由德國發(fā)起的“工業(yè)4.0”(Industry 4.0)概念，在全球逐漸發(fā)燒。不過，制造相關(guān)企業(yè)、半導(dǎo)體組件或是系統(tǒng)整合商，雖然明了工業(yè)4.0將為其帶來新的龐大商機(jī)，但普遍卻不很清楚該怎么跨入市場，甚至如何在自家工廠導(dǎo)入工業(yè)4.0概念。
本文將從工業(yè)4.0起源及定義開始，以及闡述相關(guān)業(yè)者布局策略，期可為讀者帶來清晰的工業(yè)4.0發(fā)展藍(lán)圖。
工業(yè)4.0提升制造業(yè)生產(chǎn)效能 電子實(shí)驗(yàn)?zāi)K
維基百科(Wikipedia)中定義的工業(yè)4.0為：工業(yè)4.0或稱第四次工業(yè)革命(Fourth industrial revolution)、生產(chǎn)力4.0，是德國政府于2011年提出的高科技計(jì)劃，由德國聯(lián)邦教育及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)及科技部聯(lián)合資助，投資預(yù)計(jì)達(dá)2億歐元，用來提升制造業(yè)的計(jì)算機(jī)化、數(shù)字化與智能化。
工業(yè)4.0的目標(biāo)不是創(chuàng)造新的工業(yè)技術(shù)，而是統(tǒng)合所有工業(yè)相關(guān)的技術(shù)、銷售與產(chǎn)品體驗(yàn)，是建立具有適應(yīng)性、資源效率及人因工程學(xué)的智能工廠(Smart Factory)，并在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶以及商業(yè)伙伴。
另外，工業(yè)4.0技術(shù)基礎(chǔ)是智能虛實(shí)整合系統(tǒng)(Cyber-Physical System，CPS)、物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)以及智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，亦即通過傳感器和致動器(actuator)將真實(shí)世界與虛擬世界相連接。
西門子(Siemens)數(shù)字工廠事業(yè)部、工藝工業(yè)暨驅(qū)動科技事業(yè)部總經(jīng)理鄭智峰表示，工業(yè)4.0涵蓋九大技術(shù)，包括擴(kuò)增實(shí)境(AR)/虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、模擬(Simulation)、大數(shù)據(jù)(Big Data)分析、自主性機(jī)器人(Autonomous Robot)、云計(jì)算(Cloud Computing)、工業(yè)因特網(wǎng)(Industrial Internet)、網(wǎng)絡(luò)安全(Cyber Security)、水平垂直整合/3D打印以及增進(jìn)系統(tǒng)智能化。
圖1：工業(yè)4.0九大關(guān)鍵技術(shù)。
若能在工廠中落實(shí)這九項(xiàng)技術(shù)，才能真正符合工業(yè)4.0定義需求。工業(yè)4.0能為制造業(yè)帶來提高生產(chǎn)靈活性、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間及提升生產(chǎn)效率等優(yōu)勢。因此，除了德國之外，歐美各國與中國大陸都已啟動工業(yè)4.0計(jì)劃，臺灣政府也推出“生產(chǎn)力4.0”計(jì)劃，以協(xié)助臺灣廠商加快進(jìn)入工業(yè)4.0領(lǐng)域。
工業(yè)4.0商機(jī)誘人
自德國政府提出工業(yè)4.0之后，全球也開始重視，因而為制造商、半導(dǎo)體組件、系統(tǒng)整合廠商業(yè)者等帶來新的商機(jī)，其中機(jī)器人可謂是直接受惠的產(chǎn)業(yè)。
根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(International Federation of Robotics，IFR)估計(jì)，2014年全球工業(yè)機(jī)器人市場銷量約22.5萬臺，創(chuàng)歷史新高，未來市場需求將持續(xù)成長。而服務(wù)型機(jī)器人也深具發(fā)展?jié)摿Γ笾路譃閷I(yè)用、個人或家庭用兩類，IFR預(yù)測其2014~2017年市場總銷量，可望突破3,100萬臺。
圖2：1995~2013年全球工業(yè)型機(jī)器人安裝量。(來源：World Robotics 2014)
拓墣產(chǎn)業(yè)研究所則表示，受到工業(yè)4.0浪潮驅(qū)動，2015年全球工業(yè)機(jī)器人市場銷量有望達(dá)264,000臺，年成長約15%；2016年有機(jī)會來到29萬臺，年成長約10%。
不僅機(jī)器人產(chǎn)業(yè)直接受惠，有鑒于工業(yè)4.0囊括的九項(xiàng)技術(shù)中，自主性機(jī)器人只是其中之一，包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云端數(shù)據(jù)中心分析運(yùn)算及儲存設(shè)備、軟件分析平臺，以及半導(dǎo)體組件如微控制器(MCU)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組件…等等，也都因工業(yè)4.0而取得搶進(jìn)新商機(jī)的門票。
相關(guān)業(yè)者忙搶進(jìn)
由于工業(yè)4.0新商機(jī)誘人，各家業(yè)者也都想與工業(yè)4.0“扯上關(guān)系”，以期可再擴(kuò)大既有的營收規(guī)模。
處理器制造商英特爾(Intel)為搶攻工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)商機(jī)，早已開始布局，除購并信息安全軟件公司邁克菲(McAfee)、平臺軟件供貨商風(fēng)河(Wind River)外，目前更已通過該公司的網(wǎng)關(guān)和其他工業(yè)計(jì)算機(jī)如研華(Advantech)、凌華(ADLINK)合作，提供完整的物聯(lián)網(wǎng)平臺予客戶，期可協(xié)助客戶快速建構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺，創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)價(jià)值。
英特爾亞太區(qū)技術(shù)開發(fā)服務(wù)群物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)師蔡嘉禾表示，工業(yè)4.0也就是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)，過去的概念與應(yīng)用即為機(jī)器對機(jī)器(M2M)。惟與M2M較為不同的是，工業(yè)4.0不僅僅只是透過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)連接機(jī)器設(shè)備，更須利用網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)網(wǎng)云端或管理中心傳送，進(jìn)一步分析，因此在物聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)4.0基礎(chǔ)建設(shè)中，網(wǎng)關(guān)與應(yīng)用平臺的建置相當(dāng)重要。
組件安全性/機(jī)器監(jiān)測不可忽略
工業(yè)4.0欲實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是——提升生產(chǎn)效率、制造為本、對應(yīng)未來商機(jī)隨時(shí)改變生產(chǎn)線架構(gòu)…等。臺灣瑞薩電子(Renesas Electronics)營銷事業(yè)部經(jīng)理黎柏均指出，工業(yè)4.0是強(qiáng)調(diào)更有效率的工廠與機(jī)械管理，仰賴通信架構(gòu)串連所有，但相對地必須面臨數(shù)據(jù)傳輸安全性與網(wǎng)絡(luò)的可靠性挑戰(zhàn)。
而為了強(qiáng)化工業(yè)4.0安全，作為工業(yè)4.0架構(gòu)的控制中樞——微控制器(MCU)本身也須強(qiáng)化其安全性。而瑞薩電子與合作伙伴攜手強(qiáng)化其RX、R-IN MCU系列產(chǎn)品安全性，以提供更佳的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸安全。
發(fā)展工業(yè)4.0時(shí)，除了關(guān)注如何通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與后端管理平臺架起工業(yè)4.0架構(gòu)外，也必須注意第一線的機(jī)器監(jiān)測。國家儀器(NI)技術(shù)營銷工程師吳維翰指出，工業(yè)4.0其中相當(dāng)重要的一環(huán)即是機(jī)器狀況的監(jiān)控，若這部分未能確實(shí)做好，將無法達(dá)到工業(yè)4.0提升生產(chǎn)效率的精神。
因此，通過量測儀器中的數(shù)據(jù)擷取與振動感設(shè)器等裝置，再搭配統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)關(guān)，將可做到主動式防護(hù)，亦即可先一步知道機(jī)器是否即將損壞，也能提升機(jī)器檢測的效率，更可維護(hù)作業(yè)員的工作安全。
通信技術(shù)不可或缺
在連網(wǎng)技術(shù)方面，除了傳輸?shù)皆贫说挠芯€與無線通信技術(shù)外，工廠內(nèi)部機(jī)器間的通信也不可或缺。因此在工業(yè)4.0架構(gòu)中，各種無線通信技術(shù)將與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)相輔相成，其中，可建構(gòu)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的ZigBee已開始獲得廠商受到重視。
芯科實(shí)驗(yàn)室(Silicon Labs)臺灣區(qū)總經(jīng)理寶陸格說，在工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)中，各種無線通信技術(shù)都將有各自的定位，不會有所謂的取代效應(yīng)發(fā)生。而ZigBee是由于具備網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)及自我修復(fù)的特性，因此在數(shù)量較多的機(jī)臺或是公共設(shè)施應(yīng)用上較為合適，而為了讓ZigBee通過IP的方式傳送數(shù)據(jù)，因此去年幾家業(yè)者也成立Thread聯(lián)盟，致力于將IP加入ZigBee技術(shù)中。
更重要的是，工業(yè)4.0中需要布建許多傳感器，這些傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組件相同，需要工作相當(dāng)長的時(shí)間，也無法時(shí)時(shí)進(jìn)行換電池或充電，因此組件本身需要相當(dāng)省電，與節(jié)電、低功耗相關(guān)的電源管理IC(PMIC)也將在工業(yè)4.0設(shè)備中扮演重要角色。
完整垂直與平行整合才能緊握商機(jī)
由于德國許多業(yè)者已著手進(jìn)行工業(yè)4.0的布局，西門子也因而更加了解工業(yè)4.0的精隨，因此為提供最完整的解決方案，西門子早已通過購并的方式，將該公司所有產(chǎn)品進(jìn)行垂直與水平整合。鄭智峰強(qiáng)調(diào)，西門子產(chǎn)品可涵蓋企業(yè)、管理、操作、控制、現(xiàn)場五大層面，而這五大層面也就是完整的工業(yè)4.0架構(gòu)。
不僅提供完整的工業(yè)4.0解決方案予客戶，西門子本身安貝格工廠已符合工業(yè)4.0的需求。鄭智峰指出，通過建構(gòu)工業(yè)4.0工廠的經(jīng)驗(yàn)，西門子除了強(qiáng)化自身產(chǎn)品完整度，也具備協(xié)助業(yè)者建置其所需的工業(yè)4.0工廠的能力。此外，西門子也積極提與臺灣各界合作，以推升臺灣工業(yè)4.0的發(fā)展。
工業(yè)4.0其中一項(xiàng)目標(biāo)是通過自動控制、組件間優(yōu)化或迭加系統(tǒng)協(xié)調(diào)執(zhí)行一項(xiàng)完整的生產(chǎn)任務(wù)，需要為硬件、軟件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供新的解決方案。尤其是對現(xiàn)場處理分散任務(wù)的緊湊、堅(jiān)固的解決方案，對獲取傳感器數(shù)據(jù)、精心設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)與中央IT系統(tǒng)和云端的通訊的需求不斷增強(qiáng)。臺灣浩亭(HARTING)總監(jiān)林筆章認(rèn)為，上述關(guān)鍵是從已建立的自動化技術(shù)轉(zhuǎn)向整合產(chǎn)業(yè)(Integrated Industry)，即工業(yè)結(jié)合自動化和信息技術(shù)，啟用新型商業(yè)模式、新的產(chǎn)品和服務(wù)，提高可靠性和生產(chǎn)率。而浩亭已在自家智慧工廠中實(shí)施廣泛的解決方案，稱為“浩亭為您提供整合產(chǎn)業(yè)解決方案”(HARTING Integrated Industry 4You，HAII4YOU)。
組件代理商搶分杯羹
最后，半導(dǎo)體組件代理商也在這波工業(yè)4.0浪潮中獲得新商機(jī)。若是欲進(jìn)入工業(yè)4.0市場的業(yè)者，在沒有明確概念的狀況下，不知該采用哪些關(guān)鍵組件，或是想節(jié)省時(shí)間一次購足所需，那么除原廠之外，代理商將是較佳的選擇。貿(mào)澤電子(Mouser)亞洲區(qū)技術(shù)支持主管蘇志倫提到，代理商不僅代理許多原廠的優(yōu)質(zhì)零組件以及被動組件，還建立應(yīng)用與技術(shù)相關(guān)子網(wǎng)站，讓客戶可以最便利與快速的方式，構(gòu)筑工業(yè)4.0的應(yīng)用技術(shù)藍(lán)圖。
安富利(AVNET)則與其合作伙伴提供完整的產(chǎn)品線，如多樣化開發(fā)平臺、各類傳輸協(xié)議、無線感測網(wǎng)絡(luò)(WSN)解決方案、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等，協(xié)助業(yè)者優(yōu)化工業(yè)設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，并進(jìn)一步節(jié)省人力資源成本。未來安富利也將進(jìn)一步加入系統(tǒng)整合的部分，期可幫助客戶選擇完整的組件產(chǎn)品，還可滿足客戶高度客制化需求。
網(wǎng)絡(luò)+傳感器不等于工業(yè)4.0
由于目前工業(yè)4.0是片狀的發(fā)展，各家業(yè)者各自努力，未能串聯(lián)成全面的發(fā)展；也未有任何“標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”讓業(yè)者有所依循，因此工業(yè)4.0對多數(shù)業(yè)者而言，像一種“如陷五里迷霧”的技術(shù)與市場，但工業(yè)4.0絕非只是在生產(chǎn)機(jī)器上加上網(wǎng)絡(luò)與傳感器那么簡單。
鄭智峰指出，許多廠商對工業(yè)4.0真正的意涵并不相當(dāng)清楚，認(rèn)為在機(jī)器上加上網(wǎng)絡(luò)與傳感器就是工業(yè)4.0，事實(shí)上，業(yè)者忽略了傳感器收集到的資料分析、更智能具自主性的機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)…等等技術(shù)問題。
回歸先前提到的工業(yè)4.0涵蓋的九項(xiàng)核心技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)對相關(guān)業(yè)者而言，不是件簡單的事。德國累積了10多年相關(guān)技術(shù)能力，才能在2011年進(jìn)一步提出工業(yè)4.0的計(jì)劃，并于2012年推動，因此，企業(yè)若是只看到工業(yè)4.0市場的美好，而忘卻背后需要龐大的技術(shù)實(shí)力“加持”，不但無法真正了解工業(yè)4.0究竟要做什么，還會陷入不知該從何下手發(fā)展工業(yè)4.0的窘境。
大一統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范路遙迢
除了技術(shù)問題外，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)遙遙無期亦成為業(yè)者發(fā)展工業(yè)4.0的絆腳石。安富利臺灣總經(jīng)理蔡守禮表示，目前工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相當(dāng)混亂，Google、Apple與一些IC供貨商都各自有其解決方案，目前也尚未有任何跡象顯示會出現(xiàn)大一統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。黎柏均則認(rèn)為，在有線傳輸技術(shù)部分，工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)可望成為工業(yè)4.0通信標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)之一。
值得注意的是，發(fā)展工業(yè)4.0時(shí)，企業(yè)勢必會面臨接口——也就是互操作性——的問題。鄭智峰認(rèn)為，工業(yè)4.0或許不需要統(tǒng)包方案(Total Solution)，不過標(biāo)準(zhǔn)化相當(dāng)重要，問題是目前標(biāo)準(zhǔn)尚未并定義，且標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展暫時(shí)不會出現(xiàn)，以至于目前工業(yè)4.0呈現(xiàn)廠商各自努力的現(xiàn)象。再者，許多廠商可能無力建構(gòu)完整垂直與/水平整合的產(chǎn)品，而選擇跨業(yè)合作，但勢必會遭遇各家產(chǎn)品接口互操作性問題，造成其客戶遭遇問題時(shí)，無法有效解決。
鄭智峰表示，國際大廠的確有主導(dǎo)工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)建立的優(yōu)勢，不過小廠間的異業(yè)合作是否也能夠建立大一統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，仍需時(shí)間觀察。但大一統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)何時(shí)出現(xiàn)，實(shí)無法進(jìn)一步由現(xiàn)階段市場發(fā)展現(xiàn)況來預(yù)測，而接口問題將成為工業(yè)4.0發(fā)展的一大隱憂。
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