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 為 “ 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 System ,CPS) 、物聯網(Internet of Things ,IoT) 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。
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 Robotics ,IFR) 估計,2014 年全球工業機器人市場銷量約22 萬5,000 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26 萬4,000 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RX 、R-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 4You ,HAII4YOU) 。
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。
VIDEO
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,Google 、Apple 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“ 瘋” 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。
VIDEO
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。
VIDEO
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。
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。
Reference: http://3smarket-info.blogspot.com/2016/03/40_11.html
留言列表