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【工業4.0是台灣製造業轉型關鍵】德國專家解析,什麼是真正的智慧工廠?

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【為什麼我們要挑選這篇文章】2011年,德國提出工業 4.0 的「高科技戰略」,要致力讓德國的工廠全面物聯網化。因為,當工廠生產線全面連網,加上與各種前端消費應用網路連結,製造業不再只是市場的後勤部隊,而且,規模生產的壓力會由為末端消費者客製化產製取代,製造業的利潤將會大幅提升。台灣是全球製造業重要基地之一,也是工業 4.0 趨勢中的重要實務參與者。從網際網路興起的 ICT 革命,將怎麼帶領台灣製造業走出新的機會與價值?(責任編輯鄒昀倢)

第四次工業革命將要來臨。至少,這是德國許多企業與政府領導人的觀點,他們用工業4.0的概念開闢製造業的新道路。在第三次工業革命中,訊息技術是關鍵推動力。未來的趨勢是互聯網將與製造業緊密聯合,21世紀無處不在的互聯網平台與其他先進計算機科技都將推動製造業的發展,帶來我們常說的「智慧工廠」。

IT科技與製造業的匯合就是工業4.0的目標,德國政府推動了許多項目來發展這項計算化生產概念。德國統一後,甦醒成為一股強大的工業力量。工程學博士Thomas Bauernhansl教授即將在德國法蘭克福召開的ISC高性能會議上,講闡述工業4.0的話題。Bauernhansl教授在德國Fraunhofer應用研究促進協會以及斯圖加特大學工業製造與管理中心擔任總監,他在德國汽車與機械工程行業有八 年工作經驗,並參與了一系列頂尖製造技術的研發。計算機科技媒體 TOP500 News對Bauernhansl教授進行了訪談,他談到了自己對於第四次工業革命的個人觀點。

TOP500 News(以下簡稱「TOP500」):自動化對於工廠來說並不陌生,已經存在了幾十年。「智慧工廠」的概念有何不同之處?

Thomas Bauernhansl教授(以下簡稱」Bauernhansl「):智慧工廠之所以新,不只是因為數字化,還有將智慧生產系統實時互聯的可能性。只有通過大數據分析,這才有可能實現。

同時,智慧工廠也是實現去中心化的重要一步。實體的物理數據將通過傳感器的方式獲得。智慧工廠也將使用全球都可以獲得的數據,這必須經過分析和儲存。聯網將通過數字化通信技術實現,而實體世界中的運營將由人類或者機器人來實現。

智慧工廠的目標是根據終端客戶,以特定方式來提供定制化服務。只有通過階層性較弱的網路來互相配合,才能讓這種服務在經濟上取得成功。

TOP500:這需要應用什麼樣的計算技術?

Bauernhansl:在不久的將來,利用數據和專業技術來創造價值,將成為所有商業模型的核心。我們的挑戰是如何從收集到的大量數據中,自動生成出可用的訊息和知識,並且非常經濟地管理大量數據。

物聯網(IoT)平台是許多新商業模型的支柱,提供了幾乎實時的溝通,以及交易的高透明度。

所謂的「網路-物理生產系統」(CPPS)將是智慧工廠的關鍵。相應的層面有三種:在應用層面,訊息從生產控制和運營中獲取。平台層面是負責各種IT服務的整合。最後,元器件層面提供了傳感器、促動器、機器、訂單、員工和產品。將這些所有層面結合在一起,就有了數字化製造,用高級科技能力整合社會經濟需求。

TOP500:總體來說,智慧工廠將如何改變製造商們的競爭趨勢?

Bauernhansl:製造商們必須更加靈活和多元。他們必須放棄控制。類似這樣的複雜系統沒法完全控制,因為智慧機器、訂單和工具基於動態數據來進行決策。有時候,人們沒法理解其內在的決策原因。人們必須得認識到這一點,知道如何控制結果。

企業與競爭者之間必須互相配合——這也是新的。之所以必須,是因為個體化、個人化的生產會通過多方使用的生產平台進行組織:客戶、供應商、服務商等等。這種新的商業生態將整個生產過程相互關聯起來。

企業的產品會成為一種傳遞信息與專業技術的媒介。產品和用戶之間的關係會變得透明,這帶來了新的機遇。為了利用這樣的機遇,企業必須理解這種新的商業邏輯,建立合作式的商業模型,即便是競爭依舊存在。這能帶來巨大的潛在經濟節省。

此外,客戶、供應商和合作夥伴之間的高度配合非常重要,遠遠超越了純粹的買賣關係。在理想的情景下,消費者也包括在了生產過程中,會帶來額外的價值。作為結果,消費者也負責承擔複雜度所帶來的部分成本。在過程中,消費者會帶來重要的數據,企業可以以此為基礎打造附加服務,從而直接或間接地開展業務。

TOP500:讓我們舉一個具體的例子。這樣的趨勢對於汽車製造行業有什麼樣的影響?

Bauernhansl:19世紀的工業效率先鋒弗里德里克·泰勒(編者註:弗里德里克·泰勒(1856-1915)是美國「科學管理之父」,擔任美國機械工程師協會主席和哈佛大學教授,提倡科學化、標準化管理,其思想在美國和歐洲影響深遠。)所設立的一些原則,如今必然會走到盡頭了。固定週期的生產和組裝線將會被模塊化的移動工作台取代。舉個例子,對於汽車製造來說,這意味著車身將通過一個自動化指導設備移動到一台智能機器,機器可以通過WIFI或者互聯網進行實時溝通。機器「告訴」車身部件,自己準備好進行生產了。這樣,汽車工業將再一次被改變。

許多人將工業4.0描述為第四次工業革命。這也與汽車行業的新要求有關。對於許多新類型的設備來說,需求都在上升,尤其是個人化的需求。雖然在前面的三次工業革命中,更高的生產力永遠都是目標,不過現在,靈活生產、滿足定制要求的優先級更高。

TOP500:在這個新環境中,工廠工人的角色又是什麼呢,他們還有角色嗎?

Bauernhansl:人依舊會是生產製造的中心。在某些領域的員工可能會更少,例如營銷、訂單處理和管理。但是工廠永遠都會需要工人。工人會從沉悶的任務中解放出來,如果說製造過程是一曲交響樂,那麼工人就會是指揮家。有了智能IT工具的幫助,他們會專注於決策和控制生產。工人必須在IT和其他領域獲取新的技能。

我們必須花更多功夫來整合目前已有的IT技術,靈活、無縫地連接進入智慧工廠基礎設施,工廠基礎設施是以工人為中心、以數據為驅動的。另外,我們還會越來越多地應用多模式人機交互界面。

在智慧工廠中,新的工具會為車間中的工人帶來力量。通過利用靈活的工廠基礎設施來整合多個建設模塊,人們可以專注在工人的需要、期望和要求上,獲得組織層面策略與變革管理的支持,從而實現進步。

在第四次工業革命中,強大的機器人會給工人提供支持。這些機器人只要幾分鐘就可以執行新的日常流程,並告訴員工需要實施哪些步驟。機器人可以持續不停地工作,對於工廠來說,無論是哪天工作、什麼時間段工作,耗費的成本都是一樣的。

TOP500:要讓這個概念成為現實,最大的挑戰是什麼,包括技術上和文化上的挑戰?

Bauernhansl:最重要的挑戰是無處不在的快速互聯網基礎設施,以及網路-物理系統的標準界面。對於製造平台的大數據應用,我們需要安全與保護,這樣,行業內的人們才會信任這種與工業互聯網連接的新型聯網技術——工業4.0。

可持續經濟發展的潛能已經在我們的面前。這已經能夠說服行業去開拓新領地,利用恰當的投資和靈活性,隨著第四次工業革命前進。這是國家可以保持國際競爭力和持續發展的唯一辦法。

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(本文經合作夥伴雷鋒網授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為〈德國工業4.0專家訪談:什麼是真正的“智能工廠”?〉。)