△ 西门子SGT5-8000H超级燃气轮机是世界最大的燃气轮机,堪比1200辆保时捷911汽车的涡轮增压发动机。

德国汉诺威工业博览会,一直是全球工业和技术趋势的风向标。刚结束的2016汉诺威工博会,再度引发企业界对“工业4.0”的热议。本期推荐台湾“工研院”知识经济与竞争力中心主任杜紫宸撰写的一篇文章,希望有助大家更好理解工业4.0。


很多人都解释说工业4.0 就是大量使用机器人,这是个明显错误的观念。

机器人自动化如果还是在原来生产线上面,只能称为工业3.0;而工业4.0 必须要有智能化为基础,智能化意指机器设备设计可随着不同订单、不同需求让生产线运作。反过来说,如果一个自动化设备必须在生产线暂时下线并重新调整才能够改变工作内容,那就不是工业4.0。

真正工业4.0 ,指在一个生产线持续运作的当中,以软件控制改变这些机器设备的动作,在不同的订单和任务底下,让机器设备动作可变可调整。工业4.0 以程序软件或用其他操作设计,自动分配给每一个自动化设备做不一样的工作,这些自动化设备动作内容随之改变,而且不用暂停生产线。

以一个球队举例来说,不可能让九个人站在固定的位置然后开始踢球,而是可以随着球的移动,每个人随着球的移动作交互式的改变,而且球赛一直持续没有谁停止脚步,使机器智能化才是工业4.0 的真正意涵。

工业 4.0的场景
工业4.0 涵盖的层面很多,其中一个是刚刚讲说可以用软件来控制不同的工作分配的内容,当然它还有涵盖其他,譬如说供应链连结,不仅一个工厂内,而是工厂跟工厂之间要有能自动的连结。

举例来说订单进来后,最终组装的工厂可以进行数据解析,然后通知上游零组件工厂备料,在供应链上中下游之间的自动调整分配工作内容亦属于工业4.0 一环。包括说,日本一直很强调生产自动化的过程里,要做到所谓的「维修最小」,也就是零停机状态,在调整各式各样的生产线时,不需要停机待料。

以做鞋子举例,理想的工业4.0 状态是能够做出符合每一个人脚的鞋子,所以当客户脚量测出来的资料交给工厂后,工厂根据该客户脚的大小宽度以及各式各样承受环境测试,进而要求在鞋垫的皮还有缝线因应客户需要。所以,鞋垫、皮革、切割、缝纫、颜色涂料等各部门的人,会根据客户的订单去准备,且供应链之间沟通速度非常快,生产几乎是在很短时间内完成,客户便可拿到个性化(customize)的产品。

这样的个性化不是只在最终生产线强调工业4.0 整合,而是真正能够到上游甚至更上游都可以个性化,也就是说要能够做到最大个性化的零待料,比现在的丰田管理所要求的有限型态零件的零待料会更困难。

除了零待料外,理想的工业4.0 还希望零停机。零停机的意思就是说,不管在切割、冲压、喷漆等任何制程中,生产在线的机械设备可预先侦测估算使用期限,不须等到完全损坏再停机更换设备。

以上所述也就是大数据 (Big Data) 概念的应用,将过去毁损状态、过去消耗的配料数目等进行准确的预估,损坏可能性到达设定比例时就通知系统预备新机或新零件。其实对工厂来说,提早备料的成本相对较高,在这种考虑缺货或存货的过程中,完全是由工厂的管理者来决定,管理者掌握数据并决定调整生产策略。


工业4.0 的时代更需管理
工业4.0 从来没有宣称人的工作都可以由机器来替代,这并不是工业4.0 追逐的目标,说是为了降低人力成本或因应少子化等等。相对的,其实是为了要提高生产力。为什么我们要用机器代替部分的人工,主要是因为那一部份的人工,如果用机器来代替的时候不会发生疲劳,不会出现误差,质量可以维持稳定,不会因为人的疏忽而影响生产。

工业4.0 的时代里,人的管理更加重要。因为人可做判断,做紧急处置,人可以根据这个过去不曾出现的经验来做比较新的决定,甚至有些人为操作比机器更为有弹性和灵敏,老师傅比机器还要精准,所以这些人不可能也不会在工业4.0 时代被机器所取代。

所以,很多人误解工业4.0 是全面机械化是不对的,德国的工业4.0 便强调虚实整合系统(Cyber-Physical Systems,CPS),从某个角度来讲 cyber 就是软件跟人,physical 就是机器,所以德国的工业4.0 谈的就是人机协作,人机协作才是工业生产力达到高峰的必要条件。

当然,人机协作中人与机器占的百分比视行业而定。有些行业非常容易用机器取代,有所谓的关灯生产,Swatch 在十年前就做到关灯生产,那如果现在我们还认为所谓的关灯生产就是工业 4.0,误会就大了。

工业4.0 不是一种技术,也不是一套方法,而是一个时代。工业4.0 的时代我们要走向智能化,走向人机合作,走向虚拟实体整合,走向零停机零待料,走向大数据分析消费者的需求,要走向最大个性化。

最早的汽车开始是个性化的,直到 1930 年代,福特汽车才把它改成生产线制造,在那之前汽车就像个艺术品般,是一群工匠一起打造的,而且可以根据客户的需求来改变规格。以后当工业4.0 做到最大个性化的时候,生产效率跟如今流水线批量制造的维持一样,只是改变生产在线智能程度,让生产线能够及时调整,所以和原有生产线可生产一样多的东西,只是生产出来的是个性化产品。

给工业4.0 年代的建议
工业4.0 的最大个性化要求机器智能化,但是人更要智能,处理一些未知的情况。因此,工业4.0 的工作人员应该知识渊博且有操作现场经验,并了解系统软件的操作,学生不能只学会车床或冲压的操作,同时又熟悉系统的设定与紧急处置等软性知识,工艺与软性知识。

有两条路可选,一条路是先布置大量简易型机器人,但我担心七八年后也是种浪费;另一条路前期先投资成本进行更高阶的智能化。我初期建议,其实可以让一个工厂使用简单机器人,另一个工厂拿来进行智能化,做三年以后看看哪一个比较有机会,然后再决定另外一个工厂要怎么盖。当然这不是每一个公司都可以这么做,所以应该由大公司出来号召供应链伙伴一起来做,像 4.0 联盟或是研发联盟就可以进行对照,会比较知道哪一条路是该走的。


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