近年來翻閱各大報章媒體，不時可見工業(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，點出諸如德國等歐美先進國家，已經(jīng)憑借智能制造，開始建立向中國搶單的實力，由此凸顯中國制造業(yè)盡速從自動化邁向智動化的迫切性。
眾所周知，工業(yè)4.0是德國于2012年所提出的發(fā)展計劃名詞，旨在整合資通訊軟硬件，建立虛實整合系統(tǒng)(Cyber-Physical Systems;CPS)，繼而以此為核心，輔以智能工廠為精髓，促使制造產(chǎn)業(yè)邁向高值化;盡管看似僅為一國創(chuàng)造出來的詞匯，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，一是以CPS為核心技術(shù)，CPS透過人與機器的交相連結(jié)，以及與物理世界互動，運用網(wǎng)絡以遠程、可靠、實時、安全、協(xié)作的方式，去操控物理實體;二是以智能工廠為主要精髓，實時控制整個價值創(chuàng)造網(wǎng)絡，從訂單到交貨的鏈接，實現(xiàn)產(chǎn)品及其生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期工程的整合;三是以“人”為關(guān)注焦點」，從業(yè)人員被定義為升級的操作者，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。
以CPPS打造智能工廠可謂工業(yè)4.0精髓
總括而論，工業(yè)4.0的核心概念是，在生產(chǎn)制造過程中，整合計算、通訊與控制的CPS，連結(jié)物聯(lián)網(wǎng)，建構(gòu)智能工廠，形成智能制造與服務的全新商機與商業(yè)模式。扮演核心技術(shù)的CPS，負責整合計算、通訊與控制;應用在生產(chǎn)制造過程的CPS則是CPPS(Cyber-Physical Production Systems)，個中含括虛擬設計分析、感測、控制、制程/設備、信息交換與生管系統(tǒng)，而CPPS所創(chuàng)造出來的智能工廠，即可稱之為工業(yè)4.0的精髓。
透過工業(yè)4.0理念的落實，一方面可望解決工業(yè)生產(chǎn)時，舉凡超接訂單、庫存過多或過少、以及不定時生產(chǎn)等需求，二方面則促使未來工業(yè)產(chǎn)品知道自己制成的時間，或知道應當采用哪些參數(shù)，才能讓自己達到完美狀態(tài)。
回顧以往，論及生產(chǎn)制造，其實彷若M型兩端，一邊走的是全人力制造路線，可輕易解決產(chǎn)品生命周期短絀之頻繁換線問題，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，一旦進入當今訴諸少量多樣的主流制造趨勢，便難以為繼。
反觀工業(yè)4.0，則奠基于數(shù)字化、虛擬化、網(wǎng)絡化之智能生產(chǎn)系統(tǒng)，著重人機協(xié)同，故而能夠巧妙地在前述M型兩端取其中道，形成智能自動化(簡稱「智動化」)新局面。影響所及，全球眾多國家紛紛掀起泛工業(yè)4.0熱潮，除了德國提出工業(yè)4.0計劃外，美國也在2013年推動先進制造伙伴計劃(AMP)，旨在進行先進研發(fā)，借此重新取得國際制造競爭力領先地位;中國在2015年推出中國制造2025(Madein China 2025)乃是實施制造強國戰(zhàn)略下第一個十年行動綱領，內(nèi)含國家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設、智能制造、工業(yè)強基、綠色制造、高階裝備創(chuàng)新等重要領域的重點工程實施方案。
泛工業(yè)4.0浪潮揭開四次工業(yè)革命序曲
時至今日，可以確定已經(jīng)發(fā)生的三股重大趨勢，其一是美國開始思考智能制造，希冀結(jié)合信息、技術(shù)與人工智能等元素，對制造或商業(yè)流程中每一環(huán)節(jié)(例如研發(fā)、應用)，產(chǎn)生革命性影響，進而完全改變產(chǎn)品在研發(fā)、制造、物流、銷售等不同價值活動的流程，同時增加工廠的彈性、減少能源的使用、改善永續(xù)環(huán)境、降低產(chǎn)品成本，并運用次世代材料滿足新產(chǎn)品開發(fā)之需求。其二是中國不再是世界工廠，由于陸續(xù)調(diào)升最低工資、再加上社福保險費用保障，使制造成本逐漸與東南亞國家拉近。
其三則是全世界都在談論智能工廠，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)這些負面效應，美國AMP、德國工業(yè)4.0、日本再興戰(zhàn)略等“再工業(yè)化”計劃現(xiàn)繼現(xiàn)身等。
上述三股趨勢的成形，無異是宣告第四次工業(yè)革命時代的來臨。第一次工業(yè)革命發(fā)生于1800年代，系由蒸氣機所帶動;第二次工業(yè)革命發(fā)生于1900年代，由電力、內(nèi)燃機、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，揭開了所謂自動化的序幕，由電子、數(shù)字控制、信息系統(tǒng)所驅(qū)動;如今的第四次工業(yè)革命，則以智動化、智能工廠為軸心，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。
一座真正進入智能化的工廠，主要是善用ICT硬件、軟件與系統(tǒng)整合技術(shù)，使其生產(chǎn)行為具有感測聯(lián)網(wǎng)(IoT)、資料搜集分析(BigData)、人工智能(AI)、虛實系統(tǒng)整合、人機協(xié)同作業(yè)等特色，進而可以實現(xiàn)諸多營運創(chuàng)新目標，包括了自主調(diào)整廠區(qū)與產(chǎn)線的產(chǎn)能配置，自主調(diào)整上下游供應配送，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，以及實時逆向追蹤生產(chǎn)進度與歷史。
五大關(guān)聯(lián)要素助力實現(xiàn)智能工廠
在蛻變成為智能工廠的過程，制造企業(yè)所需仰賴的關(guān)鍵要素，則包括了五大項目。首先是虛擬工廠設計與自動化系統(tǒng)整合，建設實體生產(chǎn)線與工廠前，先在虛擬系統(tǒng)進行生產(chǎn)線與工廠設計，并直接在虛擬系統(tǒng)進行自動化系統(tǒng)整合規(guī)劃，以期大幅減少實體建設與系統(tǒng)整合所需資金、時間、材料等重大成本，使產(chǎn)品得以快速進入市場，具代表性的解決方案供貨商有國外的Siemens、PTC、Dassault Systemes等。
其次是巨量數(shù)據(jù)與云端運算，運用云端運算能力分析由每臺機器設備與設備傳來的海量數(shù)據(jù)，篩選與過濾設備可能故障原因、產(chǎn)品瑕疵發(fā)生原因，以提高設備使用率與產(chǎn)品質(zhì)量，另可借助海量資料分析市場終端消費需求，作為次世代產(chǎn)品功能設計的參考;相關(guān)供貨商包括國外的微軟、IBM等等。
第三是物聯(lián)網(wǎng)，旨在善用傳感、有線、無線或移動等通訊網(wǎng)絡，使來自設備、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、線路備援等安全機制，確保每一筆數(shù)據(jù)的安全性與穩(wěn)定度;相關(guān)供貨商有國外的Beckhoff等等。
再者是機器人/機器手臂，以機器人與機器手臂取代人力，執(zhí)行高重復性、高負重度、高疲勞性、高傷害性、高危險度等作業(yè)，借以提高制造時數(shù)與產(chǎn)線產(chǎn)能效率;相關(guān)供貨商則有國外的ABB、FANUC、KUKA、EPSON等。
第五項為智能設備與系統(tǒng)，借助智能判斷與決策，并主動與其他設備交換信息，無需人力介入便可依據(jù)實際狀況進行運轉(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)供貨商有國外的GE、OMRON、Panasonic等等。
綜上所述，針對智能工廠所需方案，中國在于硬件方面的供應鏈價值體系尚稱完整，惟論及自動化創(chuàng)新應用，則明顯有所不足，亟待迎頭趕上。
