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工业4.0是制造业升级的契机和宝藏_3

发表于:2019-06-10 11:28 作者:新闻小编 来源:新闻小编

  工业4.0是全球先进制造国家下一波竞争舞台,结合了机器人、物联网、自动化产线这些工业4.0的概念,传统生产线将有大幅变革,新世代智能工厂即将诞生,是台湾制造业升级的契机。

  十八世纪末,人类藉由水和蒸气,进入机械化生产时代,二十世纪应用了电力,生产变得更有效率,不到五十年,电脑、数位科技进入了工厂,更增加了精密度与效率,现在,物联网也要加入了,智能工厂的潜力即将爆发。智能工厂加入了网路,将和竞争对手有区隔性和不可取代性。

  台湾工研院产经中心主任苏孟宗指出,表面上台湾内需市场很小,其实台湾最大的内需市场就是散布在全球的工厂,当融合消费者需求应用的物联网和工业4.0做结合,生产变成从设备自动化演进成工厂智慧化,少量多样、分散制造、快速回应,将成为制造业竞争的核心。智慧制造为实现智能工厂的第一步,从关键的机器人技术开始,工研院已经研发成功3D视觉机器人,藉由矩阵感测器可以判断抓取物件力量大小、行动方向,还可以被人类教育记忆学习。

  工研院副院长张所鋐也认为,工业4.0不是机器人取代人力的时代,而是人机协同时代,也许台湾未来在海外有无人工厂,但是研发可能都在台湾。从智能工厂的点、线、面的观点来看,机器人是单点出发,而整体生产模组具有计算、控制、沟通等3C能力才是大幅提升效率的关键,张所鋐说,以後在手机上经过云端、透过指令,跳过中央控制器这个环节,直接下指令给轴承、马达,把金字塔的控制系结构,压成了平面。

  此外,研华科技董事长刘克振则提出,发展工业4.0智能工厂的几个挑战。第一,无线低耗能的IC的问世与大量应用、电信商、资通讯厂商的参与。第二,是大型系统集成厂商的养成,他认为政府应该像当初发展半导体工业一样,带头去育成几家大型的集成厂商,以抢占市场先机。

  工研院副院长张所鋐(上图)表示,智慧机器人应用将在工业4.0时代扮演着关键的角色,国际上使用机器人数量从1981年起,前面进展缓慢,到近五年才大幅成长,尤其2011年後成长幅度更明显,平均从2008年到2013年机器人数量成长率达12%,单是2013年全球就使用17万多个生产机器人,中国、美国、德国、日本都是使用生产机器人的大户。一般观察机器人使用的密度是以每1万员工有几只机器人来当指标,台湾产业的强敌韩国,是1万个员工里面大约450只机器人在工作,台湾大概是每万人150只,和美国、法国、义大利、西班牙水准接近。

  经济部技术处的补助之下,工研院已研发出3D视觉能力的机器人,并且靠着矩阵感测器,能判断夹取物件的位置、方向、力道大小。其中许多的技术进步概念是靠着软体、知识背景去提升了硬体能力,而非靠硬体,这是这是4.0里面很重要的概念,例如我们用学理上面的动力学、机器结合的模型方式,让定位经度从1.88提升二十倍,超越目前国际上的水准。

  这几年工研院在机器人研究上也进入医疗领域,例如和医院合作扶助脊椎受伤的病人所设计的钢铁人支架,人穿在身上,有四颗马达协助小腿举起来、旋转、抬腿等,另外设计也可把大腿举起来。

  大家看到自动化生产机器时代,在不知不觉中取代了很多人的工作,这点引起很多社会学家、经济学家的关切与讨论,当机器人大量走进工厂,甚至未来变成无人工厂,人力是不是都被取代光了?

  自动化时代,人员被电脑控制了,电脑讲你就做这个动作,到了工业4.0时代是反过来的,人脑要来控制电脑,因为劳工有人脑和知识的累计,这部分是电脑不擅长的。现在很多机器人各做各的,靠共同电脑协调,接下来是机器人和机器人相互合作,未来在工业4.0时代里面,人脑比重逐渐增加,人脑和电脑合作。

  以前自动化机器时代,是靠个中央控制器,对马达发出指令,进入到工业4.0的智慧工厂、智能制造时代,厂内每个设备都联上物联网,因此成功的关键在於模组的「3C」能力。第一个C要能Computing,一个马达也好、一个帮浦、一个压缩机,要自己能够计算。再来是能够传输的Communication能力,第三个C是它能够Control的境界,每一个本体模组内要能控制、要能计算、传送。到达这个境界,以後在手机上经过云端、透过指令,跳过中央控制器这个环节,直接下指令给轴承、马达,把金字塔的控制系结构,压成了平面。

  从这3C的能力来看,台湾在电脑计算、通讯的技术已经是世界一流,第三个C其实是Sensor(感测器)、马达的部分,还有很大空间要努力,但三强里面我们已占2.5强了,对於进入工业4.0世代,台湾占着有利的地位。

  在去年,美国白宫科技顾问室向总统欧巴马提出AMP2.0(AdvancedManufacturingPartnership)计画,以提升美国制造业在国际地位,并定位了研发创新技术、人才培训、培养商业气氛三大支柱,每一个支柱各规划了20亿美金预算。我国工业局也编列经费针对中小企业在工业4.0上补助,科技部也编列预算让学界来做基础研究,教育也规画如何在课程中训练人才,工研院开始做工业4.0科技研发,预期四年内有基础成果。

  其实,最大宗的人才培育还是要从学校着手,可以由教育部、科技部联手,从大学以工业4.0学程的形式培养学生,像十几年前推的奈米科技学程一样。最後,台湾制造业占GDP产值约20%~25%,能提升制造业的效益,就是增加我们的经济成长实力。

  研华科技董事长刘克振(上图)认为,未来是物联网、智慧城市的时代,物联网已经影响很多产业,当物联网在工厂里面就叫做工业4.0,是Cyberworld一个云端网路的时代。透过云和网路与工厂连起来,就会达到另一个境界。工厂的生产线里面装了很多Sensor、有云端设施、有3D列印、制造资讯系统,全部都联网起来,然後同时联网顾客,甚至客制化的需求,另一端联网供应商,这些都联起来,然後有Bigdata,成了网宇,再根据供应商、客户状况作客制化的动作。

  这些对制造的变革在於大量和小量的差异,以前都是大量、标准制造,这件事情会因为工业4.0而彻底改变,生产线会变得很聪明,你就算订一套衣服,透过联网的裁剪、透过联网的3D列印、联网的机器人,智慧工厂都可以做得出来,小量、客制化变得容易,可以逐渐取代大量制造。

  现在工厂有设备物料成本管理系统、有Barcode(条码)产生数据的蒐集、大量使用机器人、机器手臂,有影像辨识量测机制,数位影像监控系统大量收息,这些早就自动化,目前这些事情工厂都做了,但是把它联上网宇的工厂很少。

  要做到物联网产业链,第一个关键是IC晶片,没有IC什麽都不用做了,这里指的是无线、低耗电的IC,目前还没出来,所以物联网还没那麽快,联发科、英特尔等厂商大有发展空间。第二层是感测器,第三是系统平台,这个部分不困难,只要IC出来了,像研华这样的公司大概三到四个月就做出来了。再上一层就是关键的云端软体Platform(平台),也可以称之为系统集成商(SystemIntegration),台湾目前这样的公司非常少,要做智慧联网工厂,机械人可以跟上银科技买,控制器跟我们研华买,但集成业呢?工业4.0就是一个集成业的发挥,我最大的呼吁就是政府应该育成大规模的集成业者。

  云端软体这一层就是集成业者,有这个软体,SI和自动化工程师才能把应用弄到云上面,就像三个人就可以开一家手机的APP的公司了,是因为有Android平台,但目前机械的联网不容易,要有云端、要更安全、远端管理等等各种应用软体API,集成业之於工业4.0就像是Android一样,台湾要做一个工业的Android,使得集成商可以在上面加工,这就是智慧工厂发展的关键。

  没有集成商只能小打小闹,做不了大事情,台湾应该育成中大型的集成商来服务我们的产业,只要两百人就可以了,做零售的集成商和做农业、做工厂的集成业都不同,DOMAINKNOWHOW太困难,因此不同产业可以孕育好几家集成商,设备业、食品药品、金属加工这几个产业机会很大,再加上有大中华市场作为後盾,这个产业很有机会。

  最後要提的是,当年孙运璿先生的手谕要发展科技业,就是政府做决定、意识到它的重要然後决心去育成它,就像催生台积电一样,用Topdown的方式育成起来,政府也要有能力去育成大型的SI集成商,培养发展工业4.0的骨干。

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