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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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萬物聯網 邁向全方位智慧生活

撰文/許慈倩 圖片提供/工研院、法新社、路透社

拜網路與科技產品日新月異之賜,人類迎來了「人與人」、「人與物」及「物與物」萬物相聯的全新世代,這個新時代所意味的正是以包括行動網路、網際網路、雲端運算、大數據、互聯網,以及虛實整合的智慧製造革命等資料應用為主的資訊經濟引領風騷,無限的創新經濟商機就此揭開序幕。

環境問題日趨嚴峻、企業間的競爭不斷加劇,這是全球企業共同面臨的問題。世界各國無不冀望物聯網所帶動的產業進步,可以實現按訂單生產、提高能源效率、優化企業資源、產業鏈的整合更具競爭力等,來解決企業,乃至人類生存的難題。從工業製造到人類生活的應用層面,企業必須思考的是如何在越演越烈的跨界整合中扮演創新者的角色,以智慧帶動商機。
 

智慧製造成為產業發展引擎

製造部門向來是逐「廉價土地與勞動力」而居,但是這樣的思維已經使越來越多國家因產業外移而陷入空洞化的危機中。因此,各國開始企圖將製造業拉回本地,而將資通訊技術融入製造體系,以智慧製造提高競爭力開始成為各工業大國的政策重點。其中最受矚目的應屬德國於2011年漢諾威工業展所提出的工業4.0概念。

18世紀末瓦特發明蒸汽機,為人類掀起第一波工業革命,20世紀初福特汽車流水式生產和現代管理學的應用帶來第二次工業革命,1960年代導入自動化技術體現了第三次工業革命,而今全球製造業正邁進第四次工業革命。工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)經理熊治民解釋,工業4.0主要是將資訊科技應用與智慧設備融入製造體系,以智慧工廠和網宇實體系統(Cyber-Physical Systems; CPS)為核心應用平臺,達到智慧生產、綠色生產、都市內生產等目標。他指出,物聯網在製造領域應用上,具備了廣度(如跨設備、跨系統、跨部門、跨廠、跨企業)、深度(如連結商務經營、企業資源規畫、製造執行、生產線、控制與感測、工件與產品)和異質(即串聯各種價購網路平臺)的特性,同時具備了即時性,例如可即時擷取資料、儲存、傳輸、運算分析與散布等。

「當IoT融入製造所產生的上述特質,透過巨量分析,就可使資訊累積並萃取出知識,形成可用於決策最佳化的智慧。而當人、機器、資訊被CPS連接在一起,便可達到連結實體與數位資訊,做到對實體工件與設備的控制。」熊治民說,德國部分企業已經發展出能滿足工業4.0部分應用需求的產品,包括ABB、Kuka、Bosch等公司所推出的機器人,可以與人協同合作,而Festo的智慧生產線可進行自動上下料、自動組裝檢驗與分類等,並在工件傳送盒的底部裝設RFID來實現智慧設備、智慧產品和智慧製造流程。

而和工業4.0類似的策略,有美國的先進製造業夥伴關係(AMP),英國的「高值製造策略」,亞洲國家也不落人後,韓國喊出「製造產業創新3.0策略」,日本則有工業4.1J計畫,中國大陸有「中國製造2025」規畫,臺灣則是生產力4.0。毫無疑問的,第四波工業革命已經如火如荼展開中。
 

是革命(Revolution)還是演進(Evolution)?

工研院南分院雲端服務中心副主任程瑞曦補充說明,工業4.0是以ICT的導入來強化製造業的生產能力,以因應現有製造業的挑戰。如何從困境中突圍,首先就要在觀念上有所改變,包括「相信」ICT的運用可提升製造能力,以及分散式製造可以成真等,這是觀念上的革命;而在現實世界中,如何將舊產線的品質/良率提升,逐步將資通訊技術與設備建置於工廠中,這就是一種演進的過程。

程瑞曦說,許多企業主一聽到智慧工廠,以為要把舊廠房、舊設備等一律淘汰,然後就會因為成本問題而裹足不前,其實在智慧密集的生產革命中,重點是典範轉移,也就是針對市場需求和社會趨勢,重新定義產品規格和相關產業標準。「重點在於盤點自我工業化、生產力的程度,進而規劃與執行精進自我競爭力的方案。」

過去談自動化,就是把所有程序想好,將程式寫在控制器上,但是機臺會老舊,環境也會變,現在工廠需要的是「智動化」。例如,車廠烤漆會因為季節不同,溫度、溼度等有異,在調配漆料以及施作上有別,過去要靠有經驗的老師傅來克服,但現在透過巨量資料、雲端等技術就可以調整,這就是善用物聯網的優勢。從另一角度來看,如果企業中有各式各樣的資通訊軟體及設備,但是不加以聯網,意義就不大。這就好比人類已有蓋超高大樓的能力,但是如果不配備電梯,高樓不可能普及。
 

智慧製造世代 機器人打前鋒

工業4.0是工業大國企圖將製造業重新拉回自家院子的政策,事實上,不只在國外掀起波瀾,臺灣也成為受惠者。台達電子機器人事業處處長彭志誠就透露,供應全球一半以上水龍頭與衛浴相關設備、為臺灣創下外銷榮景的水五金產業自今年起將全部在臺灣生產製造,「這便是拜工業4.0之賜。」他說,有效的資料可能在雲端、在機器中,只有運用相容介面動態且彈性的加以整合應用,才能帶動產業升級。資料可以透過專家變聰明,才具有意義,而要實現智慧生產,機器人是不可或缺的要角。

扎根機器人領域超過20年的台達電子,從早期的變頻到時下的視覺感測,演進至今,彭志誠提醒,不同單位對於機器人有不同需求,例如當我們把機器人放進生產線,使得產能提高且工作人數減少,但是在其他單位,例如採購,因為產量增加,在原物料進貨上可能就需要增加人手,因此智慧生產不見得會使企業大量裁員,但人力結構調整是有可能的。做為智慧機器人供應商,他認為提出的解決方案必須有整合性的考量,企業才會願意買單。

在機器人運用上,台達電子的桃園和大陸吳江廠皆已採用自家機器人,除了在能源效率上有出色表現外,也補足了某些工作崗位人工利用率低的缺點。另外,以吳江廠輸送帶追蹤對位塗膠工作站為例,人工作業時,膠量和點膠位置無法精準控制,且常有漏點膠的情況發生,而智慧化的動態點膠機用於現有流水線PCB板點膠,不需任何治具固定,一旦偵測到元件進到作業區,便進行3D取像、對準位置,通知機器人跟隨輸送帶追蹤即可同步完成點膠動作。彭志誠更指出,台達機器人已成功導入各產線,舉凡塗膠、鎖螺絲、銲錫、插件、取放、移載等電子組裝工序,以及金屬、橡塑膠製造行業等不同產業都可見機器人的身影,達到更智慧、更環保以及人機協同合作的效率。
 

智慧城市的創新與投資驅動力

工業4.0除了是以智慧製造為主導的產業升級,同時也是一場商業革命和鋪天蓋地的生活型態革命,將為人類帶來全方位的智慧生活,因此,打造智慧城市也是各國推升經濟的重要戰略手段。例如美國孟菲斯推動智慧城市,以智慧電網進行電力、瓦斯、自來水的管理;透過相關計畫降低重大案件發生率等。南韓的IoT實驗平臺計畫則以整合汽車、醫療保健、能源、城市生活、工廠等核心領域的基礎設施和科技,促進新產品和服務的開發,俾利提早進行商業化。印度則有古茶拉底國際金融城企圖力拚杜拜、新加坡等國際金融中心,更要將ICT技術與設備導入社區與工業區,目標是在2025年於全國打造100座智慧城市。

在政策領頭下,智慧城市百花齊放,例如新加坡政府提出「Smart Nation 2025計畫」展現打造世界第一智慧國的雄心,重點項目涵蓋健康照護、交通與災害防治、網路安全、新創企業和教育等。星國政府並在裕廊湖示範區試驗15個小型解決方案,初步探索智慧國的運作模式,於區內設置1,000個以上感應器,透過AGB集中感應器所蒐集的資料,經由寬頻網路傳輸,透過資料分析、演算法開發,將資料轉換為可用資訊以服務大眾。英國則以為期五年的Bristol Is Open計畫,要打造第一座基於軟體定義網路(SDN)的城市,建立一個完全可程式化、靈活、彈性,且涵蓋全市範圍的網路環境,以利於推展雲端運算、物聯網、無人駕駛車、智慧交通與能源管理等城市創新應用服務。

臺灣在智慧城市推廣上也不遺餘力,政策面涵蓋已啟動的4G寬頻智慧應用城市計畫、開放資料與網路智慧新臺灣白皮書及智慧國土規畫等。工研院產經中心產業分析師蘇明勇表示,臺灣從2004年迄今共有五座城市獲得智慧社區論壇的前七大獎項,其中臺北市和臺中市更曾榮獲年度全球最佳智慧城市獎。至於企業更感興趣的應該還是生產力4.0如何協助企業導入智慧化而順利轉型升級。

他以智慧城市產業化為例指出,技術只是手段,重點在於「想要解決什麼問題」,而在地發展就是一個好的切入點,因為城市的機能就是要滿足人的需求,因此整合在地產業生態、尋求更多利基應用正是全世界打造智慧城市的一個共通法門。

以臺北市自2009年推動的YouBike為例,這是一個創造市民、市府與企業三贏的方案,五~六年來已減少3,200噸以上的碳排放量,並且透過雲端系統達到方便查詢的便民措施,創下每日每部車12次的全球最高周轉率等。此成功經驗除已逐步擴展到新北、新竹、臺中、彰化外,並可整廠輸出,複製到國外,目前已有中國大陸、馬來西亞、新加坡、日本等國城市洽談中。
 

智慧醫療 分齡、分眾的貼心照護

在全球關於智慧化的倡議與論述當中,健康醫療是個從不曾被忽視的議題,畢竟高齡化是全球所共同面臨的嚴峻問題。根據聯合國統計,至2050年60歲以上人口比例占20%的國家將超過2/3,照護與醫療需求迫在眉睫,龐大的健康支出將成為財政上的一大負擔。而透過強化健康促進與疾病預防,在健康生活型態下減少健康照護支出是大勢所趨。
工研院產經中心副組長張慈映表示,經由行動裝置、健康App、雲端運算、巨量資訊、物聯網,將資料分析加值後,將為健康照護帶來重大突破。包括和智慧家庭聯結、分眾市場出現;且健康服務會趨向即時、多元、精確、具高度可預測性,可提供客製化的健康生活方案,以達成促進健康、降低醫療成本的目的。而資料樣態改變也將帶動產業跨業整合機會,透過聯盟合作形成從點到面、企業到聯盟、個人到家庭的典範轉移。

從健康管理、疾病預防、疾病診斷及治療到復健等領域,智慧健康醫療應用服務有不少可借鏡的案例。如美國Kaiser Permanente(全美最大非營利醫療保險公司)透過與疾病研究單位、科技公司、社區、學校等單位異業結盟,提供完整的健康保險產品與諮詢服務,針對客戶需求提出不同的健康保險方案。讓Kaiser從一家單純的保險公司,透過資訊加值可以提供給客戶保險管理之外的醫療管理、風險管理和健康管理;至於美國的Validic公司則打造一個整合健康/健身/醫療領域的跨國平臺,這個智慧健康生態系平臺,由於資料取得方便、容易,而且資料是屬於FDA第一類醫療器材數據系統,為標準化且安全的資料,加上該平臺提供一對多的連結,客戶可透過裝置和平臺直接取得行動健康資料。目前除美國本土外,也成功進行海外布局,包括英國、澳洲、葡萄牙、巴西、南非等國都有其客戶,全球使用該平臺者已超過上億人。

張慈映提醒,要投入智慧健康醫療的業者必須先了解「在這個領域中的關鍵問題是甚麼?你能提供怎樣的解決方案?而更重要的是如何將智慧系統,包括穿戴設備、資訊平臺、醫療設備、決策系統等等,帶進營服模式中。」她也認為臺灣廠商在這一塊有很大機會,只是一直以來臺灣廠商習慣單打獨鬥,如果能夠摒棄門戶,結合各自優勢,進行產業的水平與垂直整合,勝算將會大出許多。
 

萬物聯網 成功來自網路

物聯網的蓬勃是不可逆、不可抗拒的事實,臺灣國際標準電子市場開發部資深經理鄭偉中觀察到在2014年底,行動聯網的裝置數量已經超過世界總人口數,「代表黃金交叉已過,接下來就是IoT和M2M(機器對機器)需求起飛的開始。」確實,從去年底到今年七月,才半年多的時間,聯網裝置已達75億,比全球總人口73億人又多出二億。而鄭偉中說「這才只是開始!」
萬物聯網讓智慧城市成真,如果光從數字看確實很樂觀,但是這幾年下來臺灣廠商卻沒有賺到錢。他認為在這個產業演進越來越快,企業之間必須一起前進,而且是立刻出發的時代,臺廠的跨業整合必須積極進行。在國外,包括電信商和交通公司合作,網通業者和警察部門合作都已非特例,他強調,成功的企業不只能在地化經營,還能輸出經驗進行全球布局。

以阿爾卡特-朗訊Alcatel-Lucent為例,在臺營運40年就參與過許多重要的電信建設,如光傳輸網路、智慧網路、數位微波等。而該公司也將LTE技術引進臺灣,提供LTE測試環境給臺灣廠商,以加速4G終端設備發展。更透過在臺的創新中心(為亞太區首座,也是繼法國、美國及巴西後全球第四個據點),提供服務供應商與企業客戶親身體驗及實際操作經驗,以促進臺灣產業發展並與世界接軌。資通訊技術一日千里,知識與經驗的擴散、分享帶動智慧革命,也是企業獲取商機之道。

然而,當科技演進帶給企業美好的想像和實踐基礎的同時,其中挑戰也不小。友訊科技行業方案事業部資深處長翁濂松提醒,企業在投入之前應先思考三個問題:第一、這是不是一門好生意;第二、如果是,為什麼不是每個人都賺得到錢;第三、贏家的邏輯和營運模式是甚麼。以智慧家庭商機為例,每家廠商所推出的產品和服務差異性並不大,可能企業也常納悶自家產品不比別人差,但生意就是沒有起色。他直言,企業常犯的錯誤就是對市場了解太少、對競爭者卻又知道得太多。例如消費者家裡想掛幅畫,去到賣場發現琳瑯滿目的工具,但很可能左看右看就是買不下去,「因為我們都忽略了他只想鑽個洞而不是買電鑽。」其實這就像很多智慧家庭業者自己的住家也很少會使用整套的產品一樣,大家都只會買自己所需要的。

當政府帶頭喊出「決戰物聯網」,程瑞曦建議,要搶攻物聯網商機,首先要知道客戶在哪裡。臺灣在消費型應用上,包括穿戴式、車載應用和智慧家庭等,已經具有基礎建設方面的優勢,企業方面仍以領域需求和投資為主,包括智慧農業、智慧工廠和智慧服務等,正由網通裝置往系統面發展。至於由政府主導基礎建設的智慧城市,如智慧電網、智慧環安及智慧運輸等大型系統,則宜以漸進方式營建指標型的案場來帶動。無論如何總是要先知道「痛」在哪裡,再來評估所能負擔的成本,多數企業都難以一次到位,循序演化是較為務實的作法。

物聯網對臺灣是關鍵戰役,企業要用對方法,才有機會脫胎換骨,也才能真的在市場上獲利。
 

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