『您的瀏覽器不支援JavaScript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器JavaScript狀態』

跳到主要內容區塊

工業技術研究院

:::

工業技術與資訊月刊

出版日期:

正方形 Icon 專欄 Column

工業4.0為臺德合作開新局

口述/Robert Herzner 整理/胡家璇 圖片提供/工研院、fotolia

德國經濟辦事處科技組資深經理何若白(Robert Herzner)受邀蒞臨工研院,從德國的觀點講述工業4.0(Industry 4.0)的政策架構、計畫緣起、衍伸出的機會與風險,以及臺灣企業參與這波新浪潮的著力點。

「工業4.0」一詞首次出現,是在2011年的漢諾威工業博覽會上。工業4.0是一種將製造業數位化的概念,結合德國既有的工程優勢與新興的大數據分析,讓人、機器與虛擬環境互動。換言之,藉由整合物聯網(IoT)和虛實合一系統(Cyber-Physical System),製造業得以隨時因應工廠或消費者的需求靈活彈性地調整生產流程,而所有資訊會在產品與生產設備之間透過網路傳遞。如此一來,未來的智慧工廠可在不大幅提高成本的前提下,大量生產多元產品,亦能和競爭對手產生區隔性和不可取代性,此種全新的生產方法又被譽為「第四次工業革命」。

18世紀興起的第一次工業革命係因蒸汽機的出現帶動機械取代人力,此時期生產數量仍少,但種類繁多。19世紀的第二次工業革命以電力為能源,驅動大規模生產,但為追求快速與標準化,工廠建立生產線,生產種類漸趨單一。

20世紀的第三次工業革命有了電子與資訊科技的加持,進一步提高製造精密度與效率,然而此時消費者開始厭倦千篇一律的產品規格,轉而要求能突顯個人風格的客製化產品。

進入21世紀後,全球化、地區化、個人化、複雜化意識抬頭,結合軟體與網路的第四次工業革命,也就是工業4.0便應運而生。

德國傾產官學界之力推動工業4.0

2013年,德國機械、電子電機及資通訊三大產業協會成立「工業4.0平臺」,針對工業4.0的技術、標準、商業模式等進行跨產業的交流。今年,德國政府正式啟動升級版的工業4.0平臺,由聯邦教育及研究部和聯邦經濟及科技部主導,共同資助1.2億歐元,建立一個產官學界交流資訊、彼此協作的平臺,對中小型企業尤其有幫助。

參與此對話平臺的企業不僅包括Bosch、SAP、西門子等德商,甚至還有瑞士-瑞典跨國公司ABB和美商惠普等外國大廠,學界則包括達姆施塔特工業大學(TU Darmstadt)、慕尼黑工業大學(TU München)等一流學府,研究機構包括夫朗和斐應用研究促進協會(Fraunhofer IAO)、德國人工智慧研究中心(DFKI)等,產業協會則有德國電氣和電子製造商協會(ZVEI)、德國資訊通信及新媒體公會(BITKOM)等等。其中,做為產學界之間橋樑的是德國國家工程與科學學院(acatech),專責資訊傳遞與技術移轉。

在這個平臺下,德國政府亦規劃了協助新時代勞動力適才適所的「發展4.0計畫(Development 4.0)」,以及打造能處理複雜工作的「自主機器人計畫(Autonomic for Industry 4.0)」。目前升級版工業4.0平臺參與者已組成新的工作小組,針對工業4.0標準化、技術研發、資訊安全、人才培育、法律框架等五大面向進行討論,並將在2015年11月提出首份結果報告。

「It’s owl」計畫推動ITS技術躍進

另外值得一提的,是目前德國工業4.0策略下最大的聯邦政府資助計畫——「智慧科技系統群聚計畫(Intelligent Technical Systems OstWestfalenLippe)」,簡稱「It's owl」。

2012年,德國政府將位於北部OstWestfalenLippe地區的高科技產業聚落定位為專門發展智慧科技系統的領先科技聚落,目前已有多達174家企業、大學、研究機構、協會組織加入此聯盟,致力於推行從機械電子到智慧系統的大躍進,且已開發出46項產品。

智慧科技系統是一種科學自動化平臺,利用軟體在工廠裡控管和處理數據,廠內設備透過無線網路彼此互動或與環境溝通,機器不僅能自我學習達到最優化,需要維修亦能及時發出通知,預防損害。

雖然德國正如火如荼地推動工業4.0,但目前尚未出現真正的工業4.0工廠,頂多只有DFKI的試驗智慧工廠稱得上「工業3.8」。這座成立於2005年的試驗工廠是公私部門的合作成果,透過將生產過程模組化,目前已能夠依據客戶指定的規格生產洗潔劑空瓶,且所有產品都有無線射頻識別(RFID)標籤,可自行掌握自己的生產流程。

德、中、美角逐製造業龍頭地位

事實上,德國並非唯一推動製造業升級的國家,美國和中國大陸已有自己版本的工業4.0。

美國早在2011年便提出「先進製造夥伴關係(Advanced Manufacturing Partnership)」,並廣邀產學界參與,包括麻省理工學院、密西根大學、Honeywell、Caterpillar等重量級機構都是成員,其最終目的是提升美國本土的製造能量,促使部分製造業回流。

另外,去年新成立的工業網路聯盟(Industrial Internet Consortium)則為一家會員資格開放型組織,目前成員包括GE、IBM、Intel、Cisco等100多家公司,致力於開發物聯網等與未來生產相關的技術,從而提升生產效率及優化價值鏈。

眼見德、美兩大國為提升製造業價值卯足全力,中國大陸亦不甘示弱地為先進製造擘畫了藍圖,而且是一項著眼於2050年的長遠計畫,名為「中國製造2025」。此計畫從「十二五」開始橫跨三個五年,預計將大量投資先進製造相關設備,並開發應用資通訊技術為主的智能生產系統,顯見中國大陸希望利用「三步走策略」的長期性戰略規畫,從「製造大國」發展為「製造強國」。

智慧製造的隱憂

然而,智慧製造並非毫無缺點,目前看來有以下四大隱憂:
第一,科學技術發展有賴法律保護,但目前針對軟硬體結合的相關智慧財產權的保障並不健全。
第二,智慧製造有賴多種產業與技術規格互通,但相關技術標準尚未制定。德、中、美三大國在製造業升級這場角力戰中各有優勢,誰能成為標準制定者還有待觀察。
第三,以後將是機器與機器之間彼此對話的時代,預估到2020年時,全球連網的機器將達32億臺,比現在成長了540%。機器自主性大增之際,該由誰來負責監控機器之間的資訊傳遞?是數據平臺營運商?程式開發者?還是系統營運商?
第四,數據、資料的隱私性不足,目前全球有數十個網路犯罪組織,對資訊安全帶來莫大威脅。單以德國為例,2013年便有30%的公司面臨資安問題,為解決網路攻擊造成損害的投資更高達460億歐元。

未來機器與系統將存放更大量的數據,但並非所有數據都與製造流程相關,有些可能是攸關使用者或公司的機密資訊,例如,智慧汽車會記錄駕駛者的行駛地點、時間、速度,智慧工廠則會記錄企業的營業秘密。在人類享受機器自主溝通的方便性時,如何兼顧資訊安全與隱私仍是有待克服的問題。解決方法之一為使用假名(pseudonymization),使涉及隱私與機密的資訊與個人或企業脫鉤,另外也要強制所有參與虛實合一系統的人員自我管理數據使用、簽署保密協定(特別是國際之間),再加上定期稽核與認證。

21世紀的製造業不同於以往,客戶對生產效率、速度及靈活性有更嚴苛的要求。生產效率不單指員工的生產效率,速度也不是指在短時間內製造出多少產品,而是要具備應對客戶多樣化需求的靈活性,以盡可能縮短上市時間。

若要加強效率、速度與靈活性,製造業必須轉向「隨需生產」,也就是先瞭解客戶需求,再即時制定生產計畫的新運作模式。在此模式下,生產計畫將不再是提前幾個月或者幾年制定,而是按照最新的情況靈活調整,資訊和指示將在產品與生產設備之間即時互通,實現生產流程優化,從而製造出面面俱到的產品。

智慧製造關鍵在人才培育

若將工業4.0具體化,未來工廠將以全新生產流程運作,除可垂直與工廠及企業管理流程形成網路外,亦可以水平透過網路與外部供應鏈結合,即時控制整個從訂單到交貨的價值創造鏈。此外,智慧工廠還可同時整合產品及其生產系統生命週期,增加資源應用效益以避免不必要的浪費,降低存貨及縮短客製化產品交貨時間。

更重要的是,儘管工業4.0強調智慧生產,但「人」的重要性並不會亞於現在,因為人的角色將轉為針對產品、系統以及量產設備定義量產的規則與目標,並進行相關的規畫,這是虛實合一系統無法取代的工作。換言之,從業人員從傳統的機器操作者晉升為生產決策控制者和流程管理者,重點在於「人機協同」合作。

因此,工業4.0的發展不太可能導致工廠完全不需要人力,反之,隨著知識密集與產量成長,智慧工廠所需的勞動力將更專業,其跨產業、跨領域的能力要求也更高,因此對於企業而言,人力資源的培養將是關鍵。

經濟效益可觀

德國政府堅信,工業4.0是大勢所趨,且將帶來龐大的經濟利益。預計到2025年,IT產業可望使德國產業毛附加價值攀升23%,半數德國IT企業將已開始或準備開始提供工業4.0的相關服務和產品,德國生產力可望提升5%~8%,GDP可望年增長1%,就業機會成長6%。

若放眼全球,至2020年,整合或內嵌有智慧製造特性的產品將成長80%至1.8兆美元,無線射頻識別應答器(transponder)市場將成長一倍至220億美元,機器對機器(M2M)市場將擴張為現在的五倍至2,420億美元,GDP可望年成長2.5%,至2030年所消耗資源可望減少270億歐元。

至於臺灣,若成功落實工業4.0轉型,至2024年時,製造業的人均生產力可望增加60%。儘管臺灣在一年多前才引入工業4.0,但是,臺南的宏遠紡織廠卻已將工業4.0的概念導入工廠中,無疑證明了臺灣製造業雖多為中小企業,但絕對具有智慧製造的潛力。而且,德國聯邦教育及研究部亦視臺灣為與中、日、韓、星、英、法等國相當地位的合作夥伴,甚至已派遣團隊來臺訪問、尋求合作機會,顯見臺灣實力備受肯定。

只要臺灣密切關注並順應國際趨勢,不論是採用軟體讓國內製造業升級或供應硬體予國際合作夥伴,都將有大好的機會搭上工業4.0的順風車,在智慧製造中站穩一席之地!

下載全文PDF Icon下載全文PDF


[{"text":"企業網","weight":13.0},{"text":"材化所","weight":11.5},{"text":"機械所","weight":10.0},{"text":"綠能所","weight":9.4},{"text":"生醫所","weight":8.0},{"text":"半導體","weight":6.2},{"text":"南分院","weight":5.0},{"text":"太陽能","weight":5.0},{"text":"課程","weight":5.0},{"text":"遠紅外線","weight":5.0},{"text":"雷射","weight":4.0},{"text":"LED","weight":4.0},{"text":"LED可見光","weight":3.0},{"text":"5G","weight":3.0},{"text":"工研人","weight":3.0},{"text":"電光所","weight":3.0},{"text":"綠能與環境研究所","weight":3.0},{"text":"機械","weight":3.0},{"text":"資通所","weight":2.0},{"text":"面板","weight":2.0},{"text":"文字轉語音","weight":2.0},{"text":"實習","weight":2.0},{"text":"無人機","weight":2.0},{"text":"生醫","weight":2.0},{"text":"3D","weight":2.0},{"text":"v2x","weight":2.0},{"text":"員工","weight":2.0},{"text":"地圖","weight":2.0},{"text":"太陽光電","weight":2.0},{"text":"材料與化工研究所","weight":1.0}]