【產業趨勢】推動工業4.0 技術長是關鍵角色

IBM工業4.0

製造業在推動工業4.0發展時,有幾個關鍵角色,一個自然是主導公司走向的策略長,另一個則是技術長,如何在工業4.0中長程發展計劃中,帶領公司朝對的方向前進,選擇使用對的技術,帶領技術人員的轉型,並以技術帶動業務的發展,是技術長最重要的責任。

工業4.0 因應市場變化而生的轉型需求

工業4.0主要精神是讓製造由自動化走向智慧化,透過智慧化控制工廠生產設備與流程,達到彈性生產的目的。IBM大中華區移動互聯與物聯網技術總經理暨台灣IBM公司技術長林育震(Julian Lin)認為:未來是一個隨需(on-Demand)的世界。在技術上要有智慧的隨需技術(On-Demand Technology)才能支撐業務上智慧的隨需商業(On-Demand Business)。就像時下流行的魔法電影一般:當消費者有需要的時候,許個願她要的南瓜馬車就出現了,而且是她喜歡的顏色、造型…。

簡單來說,現今消費者自主意識增加,對於商品個人化的要求也越來越高,這樣的市場需求反應到供給端,品牌廠開始要求製造商具備「隨需製造」的能力,而原本大量生產製造的公司也因此積極轉型提供可以隨時小批量客製化生產的能力,「所以工業4.0其實是順應『隨需商業』趨勢而促成的轉型需求」林育震說。

但是這個隨需製造的境界並非一蹴可幾。在工廠智慧化過程中,物料要能自我標示,手臂才能正確地抓到消費者要的零件;機台要能多功能製造,才能在前一站或後一站的機台停止運作時,趕緊分擔它的工作;通訊要即時且低耗能,才不會互相不通或是每幾個月要為上萬個感測器換新電池而傷腦筋;而動態感知、動態調整更是考驗大數據優化與服務導向架構的能力。此外,企業後台系統間的整合、與價值鏈間的協作更是關鍵。或者因為管理者經驗不足、要求的車頂款式沒有庫存、供應端來不及進貨,又或者做好的車子因為物流系統延誤,來不及裝船而要多等一個星期,就無法達到隨需商業的目標了。
德國提出工業4.0作為國家高科技戰略,其實包含了資通訊科技、數位化工廠、安全與隱私保護、能源與環境、組織與人員訓練,從硬體到軟體到服務的完整產業戰略。現在很多電子業已經由代工過渡到前店後廠,甚至提供整體解決方案,包含虛實整合(O2O)及以API經濟建構隨需商業了。

面對工業4.0 技術長應關注的三個議題

而製造業者在面對這波工業4.0轉型趨勢時,技術長在其中扮演一個非常重要的角色,他必須關注工業4.0的技術發展,在企業往智慧工廠發展以朝向隨需製造甚至隨需商業時,提出相關的措施與規劃。林育震認為,技術長最需要高度關注的工業4.0議題有三個:分別是無線通訊與電源(技術面)、產線最佳化(流程面)、與營運模式(創新面)。
第一、無線通訊與電源技術。雖然現在大多採用ZigBee、3G或藍芽等無線通訊協定來傳輸資訊,但這些技術還在演進中,市場上也陸續有新標準問市,像IBM在2015年初便推出一個無線通訊新技術LoRa(蘿拉),這是針對物聯網資料傳輸所設計,主打低功耗、長距離傳輸和低成本,傳輸距離可達15~20公里,電池可以10年不用更換,這對感測器的應用來說很重要,因此技術長必須時刻關注電源和無線通訊技術的最新發展。
而這又可以延伸出另外一個討論議題,那就是技術標準。從IT發展歷程可以知道,技術標準不會一直存在而不改變,舊標準會被新標準取代,像行動通訊由2G到3G到4G,就是一個很好的例子,既然標準會改變是不爭的事實,企業也不能等到所有標準都統一後才開始購置設備,那時候又有更新的標準出現,因此技術長要關注標準在演進過程中的新議題,在企業滾動式成長的過程中,讓新舊標準、設備、人員技術能無縫整合。
再者,工業4.0通訊標準目前已經有慢慢在統一的趨勢,例如現在車間(shop floor)通訊協定的主流ProfiNet、Modbus…等有向EtherCAT靠攏的趨勢,EtherCAT在2015年初成為中國國家標準,也積極與OPC基金會合作,共同主導生產機台間的資訊傳輸。
至於技術長在進行工業4.0相關科技投資時,該選擇哪一個標準才有所保障?對此,林育震的建議是採用國際大廠的解決方案,因為國際大廠會保障她的客戶,遇到標準改變時,會提供升級/轉換的解決方案。
以IBM自身為例,不只提供流程與通訊協定整合的SOA及Integration Bus,可以協助企業進行各種通訊協定與資料格式的轉換,同時還積極尋求其他國際大廠彼此之間的合作。例如在2014年與GE、Cisco等國際業者攜手成立工業網路聯盟(Industrial Internet Consortium; IIC),定義製造業在資料傳輸的標準,讓不同廠商的設備只要在符合標準情況下,資料就能相互流通,這對智慧工廠與未來的P2P (peer-to-peer)發展來說非常重要。
第二、產線最佳化。目前製造業在做產線優化時,大多只有做到大數據分析而已,甚至只是事後分析。未來進入智慧製造時代,系統能力也要隨之提昇至可以做即時決策的程度,根據訂單、供應商、庫存、物料、生產排程、機器健康度、能源環境條件…等資訊,主動對生產機台下指令,告知這些自動化設備該如何配合訂單進行生產。
舉例來說,當電子訂單系統由行動社群商務(mobile social business)接到一部南瓜車訂單時,智能決策系統會根據現有產能及未來預測結果,告訴ERP系統是否能接這個單、CRM與SCM系統要如何配合。ERP接單後要求MRP系統作生產模擬與及時排程,MRP要求MES系統開始執行調整後的生產過程,SCADA / PLC控制多功能機台及時改變行為模式,在一般馬車的生產作業中,即時穿插入生產南瓜車,如此就不會影響產線運作。換言之,系統必須同時具備分析與決策與執行的能力,當產線出現問題時,系統可以主動決策解決,並告訴管理者接下來要做什麼。
第三、了解所屬產業的營運模式和生態系統。如何前述所提,工業4.0是因應隨需商業而起,就算工廠已經做到整廠自動化、產能很好,也必須結合消費者需求,否則若生產出來的產品市場不需要,只會變成產能過剩,因此,消費者參與製造及價值鏈的協調很重要。製造業者不只要能即時供應產品給需求的那一端,還要主動去刺激與創造需求,也就是主動搜集消費者意見並回饋到產品設計。
而將公司的能力對內以SOA服務化,對外以API方式虛擬化,提供跨業整合的新業務模式,才是真正達到隨需商業的目標,如此才能帶動公司業績成長。舉例來說:A企業沒有生產模擬系統,但可以透過B企業提供的API使用B企業的系統。又如婚禮籌備公司,在某一天幾點的婚禮上要一台銀色拱頂南瓜車,以及車隊、樂隊、鮮花…等,雖然婚禮籌備公司本身沒有這些設備與服務,但可以透過隨需商業把不同供應商甚至銀行付款都連接起來,而某供應商的隨需製造能力透過API讓婚禮籌備公司能隨時掌控商品狀態,因此被選為南瓜車供應商。

根據未來願景 規劃工業4.0發展藍圖

綜觀台灣工業4.0目前的發展,大多數企業已經進入學習階段。隨著政府推出獎勵措施或補助計劃如:經濟部工業局「生產力4.0產業推動方案」,再加上產業公會的積極推動,還有部份發展較快企業的刺激,讓台灣製造業對工業4.0的態度由觀望進步到學習,不只學習其他同業的做法,也會看看政府可以提供哪些資源或優惠補助,最後才會開始做導入規劃。
對於工業4.0導入規劃,林育震提出以下兩點建議: 首先要檢視自身的營運模式和生態系統,清楚定義導入工業4.0的目的是什麼,對公司與員工會帶來什麼影響,及10年後公司的發展樣貌,根據未來願景所做的導入規劃才會長久,公司上下一心,為了美好的將來與對人類的貢獻而努力。第二是做工業4.0藍圖規劃,根據前述所描繪10年後的公司樣貌與目前狀態,規劃中間的發展藍圖,範圍需涵蓋業務範圍與流程、人員組織能力、訊息化與工業化技術等的改善。當藍圖規劃完善後,才能從小規模導入測試開始做起,並根據實際的導入經驗逐步調整,然後擴大到企業整體與上下游供應鏈,甚至是整個價值鏈。
為了協助製造業順利落實工業4.0發展藍圖,IBM提供七種不同面向的解決方案,運用包含雲端運算(Cloud)、智慧分析(Analytics)、行動應用(Mobile)、社群協作(Social)、安全管理(Security)等最新技術,提供包括: 持續研發工程與軟體的開發、生產過程中的資料交換與整合、大數據分析與決策建議、供應鏈可視化管理、安全與隱私保護、節能與環境監控、及產品與服務創新。這七類解決方案沒有一定的導入順序,製造業者可以根據自身需求與導入規劃,決定要先從哪一個部份開始做。例如有些產業的目標不是小批量生產,反而製造良率的提升、設備維護的事前預測才是所在意的項目。另外有的公司技術與業務機密非常重要,可能先由資安隱私保護開始。

林育震強調,對技術長來說,探索世界與企業未來發展,做好發展藍圖規劃,選擇合適的解決方案與合作夥伴,培養人才技術,是帶領企業具備工業4.0的能力,邁進隨需商業的成功法門。

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