設備智動化與工廠智慧化 帶動製造業競爭力躍升

工具機產業可望援引物聯網、智慧機器人與大數據等技術，大幅提升產品結構穩定性、剛性與精度，順勢切入航空加工設備市場，尋求更大商機。Multistation

現今全球製造工廠都亟欲藉由工業物聯網(IIoT)、大數據分析、虛實整合系統(CPS)、人機協同作業來實現智慧化，以靈活調整產能規劃、上下游供應配送、即時逆向追蹤生產進度，強化大量客製化生產能量；台灣則透過生產力4.0計畫，助製造業打造智慧工廠。

繼德國工業4.0、美國AMP等計畫之後，台灣行政院在2015年期間拍板定案，決意全力推動「生產力4.0發展方案」，然而此舉絕非跟流行，實有不得不然的迫切性。事實上，綜觀全球各國，不只是德、美，放眼日本、南韓、大陸等其他國家，亦有蘊含類似推動目標的計畫，足見各國全都面臨市場快速變化、製造版圖重新洗牌、全球生產要素資源有限等多重艱鉅挑戰，故而期望帶動製造業轉型升級。

台灣推動製造業升級的急迫性，更甚於上列多個經濟體，只因為台灣面臨開發中國家、歐美先進大廠前後包抄擠壓——開發中國家搶佔台灣以往擅長的量產市場、歐洲先進大廠搶佔中階市場——導致既有優勢與光環已然出現褪色，再加上與前述各國相同，皆面對人均產值成長趨緩、勞動人力不足、營運模式待轉型等嚴峻課題，因此亟需透過生產力4.0計畫的實施，協助製造業導入智慧型技術應用，藉以提升生產效能，進一步化解缺工危機，終至實現「擴大市場內需，創造外銷契機」之長遠目標。

落實生產力4.0  需借重IIoT與智動化

與此同時，經濟部工業局也設立了生產力4.0推動辦公室，以智慧自動化為基礎，運用物聯網、智慧機器人及大數據等技術，佐以精實生產管理模式，引導台灣產業生態轉型，推動智慧製造及智慧服務之聯網服務製造系統，以達成生產力4.0願景與目標，宣示推動台灣製造業成為「亞太優質生產力典範」，逐步提升製造業人均生產總額。換言之，舉凡「工業物聯網」(IIoT)、「工廠智動化」，都可謂生產力4.0智慧製造的關鍵元素。

為何對於所有製造企業而言，推動智慧工廠是如此重要之事？只因為展望今後，全球製造業將逐步朝向五大趨勢發展，首先是在生產模式方面，出現「單一工廠產能縮減化」現象，以往代工廠自動化導入程度低，屬於勞力密集型態，故需在低薪地區擴大單一工廠產能，滿足經濟規模之要求，惟一旦發展智慧工廠，將有效減少直接人力需求，致使單一生產據點產能逐漸縮小，連帶改變人力配置。

其次在供應模式方面，出現「供應鏈管理彈性且透明化」現象，藉由智慧工廠可有效掌握廠內庫存與生產進度，並帶動供應鏈上下游之深度鏈結，使供貨訊息更加即時與透明；此外，下游客戶透過系統便可決定訂單價與量、交易方式及下單對象，也提高臨時加(抽)單之彈性。

第三在聚落模式部份，形成「產業聚落分散化」新趨向。藉由導入機器手臂與機器視覺，除可簡單工序取代人力外，更可應用在更多工序之生產流程；更重要的，導入機器人將使直接勞力成本占製造成本比重下滑，生產區位選擇將更趨向多元化，產業聚落模式將從「集中式」轉換為「分散式」，間接影響產業價值活動的移動。

再者在管理模式部份，凸顯「運籌管理重要性增加」。受到智慧工廠逐步導入之影響，將使得傳統「一地生產、全球消費」的管理模式，為「在地生產、在地消費」的區域化經營模式所取代；生產模式由集中轉向分散，且可利用雲端資料中心將將生產資料分享至各地，因而凸顯一個事實，意即掌握原料、半成品、製成品及物流配送的運籌管理，無疑至為重要。

最後在商業模式方面，出現「品牌廠商議價力提高」現象，藉由縮短產品推向市場的時程、可有效掌控實際生產進度與庫存、可臨時因應插單或抽單，且可滿足少量多樣化客製生產需求，有利於品牌商強化與市場需求之間的落差，從而提升議價能力。

物聯網+機器人+大數據  為先進製造核心內涵

總體而言，環顧生產力4.0推動架構，具有3個推動重點，依序是堪稱生產力4.0核心的「設備智動化」，前已述及的「工廠智慧化」，終至實現「系統虛實化」，此外也有3個推動內涵，包括物聯網(IoT)、智慧機器人(IR)、大數據(Big Data)，也就是利用這3個內涵，以進行先進製造與服務。

就其中的智慧機器人而論，尤其在智慧工廠形成要素中佔有關鍵地位，且未來應用潛力極大，包括機器視覺可取代人眼判讀，進而提升整體生產良率；結合機器手臂可有效完成高重複性、需要人手拾取的工序；結合穿戴式裝置，可輔助業者完成檢修、故障排除、操作訓練等必要工作，消弭人為操作疏失的風險。

以高階航太零組件製造業為例，以往多面臨零組件孔位精度不足、焊/鉚接位置偏移、檢測良率不高等棘手難題，可藉助導入智慧機器人，發展動態感測與控制、雷射對位檢測等技術，快速改善上述問題。緊接著藉由物聯網整合工廠端、倉儲端與客戶端，以便於針對從零組件生產工廠出貨到下單客戶之中每一道環節，實施全程管理，繼而坐收客戶零距離、設備高稼動、人員高效率、財貨高流通等綜效。

至於大數據分析，則可協助該類型製造業者，精準掌握生產數據，模擬出最佳化製程路徑，亦可藉此進行應用動力學套件加工策略、NC程式設計，從而開發最佳技術，以期快速回應客戶需求，順勢提供完整服務方案。

前述內容，對於台灣工具機產業著實重要。台灣是全球第四大工具機出口國，惟礙於產品結構穩定性、剛性與精度亟待加強，所以始終無緣將產品品級提升至高階市場層次，連帶抑制了單機的價值。

工具機產業升級  可望挺進航空業商機沃土

只要藉助物聯網、智慧機器人與大數據分析等三大內涵，便可依序注入虛擬化控制技術、結構優化設計技術、高準確性物性分析，以及虛擬切削模擬技術等嶄新能量，有助於將原本歷時1個月的機台設計開發時程，縮減六成而至12天左右，亦可將原先需時3天的產品試製時間，急速縮短為短短1天。

除此之外，經由結構優化設計，可望使得既有機台門型結構因而減重三成，連帶致使每座機台的材料與運輸成本，節省約新台幣百餘萬元之多，另拜線上偵測、大數據分析等技術所賜，也利於業者推估最佳的機台產能利用率，選定最佳機台維修時間，進而提升至少一成以上產能，可謂一舉數得。

更重要的，隨著工具機業者功力大躍進，運用虛擬工具機設計技術而提升先進製造實力，也意謂其終於有機會切入附加價值更高的航空市場商機，讓自己成功轉型為高階航太零組件製造商。

而這股設備智動化、工廠智慧化的風潮，亦已吹向過往自動化程度並不高的產業，例如民生用紙，與工業電腦、機器人等廠商結盟推動智慧化，針對程序繁瑣的濕紙巾後端貼蓋作業，部署Delta機器人以取代早先多達8名的作業人力，並藉由EtherCAT主站居中協同PLC控制系統、感測裝置、傳送帶系統、噴膠機、貼標機等一干設備，有效帶動每秒鐘濕紙巾產量驟增，稱得上是生產力4.0典範案例之一。