括服務業、農業等,而不單單只是製造業,」吳明機清楚說明生產力4.0的意涵。

及早因應未來缺工危機產業才能持續成長

吳明機進一步指出,缺工是台灣未來很重要的問題,根據國發會統計資料,台灣15-64歲勞動人口的數量,在2015年將達到最高峰1,738萬人,之後就逐年下降,預計每年減少18萬名勞動人力,到2060年時將降為960萬人,且年齡普遍提高。

「這個趨勢點出了台灣潛藏的產業危機,如果現在不開始提升個人生產力的話,台灣未來的整體產值與經濟成長都會停滯不前,甚至有可能往下掉,」吳明機一臉嚴肅的說。

其實,現在已經有產業感受到缺工危機了,過去幾年,缺工問題多半集中在製造業,但是從2015年開始,很多服務業相繼表示面臨勞動力不足的問題,因此以台灣未來的人口結構,加上大陸國際市場所帶來的挑戰,應該要將既有已很成熟的大量生產技術移轉到海外布局,再透過物聯網或雲端技術遠端管理,然後在台灣發展新的生產模式,培養少量多樣、隨時因應客戶需求的生產技術能力,這也是生產力4.0的主要目標。

即便過度投資也要跨入4.0產業

除了解決缺工危機、提升產業的生產力,「生產力4.0發展方案」還有另一個目的,就是增加創造新的機會。

由於產業在導入生產力4.0技術時,本身產品的設計、生產、銷售方法都要改變,在這過程中自然就有產生很多新的機會,過往生產自動化比較強調和設備有關的產業機會,而生產力4.0則是要結合資通訊技術,這是台灣一直以來的強項,透過台灣IT產業打下的紮實基礎,可以幫助台灣4.0產業在國際上的發展更順利。

吳明機強調,革命的特性,就是會產生好幾十年的影響,必須長期地投入技術、資金、人力才能順利發展成產業,換句話說,在革命發生的前十年,勢必會出現大量的技術和資金投入,如果在這個階段沒有跨入,以後大概就沒有機會,「所以當全球都在生產力工業4.0的起步階段時,台灣即便過度投資也要進入這個市場,錯過這個時機就很難推動台灣的4.0產業,」吳明機肯定的說。

產業集體學習一起邁向生產力4.0

在產官學各界的推動下,現今很多企業都已經認知到轉型生產力4.0的必要性,但是該怎麼做則仍在摸索中卻毫無頭緒,對此,吳明機認為,導入方法論很重要,最好借助跨國外大企業的經驗與技術能力,或是參考國內一些大企業的做法。

從產業別來看,最容易看到生產力4.0應用案例的就是半導體廠或顯示面板廠,半導體廠的生產設備本身就有很多感測器,且已經智慧化,亦即內建晶片、具備連網能力,所以要往生產力4.0的方向發展比較容易,例如台積電目前就正在發展導入巨量資料在製程上的分析應用。

但不是每個產業都像半導體業一樣具有這樣的能力,所以在發展生產力4.0時,必須視每個產行業不同的發展狀態給予處方,甚至可以學習過往A-Team這樣的精神,號召產業集體學習,透過這種方式才能導入生產力4.0提升產業的整體競爭力,「總不能供應鏈的上游已經邁進生產力4.0,下游還停留在生產力2.0或3.0,」吳明機半開玩笑地說,所以要透過政策輔導塑造產業集體學習氛圍,並視產業狀況來調整推動策略。

除了產業導入生產力4.0技術外,台灣的4.0產業也必須一步步建立起來,才能滿足企業需求。

吳明機表示,政府目前已經開始協助一些傳統的設備業者走向智慧化,以沖床設備為例,原本只是簡單的控制線路和控制器,透過重力加速度的控制讓工件成型,智慧化後賦予沖床設備資料搜集的能力,可以將出力值、工件加工情況、機台震動力道…等資料傳至雲端系統,系統分析判斷後再回饋給設備做改善。

雖然,目前智慧設備在傳輸協定、資料格式上還沒有統一標準,但是已經有一些國際組織在討論這件事,未來隨著標準正式推出,台灣也要有一套機制協助設備廠商推出內建生產力4.0能力的智慧設備。

「生產力4.0科技發展方案」是院級計畫,也是國家發展的重點政策,未來,工業局在協助推動生產力4.0時,將整合工業局登錄單位的能量成立「生產力4.0專家團」,針對重點產業籌組「重點產業跨域服務團」,再推動相關公協會成立生產力4.0委員會,提供領域專業知識及關鍵需求,從中建立重點產業的生產力4.0整體解決方案,逐步帶動整體產業升級,提升國際競爭力。

組織架構與業務內容

組織架構與業務內容

 

 

 

生產力4.0推動架構

德國工業4.0以網宇實體系統(CPS)為主,美國強調資通訊加值服務,台灣結合兩者優勢以及精實管理推動生產力4.0

運用網宇實體、物聯網、智慧機械/機器人、巨量資料及精實管理等技術,應用加值於電子資訊、金屬運具、機械設備、紡織與食品等製造業,提升產業附加價值與生產力,創造整體產業下一波成長新動能。

生產力4.0推動架構

 

 

 

重點產業

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