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工业 4.0 服务化典范

文 | 胡鸿烈、丁士哲、李立伟

德国为欧洲最大经济体,产值占欧 盟的二成以上,超过 2/3 产品出口至世 界各地,重点产业有汽车、生物科技、 环保科技、医疗照护、机械设备等;特 别是机械设备业,德国拥有优良传统与 技术、领先的研发能量、多元化的工业基础、以及政府单位的全力支持等,已位居全球市场的领先地位。

为提升德国制造业及机械设备业的竞争力,德国政府提出工业4.0的产业政策,强调整合信息、通讯及控制于一体的次世代智能系统,以“智能工厂”为精髓更新生产流程,可以垂直整合工厂及企业管理流程,并实践产品及其生产系统的生命周期管理,更重要是跳脱传统机械设备业的经营模式,发展智能化软件、智能服务化等附加价值。

中国机床制造业已经发展多年,在全球中低端市场占有率极高,期望发展 工业 4.0 概念的智慧化方案,创造不同 于标准化、泛用机的经营模式,特别是 智能感测、预知保养等智能服务价值, 必须仰赖相关单位共同努力。

德国标竿厂商案例

在工业 4.0 的发展主轴下,德系厂 商积极投入数字化资源及人力,先后推 出相关智能化服务系统。如西门子的智 能化生产系统,面对的是离散型制程的 供应链问题,利用整合系统方案以提高 生产力;通快的智能化生产系统,面对 的是金属加工业的产品创新议题,利用 跨领域厂商的共同创新以快速因应市场 需求; T-Systems 及 T-Labs 的智能 化物流系统,面对的是电商年代的多元 化物流需求,利用不同厂商的配套合作 以提升国际竞争力,皆在说明如何解决 顾客问题以创造服务商机。具体内容说 明如下:

西门子 (Siemens)

西门子为电气化、自动化及数字 化的领导厂商,经营范畴有发电及天然 气、能源管理、楼宇科技、交通运输、 数字工厂、连续型制程产业及驱动器等 事业部,以及健康照护、再生能源等 策略性单位,2017 年营业收入为 830亿 4900 万欧元,与 2016 年的 796 亿4400 万欧元相较成长了 4.3%,特别是 数字工厂、再生能源等领域。

在数字工厂部分,西门子发展自 动化及数字化以提升附加价值,包括产 品开发、产品设计及生产制造等相关 内容,同时强调 IT 保全要求,特别是 离散型制程产业的生产速度、弹性、质 量及效率,积极推出的 MindSphere 即是开放式、云端运作之工业物联网 (Industrial Internet of Things; IIoT) 系 统,有开放式应用程序编程接口 (Open application programming interfaces; APIs),顾客可以简单、有效地开发自 有 APP,合作伙伴也可透过网络链接整 个生态体系,以提供多元化产品组合及 系统方案,并发展产品生命周期及数据 驱动型 (Data-driven) 的服务。

西门子的智能化生产系统,上方为 传统供应链的运作模式,不同阶段的供 应链成员各自努力,每个阶段皆有不同 know-how 与专业知识,个别厂商能掌 握信息有限,跨企业沟通仰赖人力,生产信息无法透明化,有问题时才聘请顾 问协助,可能缓不济急或改善效益有限。 下方为西门子的智能化生产系统以提升 生产力,必须界定相关软件的操作性定 义,也会提供数字化服务平台,让供应 链厂商共同合作与知识分享,所有厂商 皆能掌握完整信息且互相协调,有助于 最适化决策、智慧化预测及因应对策、 中小企业服务等。

通快 (Trumpf)

通快为机床工具、激光技术及电子 技术的领导厂商,并陆续投入 3D 打印 及智慧工厂等解决方案,2017 年营业收入为 31 亿 1130 万欧元,与 2016年的 28 亿 850 万欧元相较成长了 10.8%,发展重点有机床工具领域的客 制化设备及自动化方案、制造顾问及财 务服务、从产品设计到生产控制的软件 方案等,以及雷射领域的整合系统、软 件工具、应用服务等。

在数字链接 (Digital Connectivity) 部分,通快在美国芝加哥的智慧工厂于 2017 年 9 月开幕,投资金额为 2600万欧元,占地面积有 5500 平方公尺, 包括生产设备、物料流及信息流的整合 系统,以及显示所有生产流程参数的控 制室,采用完全联网的生产制造模式,让人、机器、自动化装置与软件完美协 作,并促进生产速度及运作弹性,更可 控制整个生产流程,藉此说明工业 4.0 概念的执行方案,适用于小批量生产的 板材厂。

通快的智能化生产系统,上方为传 统金属加工业的运作模式,系统整合厂 仅提供标准化参数,但顾客要求却因市 场变化而快速调整,生产工厂通常没有 新产品知识,特别是新材料或新制程要 求,只好仰赖过去经验或试误方式,可 能耗费大量时间、人力与金钱,却无法 掌握产出质量与交期。下方为通快的云 端服务平台以因应市场需求,生产工厂利用网络平台链接顾客、供货商、设备 商及不同产业的合作厂商,可以提供制 造决策所需的完整信息,也利用巨量数 据分析以掌握重要变量。

T-Systems 及 T-Labs

T-Systems 为 IT 顾问服务的领导 厂商,也是母公司德国电信的客服单位, 期望用创新 ICT 技术来形塑连结型企业与社会,如云端运算、移动方案、巨量 数据、社群媒体、商业模式等,共有通讯、 信息、数字化等事业部,合作伙伴有 Avaya、Cisco、华为、Informatica、 Microsoft 等国际大厂,可满足产品开 发、生产、销售或物流等价值活动,也 可提升顾客、员工或投资者的附加价值, 2017 年营业收入为 79 亿欧元。

T-Systems 的数字化事业部成 立于 2015 年,聚焦于创新数字化方 案,可以优化产品开发、生产制造及顾 客管理等经营活动,也积极开发巨量 数据分析、物联网、机联网 (M2M)、 车联网、互联医疗系统 ( e-health) 等 方案。T-Labs(Telekom Innovation Laboratories) 则为德国电信与重点大 学 ( 如柏林工大等 ) 的合作组织,期望 促进产业界与学校的密切合作,发展重 点为 ICT 技术的中长期研究,包括 ICT 技术的破坏性创新,以及实务应用的情 境模拟。

T-System 与 T-Labs 的智能化 物流系统,上方为传统物流系统的运作 模式,跨国物流业者各自独立运作,如 港口管理者、码头 / 仓储厂、货运业者、拖车业者等,沟通接口为对讲机等传统 工具,很难对应全球化竞争的物流效率 及成本要求,以及港口运输空间有限的 问题。下方则为 T-Systems 与 T-Labs 的物流服务平台以提升国际竞争力,可 用智慧物流服务平台连接所有厂商,专 业服务厂商也可提供最适化物流决策方案。

均豪精密

均豪精密成立于 1978 年,总部位 于新竹科学工业园区,以电子精密模具 起家,自创GPM 自有品牌,掌握自有关键核心技术, 除了开发半导体、显示器产业的精密机械制程设备与智慧自动化外,也配合客户需求,运用人工智能 及信息技术,发展智能服务功能,集团成员有均豪精密、均华精密、均强机械 ( 苏州 )、苏州均华、均硕国际及均菘商 贸等。

均豪精密自行研发“均豪智能机 械平台 (GPM Smart IoT Platform System)”,不仅提供产业所需之制程 设备,同时提供智能制造平台的全方位 解决方案服务,主要采用“外挂式”感 测模块,透过微小的感测讯号搜集巨量 数据,在在线实时撷取与分析信息,采 用机器学习方式进行异常监控及健康诊 断,依据回馈信息立即通知并快速因应, 达到智能化的预防维护机制,并利均豪 精密已建构完整的专业研发团队及 24 小时 On Call 的售后服务机制,可实时 撷取、分析、回馈调整与讯息通知,其 趋势判断与异常监控功能,可预估制造 系统的健康与寿命状态,提供有效预防 的维护机制,不仅适用生产工厂既有设 备的健康诊断与预防维护,在线实时诊 断功能更可克服无预警停机、关键零部 件损坏、设备变异影响制程质量等问题, 以最节省的经费发挥最大的效益,达到 快速决策与提高生产力等目标。

新汉公司

新汉公司创立于 1992 年,总部位 于中国台湾新北市中和区,分公司及营 运据点有美国、英国、意大利、日本、 中国大陆等地,在中国台湾生产制造并 营销全球,是全球最大的无风扇工业计 算机制造商,主要应用于工业自动化及 网通领域;近年来,该公司已成功转型 为工业物联网方案的供货商,在车联网、 工业 4.0 及智能制造、机器人、智能 零售等领域也有独到技术及相关解决方案。

新汉的工业物联网方案提供“操 作技术 (Operational Technology, OT)”跟“信息技术 (Information Technology, IT)”之间数据整合的 服务,除了自行开发的完整云端化自 动控制系统外,还有针对传统控制器 ( 如 PLC) 开发的“物联网网关 (IoT Gateway)”、针对 CNC 机床工具 开发的“机联网网关 (Mechanical Networking Gateway)”,可协助用户将工厂运转信息上传到 server( 如云 端 ),提供战情室的全方位跨场域管理 功能, 也有巨量数据分析做为经营决策 参考。

在生产设备部分,新汉公司也开发 预知诊断系统,对设备健康状态做 24 小时监测并提供早期预警,使用者可知道设备损坏的初期征兆,预先采取适当对策以防止无预期用人工智能从大数据分析找出规律性以建立运作模式,进而避免前面发生的错误,有效缩短停机时间,适时做出产线调整。

停机,甚至打破排班维修计划 (scheduling maintenance plan),当设备是健康状态就不停机检修,可以提高设备稼动率,根据使用客户提供的应用效益,该系统提高生产机台运转时数近五成, 几乎达到零停机 ( zero downtime) 状态。

新汉公司也积极研究及导入人工智能,如机器学习 (Machine Learning) 算法来开发边缘运算 (Edge Computing) 相关系统,提供工业用户对实时 (real time) 或现场 (on premise) 的人工智能需求,让解决方案朝智能化再推进一大步。

面对工业4.0的智能制造趋势,国内外厂商积极发展智能制造方案,如德系厂商的西门子、通快、T-System与T-Labs等,国内厂商的均豪精密、新汉公司等,期望利用智慧化服务创造更多商机,关键成功要素为有效掌握客户需求,进而创造智能制造效益,如提高生产力、降低设备及零部件损失、因应市场需求、提升国际竞争力等,并发展客制化产品的附加价值,使用厂商才能认同此投资的“有利可图”。

国内精密机械厂商的经营主轴多数为标准化、泛用机,因应智慧机械发展趋势也积极发展智能化,关键组件为掌握制造信息的智能传感器,如振动传感器、影像传感器、位移传感器等,以及配合特定制程的传感器技术,才能发展智慧化服务商机,如预知保养、模拟分析等。

工业局的智慧传感器应用产业推动计划即立基于此,透过传感器国产化方案以填补国内供应链缺口,如加速规模组、高阶编码器、高阶电流传感器、红外线距离传感器等,并建置示范场域进行国产传感器的应用验证,同时创造应用实绩促进商品化推广, 也推动功能安全认证以满足海外市场要求,重点厂商有均豪、新汉、鼎元、模拟科、桓达等, 也期望有更多厂商共同投入,推动团队将透过筹组研发团队、争取政策资源、链结学研技术能量、强化应用推广等多 元化方案共同促成。

 

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