09:00~10:00
寶貝摩天輪
主持人: 彭宗平
2015/11/30
21:09
工業4.0是什麼?
它跟台灣的生產力4.0、美國的AMP、大陸的中國製造2025,有何異同?
更重要的,工業4.0的核心概念為何?「智慧製造」將如何影響未來的製造業?
特別邀請前中鋼技術副總、中鴻鋼鐵董事長陳玉松為您解惑,透過實務經驗與前瞻觀念,指出台灣製造業的未來方向!
引言:
主持人彭宗平教授(以下簡稱彭):
歡迎您收聽《台灣的明天‧明天的台灣》,我是彭宗平。我們這一季要討論的主題是科技產業,包括電子產業、資訊產業、通訊產業、生技產業以及工業4.0時代的製造業。今天我們邀請的貴賓是前中鴻鋼鐵董事長陳玉松先生,跟我們來談工業4.0。陳董事長歡迎您上我們的節目。
主持人陳玉松董事長(以下簡稱陳):謝謝校長的邀請。
彭:陳董事長畢業於成大的工程科學系,並且獲得美國南加州大學企管碩士。他從1974年就加入中鋼,歷任軋鋼廠的廠長、生產部門及業務部門的助理副總、技術部門的副總。2012年,他轉任中鴻鋼鐵董事長,去年底退休。陳董事長在工業產品的生產製造,有非常豐富的經驗;他也曾經擔任防蝕工程學會的理事長,以及鋼結構協會的理事長。
以他在中鋼的經驗,經常輔導中下游廠商進行自動化與智慧化的生產,近年來更大力倡導工業4.0的理念跟實務,對台灣的工業製造以及未來發展的前景有相當多的體會跟期許。董事長,我們都知道台灣的工業發展有一個過程,早期從所謂的勞力密集到資本密集、技術密集等等。現在因為台灣有占非常優勢的資通訊技術,大家開始談到工業、生產、製造要「轉型」。工業生產要自動化,還要智慧化。
1. 工業4.0的由來與發展進程
對於這個發展的過程,因為您從1974年就到中鋼任職,有非常豐富的產業經驗,是不是可以跟聽眾稍微回顧一下,特別是在製造業這個部分,台灣整個發展的過程?現在為什麼會往這個方向走?
陳:我想我就用工業4.0的4.0來談。為什麼會直接叫4.0?當然前面就有3.0、2.0、1.0。所謂1.0就是蒸汽機時代,用蒸汽機取代人力。2.0就是電動機以及內燃機來取代人力。3.0以後,就進入所謂的數位化、電腦化以及自動化。我們現在談4.0,其實還是在談電腦化、數位化,不過這個智動化的「智」是智慧的智,不是自己的「自」。我們可以說4.0是3.0的進階版,因為用的東西都還是電腦,但大家可以感覺到,4.0之後會更有智慧了。
我們大家都知道在電子業有一個摩爾定律。摩爾定律告訴我們晶片的速度和能力,每18個月到24個月會增加一倍。現在已經進到所謂的「棋盤下半盤」的指數效應。我們大家可以想像,如果一個棋盤是8×8的matrix(矩陣),8×8就是64格,第一格放一粒米,第二格放兩粒,第三格放八粒,這樣兩倍兩倍放下去,一開始不多,到了棋盤下半盤,要放的米就是天文數字。
晶片效能也一樣,每18個月到兩年增加一倍,如果經過五次,2的5次方只有32倍;但如果是2的30次方,就是上百萬倍。如果到2的64次方,就是18個百萬兆倍,大概是18個0。這就是指數的爆炸效應。
所以我們可以說,現在的IC越做越小,它的功效也越來越大,功能越來越強。因為做得越來越小,所以很多的感測器,已經變成穿戴式了。因此,今後的機器,將很容易裝上這些感測器,讓機器透過感測器把訊號傳出來,這些訊號經過分析就可以預知機器狀況及性能,最後就變成所謂的智慧化。
彭:意思就是因為資訊化、電子化的發展,讓工業進到了另外一個階段。
2. 各國的工業4.0相關概念
但是您剛剛提到的工業4.0,是在2011年德國首先倡導,2012年開始推動。可是台灣也提出「生產力4.0」,我們的生產力4.0跟工業4.0,有沒有呼應的關係?
陳:生產力4.0大概只有台灣在提,其應用仍聚焦在製造業,跟德國的工業4.0在核心概念上相似。最主要的,就是讓生產線的製造,從原來的自動化,轉型到智慧化,就是所謂的智慧製造。最大的差別在於,以前自動化的時候,是由人駕馭電腦、駕馭機器,但是4.0的智慧製造,人跟電腦的角色轉變,叫做協同合作了。所以有一個玩笑,就是「我的同事是馬利亞,她是一個機器人」。這就是工業4.0的寫照,因為人做人的事情,電腦也可以做它最擅長的事情,兩者可以協同合作。這種情況下,當然可以做到所謂的智慧製造。
彭:是,您剛才提到工業4.0是從德國開始提出,台灣也提出生產力4.0;相對美國也提出另外一個概念,叫AMP;還有大陸說「中國製造2025」。這部分是不是可以稍微說明一下,他們的重點在哪些地方?
陳:工業4.0包括兩部分。第一部分就是美國的AMP,它是一個工法、製造方法的改變,或者說process(製造流程)的改變。比如說3D 列印就是一個非常典型的例子,對於一些特殊機械零件,3D列印的「加法」製程,可以取代傳統CNC的「減法」製程,大幅降低原物料成本,這就是美國AMP〈先進製造工法〉的內涵。而工業4.0第二部分是德國提出的智慧製造,主因為德國在ICT的應用比美國落後一些,所以他們就用ICT的精進來當做工業4.0的主軸。
彭:那大陸也提出中國製造2025,又是怎麼樣一個概念?
陳:基本上就是2025年,要透過物聯網將大陸所有的生產設備,甚至製造出售的產品,或者是人穿戴的裝置,整個都要連在一起,叫做中國製造2025。甚至叫做中國製造2025 plus,這個「plus」是指互聯網plus,讓現在的網路再升級,也就是物聯網加上很多的應用軟體,人們的想像力有多高,「加」上的功能就有多強。
彭:就是說工業4.0是原型、原版。陳董事長也提到,台灣的生產力4.0,美國的AMP,還有大陸的中國製造2025,很重要的核心概念還是來自德國的工業4.0。所以我們就以工業4.0作為我們這兩集主要的核心概念。
3. 工業4.0的核心概念:虛實整合、預測製造
彭:那麼,工業4.0採用的核心技術概念在哪個地方?怎麼應用到實際的生產製造上面呢?
陳:OK,4.0最重要的核心概念,就是虛實整合的預測製造。
彭:虛實整合?
陳:對,就是我們講的Cyber-Physical System簡稱CPS,中文譯為「虛實整合系統」。Cyber指的是網路的虛擬系統,所有的實體製造,都可以在電腦上預測得非常精準,真正要生產的時候,就是按表操課。所以可以說,我們對客戶可以做最好的承諾,比如我承諾明天要交貨就可以交貨了;我的機器也不會故障,因為很多的感測器裝在機器裡面,機器的感測器發出信號來,我們可以知道機器什麼時候會有問題,在它問題發生之前,我們就已經把它修好了。所以我們說工業4.0時代機器只有保養,不必搶修,因為我們的機器會說話,會告訴人們需要保養了。
另一方面,透過虛實整合,生產出來的產品也會溝通,感測器會告訴人們這個產品是好還是不好。因為產品也會經過ICT的AOI(Automated Optical Inspection,自動光學檢驗),或者自動的溫度量測裝置等去「有智慧」的判定產品品質。甚至透過ICT可以取得客戶使用我們產品的數據,使生產的產品能夠命中客戶的需求。
因此,現在的製造已經成為「先求好,再求有」。就是在聯網的電腦上已經驗證過了,然後你真正生產的時候,只是按表操課,只是把模擬過的東西搬到現場去製造。因為現在電腦比以前功能更強大,所以以前做不到的,比如說CAE(Computer Aided Engineering電腦輔助工程分析),以前的精準度大概只有90%,現在可能到95%以上,所以我們現在可以做到First part and every part is correct(從第一個開始,每個成品都是良品)。
比如說金屬加工的沖壓,以前可能要讓生產線上線一次後,再下線去修模子,才能夠確保沖壓出來的成品不會破。但是現在透過CAE,在電腦上模擬,你到線上真正生產的時候,你可以做到第一個成品就OK了,不用下來修模子了。所以我覺得,工業4.0今後對於產業效率的提升,對客戶的承諾,一定會有更大的改善。
4. 智慧製造的新效益:大量客製化
彭:是。所以您剛才提到的,就是一種新的工業製造,它可以達到智慧化,也可以達到客製化。過去我們常說,大量生產是一個思考模式,另一個是小量多樣,但在這個情況下,其實小量多樣對整個生產流程來講,也不是問題了。
陳:當然。所以在工業4.0它有一個口號,叫做mass customization,就是「大量客製化」。意思是說,任何東西都可以on-demand(隨選),就是參照客戶的需求來量身訂作。因為每一個東西,都可以在電腦上先模擬好,等到生產上線的時候,它就是按表操課。按表操課的結果,就是滿足客戶的需求。
彭:對,您剛才也提到,這是一種「先求好,再求有」,跟一般大家傳統的觀念「先求有,再求好」是不同的概念。
陳:是。
彭:這樣子一個概念,在實際的生產過程裏頭,對員工或者老板來講,會不會有點失控、錯亂的感覺?
陳:其實我覺得對老板、對員工來講,反而會更高興。因為以前都是做修修補補的工作,產品做壞了,你還要重做一遍,那就是修修補補;或者機器壞了,今天本來要生產的,卻變成要來搶修。相反地,工業4.0可以由機器的感測器提醒員工,提前保養;還可以自動做品管。對員工而言他會覺得:「哇!有這一套啊!」跟以前任何時候比起來,他更可以按部就班地做事,等於說他不會有類似臨時失火要救火的情況,不需要救急了。
5. 物聯網、大數據與工業4.0
彭:我們談到德國的工業4.0,大家好像把它跟智慧工廠畫上等號。剛才您提到德國ICT的技術不如美國,就是資通訊的技術不如美國。但是把ICT的技術納入工業4.0後,現在的機器不但本身有聯網化的功能,可以把資訊上網,現在更有物聯網、大數據,還有雲端計算,工業的機器跟這些技術連結起來,到底是怎麼運作的?如何建構所謂的智慧工廠?
陳:我想用一句順口溜,叫做「有感有覺」或「有感無覺」。所謂「感」就是那些感測器,感測器測到數據之後,如果「有感無覺」,也是沒有用的。所謂的「覺」,就是下指令的人或電腦,要有覺悟或說有決策。就是透過感測器提供的許多資料,到後端做modelling(按:建構一個模型,以求得生產過程的優化)。現在就是用大數據來做modelling,可以給我們很多的啟示、很多的歸納,我們就知道這個設備好不好,這個產品到底能不能滿足客戶的需求。
因此,智慧工廠當然少不了物聯網與大數據。物聯網的時代,其實就是軟體再加上硬體,硬體就是前面講的感測器,大數據的基礎是感測器提供的資料;到後端的軟體,則是對大數據做比較好的處理,找到更好的生產方式,或生產更適合客戶的產品,以行話來講就是modelling。也就是要做到「有感有覺」才能竟其功。
6. 台灣製造業的未來方向
彭:如果以這樣來看的話,整個生產製造將來不僅有垂直的精進,還有水平的整合。在這個情況下,從您的經驗來看,台灣有怎麼樣的準備,可以往這個方向來走?
陳:非常謝謝您剛剛提示的,其實我們有兩個走向,一個叫做轉型,一個叫做升級。垂直的部分我們就叫做升級,精益求精,超越規格的極限。比如說現在的規格,可能容許微米級的誤差,如果超過極限,變成可以用奈米級的誤差來要求,賣出更精密的產品。所以就是做得更精確,例如更薄、更小,這是所謂精益求精的層面。
水平方面轉型的話,就是用兩個詞來概括,一個是跨界,一個是融合。跨界就是跨到不同的行業;至於融合,比如把文創跟製造,這些看起來不太一樣的觀念融合在一起。可以說是「跨融」到不同跑道的競爭,不與現有同業在同一跑道比賽,以提供客戶獨特的價值。
彭:對,您提到將來要強調跨界跟融合,我們也談到台灣現在製造業跟服務業的比重逐漸在改變。特別服務業的比例越來越高,已經超過70%。所以談到工業4.0,製造業跟服務業怎麼樣做跨界跟融合呢?
陳:校長這個問題對台灣來講實在太重要了,因為我們以前都認為台灣是製造業的王國,就是東西賣給人家了,從此以後關係就斷了,我們叫做「銀貨兩訖,概不退貨」。但是如果跟服務業結合,完全不是這個樣子。我們跟客戶的關係,事實上是還沒有賣東西之前,就已經開始,因為我要了解客戶的需求。接下來我們生產,生產之後賣給他,賣給他以後還有更深的關係,就是所謂的服務,包括事後的維修及提供Total Solution等,客戶關係不但不會中止,反而變成更緊密的「互相依賴」的生態體系。
我們政府過去在推動的,製造業要服務化,服務業要科技化,然後要全球化,就是這個道理。那怎麼做呢?舉例來說,就是在機器裏面放很多感測器,將來把信號傳回到台灣,我就知道客戶的設備在美國發生什麼問題了,我甚至可以遙控來解決它的問題。所以我們賣出東西之後,跟客戶的關係從此以後就沒完沒了。當然這也是商機。這個就是製造的服務化。
彭:所以工業4.0其實涵蓋很大的範圍,而且提供很大的應用潛力。今天很高興邀請到前中鴻鋼鐵的陳玉松董事長,跟大家分享工業4.0的概念。下個禮拜我們還要請陳董事長繼續跟我們分享工業4.0的實例,以及台灣怎麼樣迎接工業4.0的來臨。