近年來(lái)翻閱各大報(bào)章媒體，不時(shí)可見(jiàn)工業(yè)4.0詞匯穿梭其中，甚至有人將工業(yè)4.0視為掀起新一波淘汰賽的觸媒，點(diǎn)出諸如德國(guó)等歐美先進(jìn)國(guó)家，已經(jīng)憑借智能制造，開(kāi)始建立向中國(guó)搶單的實(shí)力，由此凸顯中國(guó)制造業(yè)盡速?gòu)淖詣?dòng)化邁向智動(dòng)化的迫切性。
眾所周知，工業(yè)4.0是德國(guó)于2012年所提出的發(fā)展計(jì)劃名詞，旨在整合資通訊軟硬件，建立虛實(shí)整合系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystems;CPS)，繼而以此為核心，輔以智能工廠(chǎng)為精髓，促使制造產(chǎn)業(yè)邁向高值化;盡管看似僅為一國(guó)創(chuàng)造出來(lái)的詞匯，然而影響范圍卻遍及全球，連帶掀起第四次工業(yè)革命。
深究工業(yè)4.0內(nèi)涵，主要涵蓋三大關(guān)鍵要素：
1
以CPS為核心技術(shù)，CPS透過(guò)人與機(jī)器的交相連結(jié)，以及與物理世界互動(dòng)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)以遠(yuǎn)程、可靠、實(shí)時(shí)、安全、協(xié)作的方式，去操控物理實(shí)體;
2
以智能工廠(chǎng)為主要精髓，實(shí)時(shí)控制整個(gè)價(jià)值創(chuàng)造網(wǎng)絡(luò)，從訂單到交貨的鏈接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品及其生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期工程的整合;
3
以“人”為關(guān)注焦點(diǎn)」，從業(yè)人員被定義為升級(jí)的操作者，可藉由技術(shù)支持提升自身能力，乃至由單純的生產(chǎn)操作者，晉升為管理者與控制者。
總括而論，工業(yè)4.0的核心概念是，在生產(chǎn)制造過(guò)程中，整合計(jì)算、通訊與控制的CPS，連結(jié)物聯(lián)網(wǎng)，建構(gòu)智能工廠(chǎng)，形成智能制造與服務(wù)的全新商機(jī)與商業(yè)模式。扮演核心技術(shù)的CPS，負(fù)責(zé)整合計(jì)算、通訊與控制;應(yīng)用在生產(chǎn)制造過(guò)程的CPS則是CPPS(Cyber-PhysicalProductionSystems)，個(gè)中含括虛擬設(shè)計(jì)分析、感測(cè)、控制、制程/設(shè)備、信息交換與生管系統(tǒng)，而CPPS所創(chuàng)造出來(lái)的智能工廠(chǎng)，即可稱(chēng)之為工業(yè)4.0的精髓。
透過(guò)工業(yè)4.0理念的落實(shí)，一方面可望解決工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，舉凡超接訂單、庫(kù)存過(guò)多或過(guò)少、以及不定時(shí)生產(chǎn)等需求，二方面則促使未來(lái)工業(yè)產(chǎn)品知道自己制成的時(shí)間，或知道應(yīng)當(dāng)采用哪些參數(shù)，才能讓自己達(dá)到完美狀態(tài)。
回顧以往，論及生產(chǎn)制造，其實(shí)彷若M型兩端：
一邊走的是全人力制造路線(xiàn)，可輕易解決產(chǎn)品生命周期短絀之頻繁換線(xiàn)問(wèn)題，惟制造的可靠度與效能備受限制、難以提升;
另一邊則采取全自動(dòng)化模式，盡管能夠有效提高生產(chǎn)制造的可靠度及效能，然而技術(shù)開(kāi)發(fā)與建置成本不菲，套用于以往大量生產(chǎn)(Massproduction)情境倒還合情合理，一旦進(jìn)入當(dāng)今訴諸少量多樣的主流制造趨勢(shì)，便難以為繼。
反觀(guān)工業(yè)4.0，則奠基于數(shù)字化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化之智能生產(chǎn)系統(tǒng)，著重人機(jī)協(xié)同，故而能夠巧妙地在前述M型兩端取其中道，形成智能自動(dòng)化(簡(jiǎn)稱(chēng)「智動(dòng)化」)新局面。影響所及，全球眾多國(guó)家紛紛掀起泛工業(yè)4.0熱潮，除了德國(guó)提出工業(yè)4.0計(jì)劃外，美國(guó)也在2013年推動(dòng)先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃(AMP)，旨在進(jìn)行先進(jìn)研發(fā)，借此重新取得國(guó)際制造競(jìng)爭(zhēng)力領(lǐng)先地位;中國(guó)在2015年推出中國(guó)制造2025(MadeinChina2025)乃是實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略下第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)，內(nèi)含國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)、智能制造、工業(yè)強(qiáng)基、綠色制造、高階裝備創(chuàng)新等重要領(lǐng)域的重點(diǎn)工程實(shí)施方案。
泛工業(yè)4.0浪潮揭開(kāi)四次工業(yè)革命序曲
時(shí)至今日，可以確定已經(jīng)發(fā)生的三股重大趨勢(shì)：
其一是美國(guó)開(kāi)始思考智能制造，希冀結(jié)合信息、技術(shù)與人工智能等元素，對(duì)制造或商業(yè)流程中每一環(huán)節(jié)(例如研發(fā)、應(yīng)用)，產(chǎn)生革命性影響，進(jìn)而完全改變產(chǎn)品在研發(fā)、制造、物流、銷(xiāo)售等不同價(jià)值活動(dòng)的流程，同時(shí)增加工廠(chǎng)的彈性、減少能源的使用、改善永續(xù)環(huán)境、降低產(chǎn)品成本，并運(yùn)用次世代材料滿(mǎn)足新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之需求。
其二是中國(guó)不再是世界工廠(chǎng)，由于陸續(xù)調(diào)升最低工資、再加上社福保險(xiǎn)費(fèi)用保障，使制造成本逐漸與東南亞國(guó)家拉近。
其三則是全世界都在談?wù)撝悄芄S(chǎng)，不管是歐美、日本或亞洲四小龍，都面臨制造業(yè)占GDP比重走低、附加價(jià)值持續(xù)滑落、失業(yè)率居高不下...等等諸多壓力，為了扭轉(zhuǎn)這些負(fù)面效應(yīng)，美國(guó)AMP、德國(guó)工業(yè)4.0、日本再興戰(zhàn)略等“再工業(yè)化”計(jì)劃現(xiàn)繼現(xiàn)身等。
上述三股趨勢(shì)的成形，無(wú)異是宣告第四次工業(yè)革命時(shí)代的來(lái)臨。第一次工業(yè)革命發(fā)生于1800年代，系由蒸氣機(jī)所帶動(dòng);第二次工業(yè)革命發(fā)生于1900年代，由電力、內(nèi)燃機(jī)、新材料/物質(zhì)所創(chuàng)造;第三次工業(yè)革命發(fā)生于2000年代，揭開(kāi)了所謂自動(dòng)化的序幕，由電子、數(shù)字控制、信息系統(tǒng)所驅(qū)動(dòng);如今的第四次工業(yè)革命，則以智動(dòng)化、智能工廠(chǎng)為軸心，由CPS、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、3D技術(shù)...等眾多創(chuàng)新元素所組成。
一座真正進(jìn)入智能化的工廠(chǎng)，主要是善用ICT硬件、軟件與系統(tǒng)整合技術(shù)，使其生產(chǎn)行為具有感測(cè)聯(lián)網(wǎng)(IoT)、資料搜集分析(BigData)、人工智能(AI)、虛實(shí)系統(tǒng)整合、人機(jī)協(xié)同作業(yè)等特色，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)諸多營(yíng)運(yùn)創(chuàng)新目標(biāo)，包括了自主調(diào)整廠(chǎng)區(qū)與產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)能配置，自主調(diào)整上下游供應(yīng)配送，自主優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境的資源與能源配置，輔助人員正確完成各種操作及組裝，以及實(shí)時(shí)逆向追蹤生產(chǎn)進(jìn)度與歷史。
五大關(guān)聯(lián)要素助力實(shí)現(xiàn)智能工廠(chǎng)
在蛻變成為智能工廠(chǎng)的過(guò)程，制造企業(yè)所需仰賴(lài)的關(guān)鍵要素，則包括了五大項(xiàng)目。首先是虛擬工廠(chǎng)設(shè)計(jì)與自動(dòng)化系統(tǒng)整合，建設(shè)實(shí)體生產(chǎn)線(xiàn)與工廠(chǎng)前，先在虛擬系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)線(xiàn)與工廠(chǎng)設(shè)計(jì)，并直接在虛擬系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)整合規(guī)劃，以期大幅減少實(shí)體建設(shè)與系統(tǒng)整合所需資金、時(shí)間、材料等重大成本，使產(chǎn)品得以快速進(jìn)入市場(chǎng)，具代表性的解決方案供貨商有國(guó)外的Siemens、PTC、DassaultSystemes等。
其次是巨量數(shù)據(jù)與云端運(yùn)算，運(yùn)用云端運(yùn)算能力分析由每臺(tái)機(jī)器設(shè)備與設(shè)備傳來(lái)的海量數(shù)據(jù)，篩選與過(guò)濾設(shè)備可能故障原因、產(chǎn)品瑕疵發(fā)生原因，以提高設(shè)備使用率與產(chǎn)品質(zhì)量，另可借助海量資料分析市場(chǎng)終端消費(fèi)需求，作為次世代產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)的參考;相關(guān)供貨商包括國(guó)外的微軟、IBM等等。
第三是物聯(lián)網(wǎng)，旨在善用傳感、有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)或移動(dòng)等通訊網(wǎng)絡(luò)，使來(lái)自設(shè)備、硬件或控制中心的各種數(shù)據(jù)與參數(shù)，可在彼此之間傳輸，且具有避免電氣干擾、數(shù)據(jù)竄改、線(xiàn)路備援等安全機(jī)制，確保每一筆數(shù)據(jù)的安全性與穩(wěn)定度;相關(guān)供貨商有國(guó)外的Beckhoff等等。
再者是機(jī)器人/機(jī)器手臂，以機(jī)器人與機(jī)器手臂取代人力，執(zhí)行高重復(fù)性、高負(fù)重度、高疲勞性、高傷害性、高危險(xiǎn)度等作業(yè)，借以提高制造時(shí)數(shù)與產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能效率;相關(guān)供貨商則有國(guó)外的ABB、FANUC、KUKA、EPSON等。
第五項(xiàng)為智能設(shè)備與系統(tǒng)，借助智能判斷與決策，并主動(dòng)與其他設(shè)備交換信息，無(wú)需人力介入便可依據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)配，終至提升材料、能源、人力等資源的使用效率;相關(guān)供貨商有國(guó)外的GE、OMRON、Panasonic等等。
綜上所述，針對(duì)智能工廠(chǎng)所需方案，中國(guó)在于硬件方面的供應(yīng)鏈價(jià)值體系尚稱(chēng)完整，惟論及自動(dòng)化創(chuàng)新應(yīng)用，則明顯有所不足，亟待迎頭趕上。
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