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戴著安全帽操作大型機器的男性

什麼是工業 4.0?

自西元 19 世紀以來,我們經歷了三次工業革命。從蒸汽機的機械化、工廠流水線的創新,到電腦運算的速度,每一次革命,都有顛覆性的新技術應運而生。之所以稱為工業「革命」,原因在於推動工業發展的創新,不僅大幅提升生產力和效率,更徹底顛覆商品的生產方式和工作的進行方式。

 

我們現在正處於第四次工業革命,即工業 4.0,是透過智慧技術為供應鏈自動化、監控和分析技術帶來革新。工業 4.0 奠基於工業物聯網(Industrial Internet of Things,IIoT)及網宇實體系統(Cyber-Physical Systems,CPS),後者為使用電腦式演算法監測和控制機械、機器人及車輛等實體設備的智慧、自動化系統。從智慧製造、未來工廠到智慧倉儲與物流,工業 4.0 讓供應鏈中的一切流程都變得更「智慧」。不過,工業 4.0 並不僅限於供應鏈;其與企業資源規劃(ERP)等後端系統串聯,賦予企業前所未有的資訊透明度和掌控能力。總歸而言,工業 4.0 是所有企業進行數位轉型最重要的根本。

Graphic describing what Industry 4.0 is

工業 4.0 的一般定義為數位工業技術的興起…工業 4.0 轉型讓我們能以全新且高生產力的方式與機器協力合作。

– Daniel Burrus

工業 4.0 技術

工業 4.0 由九大技術支柱支撐。這些創新技術將實體世界和數位世界串聯起來,讓智慧自主的系統得以問世。雖然企業和供應鏈已採用其中一些先進技術,不過,要讓工業 4.0 能夠在實際應用完全發揮潛力,關鍵在於適時的配合運用下列各項技術。

Graphic showing the nine technology pillars that Industry 4.0 is built on

Industry 4.0 technologies

  1. 大數據與 AI 分析:工業大數據收集的資料來源相當廣泛,從工廠設備與物聯網(IoT)裝置,到 ERP 與 CRM 系統,再到外在氣候環境和交通狀態,林林總總,無所不包。人工智慧(AI)和機器學習提供的分析結果,可即時應用於數據資料,並運用洞察,改善包括供應鏈規劃、物流管理、製造、研發和工程、企業資產管理(EAM)以及採購等供應鏈管理中各領域的決策與自動化。
  2. 水平與垂直整合:水平與垂直整合是工業 4.0 的骨幹。透過水平整合,可以針對工廠生產產線、多個生產設施,乃至於整個供應鏈的各個現場,將這些現場的操作流程,進行「作業現場」的密切整合;而透過垂直整合,可以將企業上下所有層級緊密連結,讓資料自由地由下而上,從生產現場傳至決策管理層,然後再由上而下,從決策管理層傳回生產製程現場。換句話說,生產流程可與研發、品質保證、銷售與行銷,以及其他部門的業務流程密切整合,讓資料和知識的運用,不再像過去一樣,各單位各自為政。
  3. 雲端運算:雲端運算是工業 4.0 與數位轉型「最強勁動力」。當今的雲端技術,在速度、擴充能力、儲存空間及成本效益上,都有飛躍的進步。從 AI 和機器學習到物聯網,雲端技術為各種最先進的技術奠定基礎,並為企業提供創新的方法。推動工業 4.0 技術發展的資料駐留於雲端,其後工業 4.0 核心的網宇實體系統即可使用雲端進行溝通和協調。
  4. 擴增實境(AR):擴增實境能將數位內容覆蓋於真實環境上,是工業 4.0 的核心概念。藉由 AR 系統,員工可以使用智慧眼鏡或行動裝置,在觀看設備或產品等實體事物時,將即時物聯網資料、數位化零件、維修或組裝說明、培訓內容等項目視覺化。雖然 AR 仍屬新興技術,但對於維護、服務與品保,以及技術人員培訓與安全,有重大影響。
  5. 工業物聯網(IIoT):物聯網(IoT),更具體來說是工業物聯網,對於工業 4.0 發展非常重要,這兩個專有名詞在闡述工業 4.0 時可互相代用。在工業 4.0 中,大多數的實體物件(裝置、機器人、機械、設備、產品),會使用感應器和 RFID 標籤,提供有關其狀況、效能或位置的即時資料。這項技術可讓企業營運更完善,譬如使供應鏈運行更順暢、快速設計與修改產品、防止設備停機、掌握消費者喜好,並追蹤產品與庫存等等。
  6. 積層製造/3D 列印:積層製造(或稱 3D 列印)是推動工業 4.0 的另一項關鍵技術。3D 列印原先是作為快速原型製作工具,不過時至今日,從大量客製化到分散式製造,應用範圍更加廣泛。例如,運用 3D 列印,可將零件和產品儲存為虛擬存貨中的設計檔案,並在需要時依需求列印,同時降低運輸距離和成本。
  7. 自動化機器人:隨著工業 4.0 開展,新一代的自主機器人也逐漸問世。開發自動化機器人的核心目標,就是以最少人為干預執行任務,而在大小和功能方面,從存貨掃描無人機,到用於撿貨和放置作業的自主行動機器人,差異之大令人咋舌。這些機器人配備了先進的軟體、AI、感應器和機器視覺,能夠執行艱鉅而複雜的任務,並且可以識別、分析從周圍接收的資訊,並依據資訊分析結果採取行動。
  8. 模擬/數位分身:數位分身是真實機器、產品、流程或系統根據物聯網感應器資料的虛擬模擬。此工業 4.0 的核心元件,能讓企業深入瞭解、分析並改善工業系統與產品的效能及維護。例如,設備營運商可使用數位分身找出特定的故障零件、預測潛在問題,並且改善運作時間。
  9. 網路安全:隨著工業 4.0 中大數據的連線與使用增加,有效提升網路安全是當務之急。透過建置零信任架構和技術,例如機器學習和區塊鏈,企業可將威脅偵測、預防和回應自動化,並將整個網路中資料外洩和生產延遲的風險降至最低。透過建置零信任架構和技術,例如機器學習和區塊鏈,企業可將威脅偵測、預防和回應自動化,並將整個網路中資料外洩和生產延遲的風險降至最低。

工業 4.0 的效益

智慧產品

開發互連的自覺產品,分享有關其健康狀況、位置、使用等級、儲存條件等資訊。從產品品質和客戶服務到物流和研發,這些智慧產品共用的資料,可協助企業改善各項業務。這些產品還可預測服務需求、接收遠端升級,並有能力開創全新服務型態的商業模式。

 

智慧工廠

打造未來工廠,以高度數位化、幾近完全自動的設施,充分利用大數據、人工智慧、機器人技術、分析和物聯網等先進技術。這些工廠也稱為工廠 4.0,具自主修正功能,採用智慧製造 4.0 流程,能夠以最節省的成本,交付大規模的客製化產品。
 

智慧資產

當前幾乎所有部署的實體資產皆具有內建感應器,當與物聯網和分析串聯時,這些感應器能夠改變企業資產管理的局面。運用智慧設備,技術人員可以即時監控設備效能、預測和預防停機時間、採用動態和預測性維護、利用數位分身系統,以及將設備與業務流程密切整合。
 

強化人員

無論系統的自主性有多高,始終需要人員操作維護。運用 AI 等技術和存取即時感應器資料,人員可掌握製程現場作業的現況,迅速制定決策,並在出現問題時隨即進行處理。穿戴式裝置和擴增實境應用程式也能協助人員解決問題、追蹤人員健康狀況,並且保障人員安全。

工業 4.0 之企業實踐

市面上推出各種工業 4.0 解決方案產品組合,協助成千上萬的企業進行數位供應鏈轉型,重塑生產模式、鎖定重點客戶,並且串聯整個企業。

以下為企業正在追求的部份效益:

  • 徹底改善生產力與自動化:企業可制定整個營運的資料導向決策、改善預測準確性、支援準時交貨,並建立獲利最佳化的計劃。
  • 無論市場或經濟如何變動的彈性和靈活度:企業可根據最新規劃,塑造未來的數位供應鏈。
  • 探索新商業模式並迅速抓住商機的信心:採用工業 4.0 解決方案,企業可降低成本、提高市場效率,並依海、陸、空串聯供應鏈。
  • 在不犧牲獲利能力的情況下提供環保且永續的解決方案:透過數位化,客戶可提升效率與成本效益,而且在滿足環境目標時,不損害其他業務目標,例如獲利能力和擴充能力。

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工業 4.0 的常見問題

在決定路線之前,必須先設定起點。因此,第一步最好是針對現有流程、機台設備和營運系統,進行稽核與分析。您可根據結果瞭解企業目前所處的狀態,確立優先順序,進而制定快速致勝的方案。工業 4.0 解決方案可為貴企業各領域帶來顯著的效益和影響;企業不僅只是進行 IT 升級,更應確保企業高階的支持和參與。

答案無庸置疑。物聯網閘道裝置通常可針對舊型機械進行改造,而這些裝置讓物聯網感測器能傳輸效能資料。在某些情況下,還可以安裝和連接攝影機與熱感器,提供更穩定的畫面。機械的壽命和功能將決定最佳的解決方案,進行稽核與分析,有助於判斷改造和替換舊設備的長期價值。

強大的 ERP 系統是工業 4.0 技術堆疊的「大腦」。過去 ERP 主要執行以辦公室為基礎的流程,如今智慧 ERP 系統則是串聯製造、物流、工程及許多其他業務領域流程的中心。數位轉型是否成功,便是判斷企業現有的 ERP 系統能否勝任流程中心的任務。 

在過時且以磁碟為基礎的資料庫上運行的舊 ERP 系統,能執行的功能已逐漸走到極限。而能否運用從串聯之工廠、設備、產品和人員所接收的資料,取決於 ERP 具備的功能。系統是否具備智慧功能?系統是否內建 AI、機器學習和分析等技術?系統資料庫的速度有多快?如果企業仍採用舊系統,可能需要升級才能充分運用工業 4.0 技術。

貴企業應從哪些技術入門,取決於對核心商業模式最重要的流程,以及哪些領域轉型能讓企業獲取最大效益。一開始,企業通常一次專注一項核心技術。透過設計,工業 4.0 解決方案能提供大量可靠的大數據與洞察,協助企業準確評估投資報酬率與效益,並進一步提升後續業務領域整合的順暢度。

與許多重大基礎變革不同,數位轉型可以逐步進行,不會對企業造成重大破壞。從強大的 ERP 系統數位轉型規劃藍圖著手,許多工業 4.0 解決方案幾乎都能立即採用。 

積重難返是人之常情。最初企業從打字機切換成電腦時,員工也曾因用法複雜、無法駕馭而抵制過。不過與早期技術轉型不同,對於使用者而言,工業 4.0 解決方案實際上反而是降低複雜度,而不是增加複雜度。譬如簡化工作流程,手動和重複性工作皆自動化,而且採用更直覺式的介面。 此外,許多 4.0 技術有助於培訓,例如 AR 穿戴式裝置和針對行動裝置優化的體驗。 

2020 年給我們的啟示,便是人類始終無法預知未來會遭逢何種變故。雖然我們無法預測未來,但可以採取一些步驟,確保有更大的彈性,並善盡一切準備。最佳的記憶體式 ERP 系統可擴充並支援無限的工作負荷,而工業 4.0 技術則專為加速支援未來成長所開發,可因應任何意外的變化。

工業 4.0 軟體解決方案某些最基本的元素,除了內建擴充能力之外,還有具備靈活性與彈性的能力。如果企業或生產模式必須徹底改變,才能滿足市場需求,工業 4.0 系統可賦予企業快速因應變化與建置變革所需的洞察與信心。

毫無疑問,第四次工業革命將會改變勞動力。不過引領創新的關鍵不在重複性人力,而在觀念和創造性思維。透過數位擴增釋出的人力並非以體力勞動為主,而是趨向運用腦力的人才。1980 年代,全球只有幾千名電腦程式設計師,如今人數則已突破 2 千萬。 雖然許多體力勞動將由機器人接手,但未來還會開創出更多工作,與數位工具相輔相成,完成業務目標。

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