当制造业碰上云端 智慧制造浪潮来袭

    第一次工业革命背景下完成的钜着《孤雏泪》中，写实铺陈了早期工业发展之下被忽略的环境与社会问题，污染、脏乱与粗重工作似乎已成为人们对於制造业工厂的既定印象。幸而在两百多年来的逐步改进之下，科技的发展与社会法规的订定已大幅改善工厂工人的作业环境与福利，有了较好的工作品质。而今即将迎来的第四波工业革命，与从前的制造业已大不相同。制造业即将朝向更弹性、并结合了云端科技的智慧化生产，我们将身处於一个颠覆我们想像的“智慧制造”时代，而这波浪潮会如何重新形塑制造业的生产流程与人的工作型态呢？

　　智慧制造的关键要素

　　奠基於上一波工厂设备自动化的改造，智慧制造的重点在於将数位资讯的力量融入生产流程中。因此，在物理上硬体的升级与软体的加成都不可或缺，并且需要一个将虚拟与实体做有效连结的虚实整合系统（Cyber-Physical System）。

　　虚实整合系统（CPS）为一个包含了许多分散式的子系统的整合系统，包括制程管理系统、办公管理系统或服务流程系统等，原先这些系统之间彼此独立、互不关联，现在在CPS帮助之下，能够将一个企业的上下游端进行有效的串连，加速生产效率并提升效能。虚拟世界是数字、电脑与资讯的世界，而实体世界代表机器、设备与工厂，CPS就是利用虚拟的网路系统进行规划与模拟，并在实体世界执行落实的一个中枢控制中心。

　　物联网是CPS的基础。在智慧化的生产设备、机器人与人机协同系统上，搭载物联网、并利用云端运算进行的资料撷取、传输与分析，能够让机器与机器之间、人与设备之间进行有效的沟通与整合。在这样的生产系统之下，零件与零件之间可以进行数据共享、人可以下达指令给机器人进行个性化生产；工人不再是标准化生产流程中从事重复性环节的小螺丝钉、或者从事粗重辛苦的搬运工作的体力性劳动者，而是能多工在不同设备上进行沟通、指令传达与监控机器的设备管理者。

　　1、最佳化企业的生产流程

　　智慧化的生产线从以前的“反应式制造”转为主动积极的“预测型制造”，机器设备在生产的过程中透过数据搜集，能够预测故障以及需要修复的时间，及时进行维护，减低事故造成的成本。另外，资能源的使用也会随着智慧化的操控，降低生产过程中的污染与能源消耗、进行有效回收，减轻环境污染之虞，并能以最小的人力、能源达成最高生产效率。整个智慧生产线透过网路进行有效连结之後，除了透过虚实整合，从过去“集中式”的生产工厂转变为分散各地的生产单位，还能应付多元的生产要求，无论小批量、个性化制造或大量、标准化生产都能达成。

　　2、制造业服务化

　　过去行销通路商掌握消费者数据与产业动态，往往会比制造厂获得更多利润，然而在新一波的智慧制造浪潮中，结合了软体优势的制造业将会重新取得话语权。由於智慧化的机器设备能够进行弹性生产、并具备自我学习能力，能满足现代产品生命周期越发快速、更加多样的生产需求。并且零件、机具的智慧化使得制造厂商将这些设备贩卖给客户以後，还能进行远端数据搜集与分析，并即时监控、修复。在整个企业的价值链中，除了生产流程、工业设备与管理的企业内部智慧化，产品与服务的智慧化能帮助企业对外整合，提供更完整的售後服务。

　　德国“工业4.0”

　　德国是率先提出工业4.0的国家，过去一直坚守本国制造业的实体经济发展，现在更要在坚实的基础上，以CPS为主体，强调智慧工厂里即时弹性、灵活的生产流程，打破过去设计、制造、加工的企业价值链，转而以大数据平台做各项流程整合。

　　美国“先进夥伴制造计划”（Advanced Manufacturing Partnership ；AMP）

　　和德国不同，美国的虚拟经济占了主要的经济产值，大部分的企业皆将其制造部门外移。自2008年金融风暴过後，美国深切体认到“去工业化”的苦果，因此重新喊出“再工业化”，希望本国企业将制造部门回植当地，透过强化技术发展以及和学术机构的产学合作，进行创新研发、制造业优化，并形成产业聚落。

　　日本“工业4.1J”＆“产业价值链计划”

　　日本在因应劳动力短缺的状况下，很早就开始发展机器人的研究，奠基优异基础，并成为全世界工业机器人使用密度最高的国家，因此政府的目标为打造人机共存的工厂，致力发展智慧机器人与云端系统。而除此之外，日本企业也针对数据搜集与分析的线上系统整合作形成联盟，提出4.1J的口号，希望提升机器对机器（M2M）沟通系统的技术，兼顾稳定性与安全性。

　　台湾“生产力4.0”

　　台湾政府选定制造业、农业、零售业等几项领航产业，透过CPS系统的研发与引进，希望藉由先深化选定企业的垂直智慧价值链，在工业制程、企业管理上进行整合，并逐步向水平价值链拓展。方法则是针对感测器、关键零组件等核心技术加强研发能力，并冀此运用於各项产业上、提升生产效能。