發佈日期:2015-06-25

物聯網將掀起工業4.0革命

作者:張小玫

前瞻研究物聯網工業4.0智能機器人Intelligence robotInternet of ThingsIoTIndustry 4.0

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前言

從過去20多年來,人類的生活與溝通方式深受網際網路(Internet)技術的影響,尤其最近,物聯網(Internet of Things;IoT)一詞成為熱門名詞,成為眾人討論的新顯學。物聯網是一個由人、物件、動物、機器相連而構成的巨大網路,以供感測、控制、偵測、識別,並交換所有的資訊,進而提供更加值的應用服務。物聯網將會是一種新型態的網路革命,具跨產業融合概念,也代表一種趨勢、充滿想像與機會。Google公司執行董事長施密特於1月22日在世界經濟論壇(WEF) 表示,網際網路不久將消失而隱身為無所不在的環境裡。也就是說網際網路下一世代就是物聯網概念所形成的網路世界。

物聯網將掀起工業4.0

隨著物聯網(IoT)時代來臨,工業應用領域也開始整合各種技術而掀起新一波工業革命,也就是進化到工業4.0或稱第4次工業革命。所謂工業4.0概念最早提出在 2011 年的漢諾威工業博覽會,也是德國政府提出的高科技戰略計劃,目的是傳統製造業運用IT技術提昇能量,使其轉型成具有適應性、資源效率及人因工程學基因的全面自動化生產的智慧工廠,同時也從重構供應鏈、商業流程及服務流程之中,找到許多新客戶及商業夥伴。

從製造工業演進來看,工業1.0 (1712-1912)是利用水力及蒸汽的力量作為動力來源,人類開始有所謂”製造工廠”的概念;工業2.0 (1913-1968)則使用電力為大量生產提供動力,使得人類開始有”大量生產”概念;工業3.0 (1969-2012)使用電子設備及資訊技術來增進工業製造的自動化,開始進入電腦數位化演進到網路時代,使得人類開始有”數位及網路”概念。所謂工業4.0 (2013- )是虛實融合系統就是以網際網路(虛擬)為核心的應用於實體工廠(實際)的完美融合系統後,以數據分析為基礎概念的先進製造。專家們相信工業4.0或第4次工業革命會在今後的10至20年實現,甚至認為 2020 年會有規模性的實施。

圖一、工業4.0演進

掀起工業4.0革命的原因,主要解決全球面臨四大難題:勞動力減少、物料成本上漲、產品與服務生命週期縮短、因應各種需求變化。工業4.0的實質是改變了生產的分工形式和產品的整合方式,一切以需求展開是對價值鏈和產業鏈的全方位整合。工業4.0特點:智能生產、個性訂製、批量生產。

工業4.0智慧工廠之新風貌

工業4.0將影響且改變工廠的未來樣貌,轉變成自動化智能工廠:(一)工廠內所有設備、物料、半成品、成品都嵌入eTag或感測器,記載必要的資料,便於生產過程進行監控,藉以提升生產品質使消費者產生信賴感,餿水油事件就不可能會發生;(二)生產線上大量使用智能機器人及自動搬運機,機器與機器之間可互相溝通,第一線黑手變成IT品質監控人員或軟體程式設計師;(三)全面自動量測 (AOI、ATE、機器手臂等)進行細微的效準調整,隨時因應訂單的改變;(四)shop floor現場監控系統可進行採集生產設備及產品的大量履歷資料,然後傳送到雲端伺服器,透過Big Data分析,產生確實情報便於做出決策;(五)走向C2B 商業模式以客戶需求參與 (瞭解客戶習性、預測客戶需求) 為起點的”多樣少量”客製化生產與銷售模式。

造成「製造業回流」熱潮

由於,工業4.0概念的自動化的智慧工廠之實現,使得勞動人口減少,將顛覆過去追逐低價勞工的思維,造成「製造業回流」現象,尤其是歐美已開發國家的企業將不再考量低廉勞工成本而將製造工廠移居海外,亞洲或南美較落後國家也將失去人口紅利的優勢,全球較低階工作機會將大量減少。因此,各國政府的政策推動工業4.0,且產業界的標竿公司也宣示發展智慧自動化工廠;其中最顯著的例子,美國總統歐巴馬喊出的「高階製造業回流(Reshoring)」政策,目前包括福特汽車、惠而浦、蘋果、英特爾等大企業,皆思考逐步將高階製造產線移回美國境內。

我國推出生產力4.0計畫

我國經濟部工業局於2014年10月16日推出台版工業革命4.0也就是生產力4.0計畫,訴求有二:(一)大量使用機器人生產;(二)生產流程要更自動化,加入工業4.0概念及物聯網技術,並結合雲端運算,將資訊得到即時處理。企業將物聯網技術導入後,面對搜集到的龐大的資訊,進行大數據(Big Data)分析,包括製造業、服務業、科技業,台灣的各行各業皆要引進相關技術。最近,將該計畫推升到行政院級,邀請跨部會參與,在今年(2015)2月16日由行政院毛院長宣示將推出台版「生產力4.0計畫」,目標是十年內可讓一個人領兩份薪水、完成三份工作。該計畫將以十年為一期,初期將優先在七領域:工具機、金屬加工、3C、食品、醫療、物流、農業等,分別導入物聯網技術、智慧機器人及大數據。

同時,工業局正式啟動產業升級轉型行動方案暨服務團,將以十年左右的時間,推動傳統產業、主力產業轉型升級,以及育成新興產業。在產業轉型升級過程,一定會遭遇人力瓶頸,台灣的問題不只有人口老化、出生率降低,還有人才「晚進早出」的特有現象,都是經濟發展不能排除的重要障礙。

根據國發會調查資料顯示,從2016年開始我國勞動人口每年減少18萬人,所以政策須考量生產力提升的問題,如何運用新科技解決台灣人口結構的變遷是項重要課題。

中國推動『中國製造2025計畫』

由於中國製造業仍處於工業2.0時代,中國大陸政府為縮短落差已通過『中國製造2025計畫』,擬定產業長期發展路線圖,重點產業:紡織、印刷、包裝、塑膠橡膠加工、食品加工、製藥業、中小型機床與基礎製造設備。中國人力成本優勢漸失,且亦處於青黃不接的產業轉型期,罷工、缺工潮等社會現象更是層出不窮,突顯企業主以機器人取代人工的高度意願。

而工業4.0是50年一次的順風車,只要搭上它將有機會改變企業的未來並創造新商機,同時帶動下一波製造業回流。「製造業回流」同時須搭配國家教育政策進行調整,不論是物聯網或工業4.0概念發酵,企業界需要各種技術人才、產品規劃行銷整合人才,甚至如何讓第一線黑手及藍領階級員工的在職教育提升成為產品流程設計師,所以國家技職體系成功再造,也是工業4.0時代很重要的課題。

工業4.0浪潮引爆智能機器人商機

隨著工業4.0時代來臨,智能化機器人將是下一波引爆的商機。製造業將整合既有技術,包括:電腦、通訊、感測、節能及監控技術,同時也將融入新技術,例如:雲端運算、大數據分析、物聯網技術,逐漸由「工業自動化」邁向「智慧自動化」,因而機器人變聰明了,彼此能夠相互溝通,使全自動的無人工廠的夢想實現更近了。

而且,機器人變聰明是受惠於大數據(Big Data)正確分析,所以一切以數據分析為基礎的智慧工廠也將引爆大數據商機。在智慧自動化工廠作業流程,從訂單到工廠感測器採集資料,每天產生百萬或千萬筆的龐大數據,將成為企業很重要的資產,不但掌握製造流程的履歷、客戶的偏好習性的資料,同時也能作為預測未來需求的決策工具。

事實上,工業型機器人在全球出貨量再創新高。根據國際機器人聯盟 IFR報告World Robotics 2014 Industrial Robots 統計,2013年全球工業型機器人安裝量約達17.8萬部,較2013年成長12%,且每年以15%成長率至2017年。中國大陸為成為全球最大的工業型機器人市場,中國政府提出具體目標,規劃2020年須形成完善的工業型機器人產業體系、高階產品市場佔有率提高到45%、機器人密度(每萬名工人所擁有的工業機器人數量)由目前約21達到100,也就是說中國政府將在未來5年,推動工業型機器人的數量成長約四倍。

圖二、1995-2013年全球工業型機器人安裝量

根據工業局統計,台灣機器人相關產業產值在2013年達到526億元新台幣,2014年持續成長至550億,但從整體智慧自動化產值來看,預估超過1兆元新台幣,將繼電子業後,成為未來台灣工業發展的重點項目。

現在已有鴻海、亞馬遜、谷歌、臉書等科技大廠紛紛投入機器人產業,如鴻海喊出的百萬機器人大軍計畫、亞馬遜將無人機科技帶入物流業,以及谷歌陸續收購機器人以及無人機科技公司,這些業者的舉措都引發市場高度關注,並吸引其他業者跟進,有助於工業智慧自動化發展。

導入機器人協助產品生產,雖然導致傳統人力需求銳減,但也將帶動機電、軟體研發與設計、品管控制、產品整合行銷人才需求,同時機器人量產過程也需要相當人力資源,因此造成工作人才需求結構改變,並不會人力需求減少。

隨著工業型機器人能應付的產線工作愈來愈精密複雜,其應用版圖也隨之急速擴張,從高科技的醫藥業、汽車工業、電子業、半導體業、金屬業等精密製造領域,到傳統產業的橡膠與塑膠業、紡織業、印刷業、食品加工業,甚至到各種服務業如餐飲旅遊業,都出現將智能機器人引進至產線上的應用風潮。

工業4.0將改變商業模式由 B2C 到 C2B

未來,網路革命升級到物聯網IoT,使得工業4.0製造業將以大量客製化取代大量生產,將隨客戶需求而生產,所以商業模式勢必也將改變,由過去工業時代以廠商為中心的B2CB2B 模式,正在逐步由網路時代以消費者為中心的C2B(Consumer-to-Business)模式所取代。C2B的2(to)代表參與之意涵,也就是客戶參與製造的需求提出者。

所謂C2B商業模式是以客戶需求為起點的客製化生產與銷售模式,而B2C商業模式是標準性產品的大量生產與銷售模式。所以,網路技術的成熟,加上物聯網掀起電腦業、自動化及通訊業等三大產業融合,使相關技術貫穿到整個生產鏈與供應鏈,而自然走向彈性生產與無庫存生產的C2B模式。

C2B模式若要成功,充分利用生產流程而採集到的大數據進行分析,協助內部產品開發及行銷,同時,找到更多潛在客戶及新商業夥伴。最後,以開放式創新引入內外部專業人士共同進行產品製造。開放式創新不僅需要具備跨越產業、跨越組織、超越專業性、國際觀開放性高者等不同人才或資源。最佳例子就是亞馬遜,從網路書店跨越到零售業,為加快貨品遞送引入航空專家開發無人飛機打入物流業。

C2B時代即將到來,無法運用網路互聯網工具者,將難於物聯網時代獲利。當然,C2B商業模式也尚未被完整的思考與演練,在物聯網趨勢下的新商業模式,也正等待新的創業者開發與實現。

結語與建議

物聯網是一種跨產業融合概念,代表一種趨勢、充滿想像與創新,也是企業翻轉的機會。物聯網的發展開啟工業自動化商機,特別新興市場未來勢必要面對勞力成本上升議題。建議我國政府應利用半導體產業優勢,並協助掌握關鍵零組件發展,做跨產業整合工業電腦、智慧自動化生產、精密機械產業。並鎖定電子製造、醫材、食品加工及金屬加工等利基型市場為機器人產業發展主軸,打造臺灣成為全球智慧型機器人的主要製造者,並積極參與相關國際標準的制訂,在這場競爭激烈的全球賽局中,扮演關鍵角色。

本篇文章摘取自經濟日報2015年2月22日A5版三篇文章:

1. 張小玫 (2015/2/22),工業4.0革命 召喚製造業回流。聯合新聞網,參考網站:http://money.udn.com/storypage.php?sub_id=5612&art_id=718571。

2. 張小玫 (2015/2/22),機器人軍團顛覆勞力供應鏈。聯合新聞網,參考網站:http://money.udn.com/storypage.php?sub_id=5612&art_id=718572。

3. 張小玫 (2015/2/22),消費e時代 客製化生產當道。聯合新聞網,參考網站:http://money.udn.com/storypage.php?sub_id=5612&art_id=718573。

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