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口述/杜紫宸;整理/捷徑文化

回顧人類的歷史,我們將不難發現18 世紀是一個顯著的分水嶺,無論在政治、經濟、軍事乃至日常生活習慣,在18 世紀以後都有與過往截然不同的發展,為什麼會產生這樣的劇烈變化呢?答案應該不難猜想,就是大家都熟知的「工業革命」。

工業革命的發生,讓人類從農業時代邁入工業時代,讓社會階級可以更頻繁地流動,進而於科技、人文方面,都往前邁進了一大步,塑造出如今我們眼前的樣貌。工業革命可以說是改變世界的起點,然而,它也僅僅是個開端而已,在第一次工業革命之後,企業家、科學家甚至政府,都陸陸續續投入了不少心力,讓工業能夠持續進化改革,其中幾次影響規模較大的改變成果,我們現在稱之為「工業2.0」、「工業3.0」,舉凡我們現今食、衣、住、行、育、樂,都脫離不了工業2.0 及3.0的範疇,而這幾次工業革命的結果,都深深影響我們現在的生活。

如今,工業4.0 這個名詞漸漸浮上了檯面,從過往經驗看來,想必它會帶給未來社會不小的衝擊,因此,在這個篇章,我們將會帶大家稍稍了解一下這個「工業4.0」究竟是何方神聖?

先簡單了解工業革命後的發展過程

在談到工業4.0 以前,我們先簡單介紹一下工業革命1.0 至工業3.0的演進過程,這樣大家對於目前各產業、企業或國家在工業發展上的現況,會有一些初步的了解。

★ 工業1.0(18 世紀的第一次工業革命)

這是大家最熟悉的一次工業革命,也是一切的起頭。因為瓦特發明了蒸氣機,所以物理力漸漸開始取代了人力、獸力,這個結果不僅僅導致人類生產的方式改變,也衝擊了之後的社會結構,階級流動變得頻繁,使人類無論是技術抑或文化層面的發展都得以進步得更快速。

★ 工業2.0(亨利.福特二世的生產線革命)

在工業1.0 時,人類已經進入了運用機器技術來生產商品的時代,但生產成本依舊高昂,所以產品價格也不親民,往往都是達官顯貴才能負擔。直到亨利.福特二世發明了生產線的概念,讓他的汽車得以壓低成本,更大量地生產,進而在其他產業跟進效法後,才使工業革命的成果能普遍地為一般大眾所享受。

★ 工業3.0(電腦出現所造成的革命)

比起工業1.0 的瓦特和工業2.0 的福特,工業3.0 就很難界定到底是什麼人物或事件促使這項改變發生,唯一可以確認的是它與電腦的出現有關。過去的幾次工業革命中,人類得到了新的「雙手」幫忙負擔勞力輸出,而工業3.0 則是讓人類多了顆新的「腦」,因為電腦的出現,使得生產的過程中得以更精密地作業。

目標是「連結與優化」的工業4.0

工業4.0 現在一般被認為是起因於西門子的倡議。西門子在七、八年前於Amberg 開始做實驗,它主要是將更後端(如消費者端)的大數據跟供應鏈連結,並加上物聯網、人機協作,因而被認為是工業4.0 開發的鼻祖,但如今我們所說的工業4.0 已經超過這個範疇,真正理想化的工業4.0成熟典範還沒有真正出現,大家都還在嘗試當中。

工業4.0 的精神在於「連結與優化」──連結製造相關元素,進行優化,以增進企業競爭力與獲利。簡單地說,就是大量運用自動化機器人、感測器物聯網、供應鏈互聯網、銷售及生產大數據分析,以「人機協作」的方式,提升全製造價值鏈之生產力及品質。

★工業4.0 中可連結的製造相關元素

對工業4.0 來說,只要是存在電腦中,或透過網路可取得的資料,以及工廠裡實體物件,全都是可以連結元素,舉例而言:

1.電腦或網路的資料:
例如零件設計圖檔、感測器量到的監測數據、顧客網路下單資料、企業管理資訊、社群網站對於特定產品意見等。

2 實體物件:
例如工廠裡待組裝的零件、機器手臂、輸送帶、控制器、工具機、檢測機台等。

3 人員也是連結的一環:
企業之內的人員,如收到預警而更換切削刀具的現場人員、產品設計者、企業決策者;企業之外的人員,例如機台遠距維修工程師、物流提供者、零售商、顧客等,都是製造網絡中重要的參與者。

★工業4.0 欲優化的目標

工業4.0 對於不同產業有不同意義。譬如資源耗用大的產業,連結首要目的是「節能」;而產品線非常多樣、庫存成本高的B2C 企業,導入連結與優化的目的可能是「減少庫存還能即時供貨」。因此,企業各有其優化的目標,端視導入項目的成本與效益做為考量,可以這麼說,工業4.0 不是滿漢全席,而是可自由選擇的高級自助餐。

一般企業可優化目標,在資源方面如工廠的智慧節能;在製程方面如以感測器監測生產線加工狀況,即時線上修正,或回饋到工程設計修正,以提高產品良率;在資產使用效率方面如透過遠距監測、數據分析、預知保養等方式達到設備使用效率的極大化;在人力資源方面如藉由「擴增實境」協助人工作業、使用機械手臂於人機協作,提高人力資源運用效率;在庫存方面可連結上下游廠商以達到實時供應鏈優化及批量優化;在品質方面如經由統計分析與製程控制提高產品品質;在供需匹配方面則可透過數據分析驅動需求預測或價值導向之設計以優化供需匹配;在上市時間方面如連結顧客及夥伴以協同創作、開放式創新、同步工程、快速試製與模擬等方式,縮短上市時間;在售後服務方面,透過預知保養、遠距維修、虛擬引導自助式服務等方式提高客戶滿意度。

總之,工業4.0 可連結的元素比以往更多,可回應的速度更快,例如機台或生產線可連結眾多感測器,工業互聯網可以極快的速度實時(real time)回應;可連結的範圍更廣,例如可以連結與整個產品生命週期相關的人、事、物;因此可優化的目標也更多樣,效益更大,譬如說工廠內各種非預期狀況的自動因應、設備預知保養、產品的售後服務等等。如果以德國西門子在Amberg 先進實驗工廠的經驗推估,工業4.0 化後的生產鏈,將可提高其生產價值至原先十倍以上,一般認為這是下一代工業革命的濫觴。

工業4.0 有什麼特色?

它和以往的工業改革有何不同?

儘管工業4.0 已經成為一個重大話題,但仍有很多人對於工業4.0 不甚了解,分不清楚工業4.0 和工業3.0 的差異,認為兩者相同,這是不對的。儘管兩者間都有電腦、自動化等環節參與,但工業4.0 與3.0 有著許多結構上的不同,以下將舉幾個不同國家在工業4.0 發展的例子來說明,或許能幫助大家更清楚工業4.0 的特色及方向。

★工業4.0 追求「零停機、零待料」

舉例而言,生產線上的工具機零件會因使用而磨損,而磨損的程度,將影響到產品的良率,因此需要適時地更換。然而在工業3.0 的技術下,我們無法精確地了解每一個零件的使用狀況,所以沒辦法針對單一零件做替換處理,僅能概估出一個時限,無論如何只要時間到了就更替零件。這通常導致兩種結果,一是太早更換,等於是浪費了一個原本還可以繼續使用的零件;二則是太晚更換,致使產品出現瑕疵,更甚者還會因故障讓整條生產線停擺延宕,無論是前者還是後者,對企業來說都是額外的費用,其它如因故障所要耗費的時間成本就更不用說了。

因此,工業4.0 在「零停機、零待料」這一塊的發展,對生產者來說便是一大利多。以機械加工為例,工業4.0 的作法,是在工具機上裝設多個感測器,擷取零件加工時的各種製程數據,即時監測切削刀具及機台的狀況,在刀具過度磨損前,便可立刻得到預警,進行更換,以提高產品良率。就設備而言,則可以隨時掌握機台狀況,預先規劃保養時程,避免非預期當機而影響生產。

「零停機、零待料」的實現,需要甚多製造相關的元素相互配合才行,以上述情境為例:感測器、工具機、資料分析軟體、以及生產執行系統等缺一不可,而優化結果因良率提升而減少廢品損失、延長刀具壽命、降低的刀具成本、避免非預期當機所降低的生產效率。目前世界上就屬日本在這一塊的發展最有研究。

※內容為作者個人觀點,不代表本站立場

本文介紹:
未來一直來:15個你沒發覺,卻正在改變生活的未來新科技!》。本書作者/杜紫宸等12人口述 ;出版社/捷徑文化

延伸閱讀:

  1. 天下雜誌:工業4.0專刊
  2. 工業大數據
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