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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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下一波工業革命 工業4.0顛覆科技想像

撰文/編輯部 圖片來源/工研院

<德國倡議的工業4.0(Industry 4.0)係結合機械製造、電子電機和資通訊(ICT)等3大產業構成的智慧製造,而這3大產業都是臺灣的優勢,當工業4.0成為德國傾全力發展的國家策略之際,攸關臺灣未來經濟發展榮枯的策略在哪裡?朝野間又應如何迎戰下一波工業革命浪潮,找到臺灣另一個轉型升級契機?

工業4.0是物聯網加工廠的概念,相較於過去的工業3.0,最大差異是大量生產可轉向為小量客製化生產,而且成本更低、效率更高」,致力於工業4.0發展的工業電腦龍頭廠研華董事長劉克振在由工研院主辦的「解密科技寶藏:工業4.0趨勢論壇」中,點出了臺灣要積極邁向工業4.0的重要性,他強調,臺灣絕對不能在此潮流中缺席。

工業4.0是臺灣製造業發展新契機

工業4.0是全球先進製造國家下一波的競爭舞臺,也是臺灣製造業發展的新契機,結合了機器人、物聯網、自動化產線。這些工業4.0的概念將傳統的生產線產生大幅變革,新世代智能工廠即將誕生,是臺灣製造業升級的契機。

18世紀末,人類藉由水和蒸氣,進入機械化生產時代,20世紀應用電力,生產變得更有效率,不到50年的時間,電腦、數位科技進入工廠,更增加精密度與效率,現在,加入物聯網,智能工廠的潛力即將爆發,加入網路後的智能工廠,將和競爭對手產生區隔性和不可取代性。

工研院產業經濟與趨勢研究中心主任蘇孟宗表示,表面上臺灣內需市場很小,其實臺灣最大的內需市場就是散布在全球的工廠,當融合消費者需求應用的物聯網和工業4.0結合,生產變成從設備自動化演進成工廠智慧化,少量多樣、分散製造、快速回應將成為製造業競爭的核心。

既然製造業升級為智慧製造對臺灣如此重要,發展工業4.0又將面臨哪些挑戰?劉克振表示,第一是無線低耗能的IC的問世與大量應用,電信商及資通訊廠商應如何參與其中;第二是大型系統集成廠商的養成,他認為政府應該像當初發展半導體工業一樣,帶頭去育成幾家大型的集成廠商,搶占先機。

智慧機器人扮演關鍵角色

智慧製造為實現智能工廠的第一步,從關鍵的機器人技術開始。智慧機器人應用將在工業4.0時代扮演關鍵角色,1981年起國際上使用機器人的數量進展緩慢,到近5年才大幅成長,尤其2011年後成長幅度更明顯,平均從2008年到2013年機器人數量成長率達12%,單2013年全球使用17萬多個生產機器人,中國大陸、美國、德國、日本都是使用生產機器人的大宗。一般觀察機器人使用的密度是以每1萬員工有幾個機器人來當指標,韓國是1萬個員工裡面大約450個機器人在工作,臺灣大概是每萬人150個,與美國、法國、義大利、西班牙水準接近。

在經濟部技術處的補助之下,工研院已研發出3D視覺能力的機器人,並且靠著矩陣感測器,能判斷夾取物件的位置、方向、力道大小。其中許多的技術進步概念是靠著軟體、知識背景提升硬體能力,而不是靠軟體,這是工業4.0很重要的概念,例如用學理上面的動力學、機器結合的模型方式,讓定位精度大幅提升。

以前自動化機器時代,是靠中央控制器,對馬達發出指令,進入到工業4.0的智慧工廠、智能製造時代,廠內每個設備都連上物聯網,因此成功的關鍵在於模組的3C能力,第一個C要能computing,無論是馬達、幫浦、或是壓縮機,要自己能夠計算,再來是能夠傳輸的communication能力,第三個C是它能夠control的境界,每一個本體模組內要能控制、要能計算和傳送。

簡單來說,將來在手機上操作,經過雲端、透過指令,可以直接下指令給軸承、馬達,直接跳過中央控制器,將原本金字塔型的控制系結構,壓成了平面,更具彈性與效率。

臺灣具備3C關鍵能力

張所鋐指出,從這3C的能力來看,臺灣在電腦計算、通訊的技術已經是世界一流,但在第3個C的control中,則應該加強sensor(感測器)的部分,「但在3強中臺灣已占2.5強,對於進入工業4.0時代,臺灣站在有利的地位。」張所鋐信心滿滿。

在去年,美國白宮科技顧問室向總統歐巴馬提出AMP 2.0(先進製造夥伴關係Advanced Manufacturing Partnership; AMP)計畫以提升美國製造業在國際地位,並定位研發創新技術、人才培訓、培養商業氣氛3大支柱,每一個支柱各規畫20億美元預算。

臺灣也不希望在工業4.0的國際浪潮中缺席,因此多管齊下投入資源。如由經濟部工業局編列經費補助中小企業在工業4.0上的發展,科技部則編列預算讓學界來做基礎研究,教育部也規畫如何在課程中訓練人才。最大宗的人才培育宜從學校著手,可由教育部、科技部聯手,在大學課程中以「工業4.0」學程培養學生,像10幾年前推的奈米科技學程一樣。臺灣製造業占GDP產值約20%~25%,提升製造業的效益,即是增加國內的經濟成長實力。

劉克振認為,工業4.0在臺灣要推動成功,政府應該育成大規模的集成業者。他強調,在過去的產業,集成商並不重要,例如在15年前,大家都認為搜尋引擎是全世界最不賺錢的公司,過去也沒有Facebook,後來網路出現了騰訊、阿里巴巴、Google等網路服務公司。現在當紅的「物聯網」則是一個新的世代,各國立於同一基準點上,他認為臺灣的機會很大,最重要就是一個集成的產業。

他進一步說明,雲端軟體這一層就是集成業者,有了軟體,SI(系統整合)和自動化工程師才能將應用放在雲端上面,集成業者之於工業4.0就像是Android之於App 一樣,臺灣要做一個工業的Android,使得集成商可以在上面加工,這就是智慧工廠發展的關鍵。

劉克振指出,沒有集成商只能小打小鬧,無法成大事,他認為臺灣應該育成中大型的集成商來服務產業,包括設備業、食品藥品、金屬加工等產業機會都很大,再加上有大中華市場作為後盾,前景十分樂觀。

臺灣現階段面臨產業迷航,劉克振表示,當年前行政院長孫運璿宣示全力發展科技業,政府傾力育成像台積電一樣的企業,才能造就臺灣一波高科技榮景。面臨工業4.0的國際趨勢,政府也要有能力去育成大型的SI集成商,培養發展工業4.0的骨幹,為臺灣下一波產業榮景奠定基礎。

當融合消費者需求應用的物聯網和工業4.0做結合,生產變成從設備自動化演進成工廠智慧化,少量多樣、分散製造、快速回應將成為製造業競爭的核心。

新聞小辭典


何謂工業4.0


蒸汽動力帶動機械化生產是第1次工業革命,電力帶動大規模生產是第2次,資訊化是第3次,第4次則是全球製造業的下一步,即生產全面聯網的智慧製造,在這樣的架構下,生產計畫會視工廠或消費者的需求即時調整,而所有的資訊會在產品與生產設備間透過網路傳遞,產出最能達到生產者理念或消費者需求的產品。工業4.0於2011年首度在德國漢諾威工業展被提出,德國政府隔年訂為國家重大政策,由聯邦教育及研究部和聯邦經濟及科技部雙主導,結合傳統機械業、電子電機業及資通訊業,建立產官學研共同平臺,全力推動。





工業4.0的迷思:


機器會百分之百取代人力


在發展智慧製造的過程中,人力可能被機器人取代的議題也引發社會學家、經濟學家的高度關注。事實上,以德國西門子公司的四川成都廠為例,目前其工廠自動化只有50%,然而所訂定的目標是希望4年內到達100%自動化,此舉是否意味有更多員工的工作將被機器人取代?西門子的規畫並非如此,即4年後當工廠自動化到100%時,產能會提升4倍,相對的,人力必須增加2倍。




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