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工業4.0正式啟動 市場競逐激烈加劇
2016/10/03-DIGITIMES企劃  


面對全球激烈的市場競爭,製造產業外移的壓力,愈來愈短的產品生命週期,以及來源短缺成本卻不斷攀高的勞工需求,各國紛紛提出製造業發展解決之道,其中又以德國提出的工業4.0(Industrie 4.0)最受矚目,從機械動力帶動工業1.0、活用電力的大量生產帶動工業2.0、活用電子進行生產自動化的工業3.0,工業4.0則是依靠資通訊技術。

其中較為重要的技術包括大數據擷取(Big Data)、雲端伺服器(Cloud Computing )、虛實整合系統(Cyber-Physical System;CPS)、擴增情境(Augmented Reality;AR)及協同型機器人(Collaborative Robotics)等,帶動智慧製造乃至於智慧工廠的發展。

BMW已經開始大量導入機器人朝智慧製造之路邁進。(Wiki)
工業4.0開始展現智慧製造成效

事實上,許多跟工業4.0有關的資通訊技術,並非是這幾年才出現,相關技術的整合,才是智慧製造能否成熟的關鍵。而在嘗試導入各種資通訊技術,並設法將其協同運作的這段探索期即將結束之際,許多技術目前都已經相當成熟,連帶也讓智慧製造開始展現對製造業產生的效益。

如BMW為了打造汽車工業4.0,在位於大陸瀋陽的鐵西工廠中的衝壓、車身、塗裝和總裝四大車間內,全面實施了工業智慧化,建立智慧工廠及智慧車間。如車身車間因為使用機器人和工業電腦控制技術,能效得到顯著提升,而相比傳統液壓機,鐵西工廠的高速沖壓機生產效率,也提升超過70%,節能達50%。

汽車製造最耗能的塗裝環節(約佔汽車製造能耗的70%),則實現節水30%,節能40%,減排20%。機器人熱能回收技術,每年更可節約超過780萬度電。也讓BMW集團在2014年底時,在全球使用的生產能耗中,來自於可再生能源的比例首次過半,達到51%。

智慧製造帶動機器人產業發展

而在這波智慧製造的風潮中,機器人及智慧機械產業堪稱是受惠最多的產業之一。尤其是體力勞動人口的銳減,就是推動智慧製造的主要趨勢,能夠減輕工廠人力負擔的機器人產業發展,自然因此加速,除了機器人產業包括機器人本體、伺服、控制器、減速機等外,工業電腦技術也因此跟著受到重視。

目前的機器人產業中,較為重要的有ABB,不僅是全球industrial robot技術領導者,同時也已推出全球首款人機協作雙臂機器人;FANUC在全球CNC與Robot累計銷售量高居第一,也已推出首款綠色人機協作工業機器人,蘋果吉特斯拉都已大量採用。

KUKA是首款人機協作工業機器人的推出者,由於高居歐洲汽車工業應用率第一,早已被視為工業4.0標竿公司;YASKAWA是生產伺服器、變頻器及機器人的重量級廠商,包括北美汽車廠與大陸智慧手機,都大量採用的機器人Kawasaki則是日本最早開發機器人的公司,塗裝機器人市佔第一,除了擁有符合工業4.0規格的整合能力外,目前也正積極強化歐洲與大陸產銷體制。

由於大陸過去全球供應鏈體力所扮演的生產地位,加上大陸也開始面臨勞工短缺的壓力,讓大陸的機器人市場潛力備受看好。大陸機器人在2014年達4.5萬台,較前1年成長35%,2015年市場規模預估6.5萬台,成長率40%,許多重要業者都已紛紛進駐大陸,如ABB已將全球機器人業務總部移至大陸上海,YASKAWA也已將上海為第二大生產基地。

大陸的機器人市場主要用於汽車業與電子製造業,與工業4.0相關的產業基地達35個,2020投資額上看5,000億人民幣,連帶也造成中國開始投入國產機器人的銷售,預計2013∼2023年期間,大陸工業機器人年銷量複合增長率達到35%。

在實際的應用案例中,海爾為了適應互聯網+時代滿足消費者個性化需求,在2014年就已啟動全流程實時互聯可視的互聯工廠體系的構建,將大規模製造升級為大規模定製。透過大量傳感器,大數據信息化工具和機器人的協作,海爾互聯工廠可以高效地完成定製化批量訂單的生產,在不提高製造成本的基礎之上,提升產品附加值,並為創新性設計的低成本實踐,提供有力支撐。

截止到2015年第1季度,海爾已建成瀋陽冰箱互聯工廠、海爾佛山滾筒互聯工廠、海爾鄭州空調互聯工廠、南電熱互聯工廠、青島熱水器互聯工廠。以海爾瀋陽冰箱互聯工廠,不但人員配置減少達57%,單線產能也從100萬台提升至180萬台,單位面積產出也從50台/坪提升至100台/坪,訂單交付周期則是由15天隆低到7天。

智慧機械產業開始受到重視

而在加入資通訊技術後,台灣原本就有優勢的精密機械,更可能搖身一變,成為智慧機械,也成為目前角逐智慧製造市場的要角之一。行政院也在2016年7月核定智慧機械產業推動方案,希望能促使台灣成為全球智慧機械及高階設備關鍵零組件的研發製造中心。

智慧機械產業的範疇,比起機器人產業來得更大,包括建立設備整機、零組件、機器人、物聯網、大數據、CPS、產測器等產業。未來需要引進智慧機械,建構智慧生產線的產業,包含航太、半導體、電子資訊、金屬運具、機械設備、食品及紡織等產業,進一步促使這些產業邁入智慧製造之列。

一旦智慧機械及智慧製造產業成形,下一步就是透過雲端及網路,與消費者快速連結,提供大量客製化產品,形成聯網製造服務體系。目前政府已經開始建構關鍵智慧機械產業平台,設法連結國內地方政府、重點產業聚落與產業公協會,並辦理機械交流活動,促成機密機械業者與資通訊技術業者交流互動,共同發展只會機械整體解決方案。

未來更希望能結合台灣產學研能量,結合軟硬體廠商及系統整合業者,成立3個以上智慧製造推動平台,協助重點產業導入智慧製藥,進而帶動產業升級轉型。

大陸市場是主要競逐之地

不過業者指出,智慧製造目前還在導入階段,主要的短期效益來自CPS安裝、機器人設備投入、預知維護系統、無線通訊與現場資訊整合專案等。大陸市場仍是目前最被看好的市場,但由於大陸市場競爭激烈,台商不宜單打獨鬥,應該設法強強異業結盟,聯手搶攻大陸龐大市場,為建設智慧互聯工廠,實現智慧製造的目標,共同努力。

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虛擬實境(VR)工業4.0(Industry 4.0)虛實整合系統(CPS)協同機器人
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