探討智慧製造發展趨勢

導讀
過去 40 年,我國的科技製造業與資通訊產業,歷經個人電腦製造產業的高速起飛階段,曾一度為全球的電腦及面板製造大國,然面對全球智慧化的製造趨勢,要如何協助國內中小企業的製造業走向智造業,再創榮景,是當前的課題,故本研究彙整國內外智慧製造趨勢預測,並歸納其發展方向,做為我國產學研發展之參考方向。

一、前言

從1760年James Watt發明蒸汽機開始,世界歷經三次工業革命,從原本的人力、畜力、機械化、電氣化、資訊化與自動化,一直到2011年德國漢諾威工業博覽會提出工業4.0一詞(Kagermann, Lukas & Wahlster, 2011),推動工業邁向智慧化,故德國政府於2013年提出的高科技計畫,即為第四次工業革命,目標是提升製造業之自動化、數位化和智慧化,並以智慧製造為核心,打造智慧工廠,應用與整合電腦運算領域、感測器和制動器裝置的網路實體系統(Cyber-Physical System, CPS)。

圖1 工業革命歷程

另根據IEEE對智慧製造之說明,智慧製造能體現物聯網、雲端計算,網路-實體系統(Cyber-Physical System, CPS)及大數據對工業 4.0 等資通訊技術的影響,採用強大的資訊和製造技術,為動態和全球市場提供彈性的實體流程,將智慧型產品的工程設計、製造及產品物流交付的流程整合,能將產品上市時間縮短多達 50%,將開發成本降低多達25%,並使公司能夠提供近乎完美的產品品質(IEEE, 2019) 。

故英國科技諮詢與投資公司GP Bullhound提出智慧製造技術架構(圖2),分成智慧、設計、協作、介面與生產製造五大層次,每一層次所包含的技術類別與資通訊技術之關聯性相當高,另該公司於2019年也提出驅動智慧製造設備之彙整及預測,包含工業機器人、感測元件/物聯網、3D列印與工業用無人機之成本及出貨數量預測(表1) (GP Bullhound, 2019),顯見智慧製造所需之工業機械設備之成長,以及智慧製造在工業4.0當中所扮演的角色是逐年遞增。

圖2 智慧製造技術架構
資料來源:GP Bullhound(2019).

表1 智慧製造驅動力(GP Bullhound, 2019)

工業機械設備 工業機器人 感測元件/物聯網 3D列印 工業用無人機
單位成本 2007年美金$550,000 2007年美金$40,000 2007年美金$40,000 2007年美金$100,000
2014年美金$20,000 2014年美金$100 2014年美金$100 2013年美金$700
設備數量 2017年賣出387,000台 2025年全球將裝備超過750億的相關設備 預期2020年出貨量將達470萬台 預期2050年將超過100萬台

另外,根據美國智慧製造教育基金會的報告(SME Education Foundation, 2018),智慧製造包含了五大優點,分別是能協助工廠提高生產力、改善企業與工廠營運、創造與提升數據資料存取的能力、並能做出更優及更快的決策進而增加公司的競爭力,因此,智慧製造在企業與工廠內的重要性不言可喻。

而在我國產業結構中,98%的中小企業就有25%為製造業,直接就業人數高達 200 萬人,然面對全球智慧化的生產趨勢,要協助這些中小企業走向智慧製造(TAIROA, 2019)是我國製造業持續發展之關鍵;另外,智慧製造為第四次工業革命的核心,並且是現代資料數據科學技術與人工智慧的融合,為未來工廠的雛形,因此,智慧製造將會是第四次工業革命的重要成果,也將深遠的影響我國製造業之發展,故要如何協助國內中小企業的製造業走向智造業,是我國當前重要課題。

二、 智慧製造趨勢

(一)、全球智慧製造產業趨勢與預估成效

根據拓樸產業研究院預估,全球智慧製造產值將於2020年達到3,200億元,有望帶動2017年到2020年智慧製造產值年複合成長率(CAGR)達12.5%(拓墣產業研究院,2018);另據 Consumer News and Business Channel (CNBC) 報導,Capgemini Research Institute 最新報告顯示,到 2023 年,智慧工廠每年將能為全球經濟帶來1.5兆至2.2兆美元的產值(DIGITIMES, 2019);而另外據日本市調機構富士經濟預估,2025年智慧工廠之市場產值將達到6兆9,543億日圓,相較於2018年成長達3倍(EnplaNet.com, 2020),麥肯錫(McKinsey & Company)企業管理顧問公司研究,2025 年物聯網相關應用的產值將高達 3.9兆美元至11兆美元,若進一步從應用領域來看,市場產值最大、成長最快速的就是智慧工廠,約占市場產值 33% (經濟部工業局,2018)。

參考文獻
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