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財團法人海峽交流基金會

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迎接智慧製造新浪潮—台灣生產力4.0提升產業競爭力◆文/蔡禎輝(工研院機械與系統研究所副所長)

  • 更新日期:109-08-16

國際製造發展趨勢


近年來,製造業面臨的競爭日趨激烈,廠商必須隨時面對訂單不穩定、生產少量多樣、產品生命週期愈來愈短,生產良率的控制,以及備料庫存壓力等相關問題,使得從中尋求能夠同時提升生產力及競爭力的關鍵策略,成為各國共同關切的方向。面臨日趨嚴格的環境法規、缺工及高齡化問題。各國積極推動「再工業化」和「製造業回歸」戰略(表一),以延續其製造業競爭力與生命力。例如,美國推出「先進製造夥伴」(Advance Manufacturing Partnership,AMP)計畫、德國提出「工業4.0」(Industry
4.0)計畫、大陸「中國製造二○二五」,及韓國「製造業創新三點○」。

各國不約而同把數位化、虛擬化、網路化之智慧製造定位為國家產業結構重建的核心和提升國家競爭力關鍵,希望在製程中整合資訊軟體與數位網路等技術,加強產品設計和製造服務的連結,使製造流程更優化,達到節省能源與成本,提高產品品質。

台灣啟動生產力4.0


台灣近年製造業生產毛額約占全國整體GDP 比例百分之二十五,但附加價值率僅有百分之二十,比起美、日、德等工業先進國家低了百分之十至十二,也就是在生產過程中所創造的價值較少。此外,我國勞動人口數量於二○一五達到最高峰後逐年遞減,預估到二○二○年將有一百八十六萬就業人力缺口,且有高齡化現象。此外,我國整體產業產值成長趨緩,勞動生產力成長率由百分之六.五五下降至百分之三.九三 (下降百分之四十),使得人均產值成長持平,在就業人口下降及土地不足趨勢下,預估整體產業產值也將隨之下降。台灣傳統追求低廉勞力及大量生產之製造型態,已不足以因應現今少量多樣的客製化市場需求。
在大陸與東南亞等開發中國家搶占中低端量產市場,西方再工業化搶占高階大量客製化市場的態勢下,台灣面臨上下夾擊,因此,「產業轉型」一直是近年追求經濟發展的重要課題。為因應國內製造業發展面臨的限制因素,以及國際製造環境變化所帶來的挑戰,同時也要確保台灣未來能在各國新一波製造業競爭力發展競賽中能立於不敗之地,行政院科技會報辦公室結合經濟部、科技部、教育部、農委會等單位,推動台灣「生產力4.0」(表二),強化我國在全球生產供應鏈關鍵地位。

台灣多數廠商為中小企業,相關能量仍待強化,因此優先選定具備IT及自動化基礎的中堅企業及其供應鏈,協助建構生產力4.0創新營運模式,再透過複製擴散,逐步帶動台灣中小企業升級(圖一)。為落實與製造業有關的生產力4.0發展策略,具體措施包括:
一、 鏈結先進工業國家:透過引進國際生產力4.0專家與技術,累積國內廠商實績與能量。
二、 健全產業發展環境:透過培訓跨領域人才及提供優惠融資等政策工具,塑造有利產業發展環境。
三、 催生產業跨域服務團:結合生產力4.0與產業領域知識,針對重點產業成立生產力4.0跨域服務團,提升服務能量。
四、 發展產業創新營運模式:選定重點產業之中堅企業及其供應鏈,建置創新製造服務示範案,發展生產力4.0創新營運模式。
五、 促成產業典範轉移:透過示範觀摩促成複製擴散,並催生旗艦廠商,串聯供應鏈、系統整合與服務廠商能量,提供全方位服務,來促成產業應用聚落,並拓展國外商機。

生產力4.0帶來產業新思維


生產力4.0的核心為智慧製造,包括:一、在工廠內,通過工業互聯網、智慧機器及智慧分析決策,實現工廠智慧化;二、在工廠外,把不同工廠連接起來,形成設計、供應鏈、服務、製造的協同合作(圖二)。總體而言, 智慧製造是用ICT 技術提升工廠智慧, 用ICT 技術實現工廠間的協同合作,再用ICT 技術提升製造業基礎。以西門子公司位於德國Amberg 的智慧工廠為例,透過高度整合自動化系統,採用客戶下單生產,在客戶下單後二十四小時內,產品交付可靠度達百分之九十九,除兼顧品質要求外,產能更提高七倍,達成快速、彈性、客製化境界。

而智慧工廠是智慧製造的重點之一,包括:一、智慧生產過程,即通過機械智慧化改造、廣泛網路連接、平台上智慧的資料分析,實現生產過程的智慧。例如生產過程優化、能耗優化、設備優化等。二、數位化設計和模擬之虛實化系統(CPS),在電腦虛擬環境中,對整個產品生產過程進行模擬、評估和優化。數位模擬主要解決產品設計和產品製造間的鴻溝,降低設計到生產製造間的不確定性,縮短產品設計到生產轉化的時間,並可提高產品的可靠性與成功率。以國內生產高爾夫球桿頭的公司為例,該公司只是在產品模具設計、模擬與製作等階段導入數位製造,就能達到一地設計多地生產模式,使得原本需要三週的模具製作時間縮短至七天內,並能快速銜接後續的精密加工與組裝作業。

生產力4.0是基於互聯網思維下的工業生產模式,互聯網將深度參與到生產過程中,透過網際網路使工廠內外的物品和服務連接一起,讓生產零距離、去中心化與分散式,此一發展的焦點在於擴大附加價值解決方案(而不只是產品),進而創造出新的商業模式:
一、服務化轉型延伸商機:由於網路功能越發健全,為應對「多品種、少批量」的市場需求,企業間的協同設計、製造、供應鏈等合作將更密切,生產週期將被大大縮短達到快速回應市場需求,因此,未來製造業將逐步從單純的有形產品擴展到基於產品的增值服務,並且憑藉銷售端的大量資料分析以準確預測客戶需求,實現生產流程的優化及降低庫存。以MAZAK工具機為例,其成立應用服務中心,提供預測保養,安全等服務,除銷售量提升外,應用服務收入更增加百分之二十。台灣以中小企業為主,透過代理商販售工具機設備,服務之人力與專業知識受到限制,無法因應大幅業務擴增與產品競爭力提
升。因此,工研院工具機中心成立台灣工具機、製造產業應用服務雲端中心,提供工具機製造廠與客戶服務平台。工具機連網後透過巨資、雲端計算,可提供數位製造加工優化、安全、製造履歷等內涵之CPS 技術服務,也可收集使用資訊作為新設備開發參考。

二、大量製造資料使製造業轉變為可預測管理:隨著智慧感測器技術的發展,智慧製造設備在生產過程,除接受生產要求資訊,在生產過程中也產生大量生產資訊,針對資訊進行分析、判斷、決策、回饋控制,除回饋調整智慧製造過程,更回饋至設備製造商、供應商、維修服務商等,避免製造問題。以工研院機械所近年發展的智慧主軸為例,加工設備在運轉過程中會有自然磨損,這種自然磨損可能導致該產品成為不良品,若能將這些資訊回饋給智慧設備,並進行自我調整,將可確保生產出高品質產品。

智慧製造開創商機


智慧製造是製造業發展的必然趨勢,亦為傳統產業轉型升級的必然走向。對製造業而言,越來越多的中小企業通過互聯網組成協同創新聯盟,正在悄然推動新一輪工業革命。在生產力4.0時代,借助物聯網實現人、機、物結合,必將導致產業結構、經濟結構和社會結構從垂直轉向扁平,從集中轉向分散,並使製造往服務延伸,俾利創造更多商機。

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