智慧制造的關(guān)鍵要素
奠基於上一波工廠設(shè)備自動(dòng)化的改造，智慧制造的重點(diǎn)在於將數(shù)位資訊的力量融入生產(chǎn)流程中。因此，在物理上硬體的升級(jí)與軟體的加成都不可或缺，并且需要一個(gè)將虛擬與實(shí)體做有效連結(jié)的虛實(shí)整合系統(tǒng)(Cyber-Physical System)。
虛實(shí)整合系統(tǒng)(CPS)為一個(gè)包含了許多分散式的子系統(tǒng)的整合系統(tǒng)，包括制程管理系統(tǒng)、辦公管理系統(tǒng)或服務(wù)流程系統(tǒng)等，原先這些系統(tǒng)之間彼此獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián)，現(xiàn)在在CPS幫助之下，能夠?qū)⒁粋€(gè)企業(yè)的上下游端進(jìn)行有效的串連，加速生產(chǎn)效率并提升效能。虛擬世界是數(shù)字、電腦與資訊的世界，而實(shí)體世界代表機(jī)器、設(shè)備與工廠，CPS就是利用虛擬的網(wǎng)路系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃與模擬，并在實(shí)體世界執(zhí)行落實(shí)的一個(gè)中樞控制中心。
物聯(lián)網(wǎng)是CPS的基礎(chǔ)。在智慧化的生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器人與人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)上，搭載物聯(lián)網(wǎng)、并利用云端運(yùn)算進(jìn)行的資料擷取、傳輸與分析，能夠讓機(jī)器與機(jī)器之間、人與設(shè)備之間進(jìn)行有效的溝通與整合。在這樣的生產(chǎn)系統(tǒng)之下，零件與零件之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、人可以下達(dá)指令給機(jī)器人進(jìn)行個(gè)性化生產(chǎn);工人不再是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程中從事重復(fù)性環(huán)節(jié)的小螺絲釘、或者從事粗重辛苦的搬運(yùn)工作的體力性勞動(dòng)者，而是能多工在不同設(shè)備上進(jìn)行溝通、指令傳達(dá)與監(jiān)控機(jī)器的設(shè)備管理者。
1、最佳化企業(yè)的生產(chǎn)流程
智慧化的生產(chǎn)線從以前的“反應(yīng)式制造”轉(zhuǎn)為主動(dòng)積極的“預(yù)測(cè)型制造”，機(jī)器設(shè)備在生產(chǎn)的過(guò)程中透過(guò)數(shù)據(jù)搜集，能夠預(yù)測(cè)故障以及需要修復(fù)的時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，減低事故造成的成本。另外，資能源的使用也會(huì)隨著智慧化的操控，降低生產(chǎn)過(guò)程中的污染與能源消耗、進(jìn)行有效回收，減輕環(huán)境污染之虞，并能以最小的人力、能源達(dá)成最高生產(chǎn)效率。整個(gè)智慧生產(chǎn)線透過(guò)網(wǎng)路進(jìn)行有效連結(jié)之後，除了透過(guò)虛實(shí)整合，從過(guò)去“集中式”的生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒏鞯氐纳a(chǎn)單位，還能應(yīng)付多元的生產(chǎn)要求，無(wú)論小批量、個(gè)性化制造或大量、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)都能達(dá)成。
2、制造業(yè)服務(wù)化
過(guò)去行銷通路商掌握消費(fèi)者數(shù)據(jù)與產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)，往往會(huì)比制造廠獲得更多利潤(rùn)，然而在新一波的智慧制造浪潮中，結(jié)合了軟體優(yōu)勢(shì)的制造業(yè)將會(huì)重新取得話語(yǔ)權(quán)。由於智慧化的機(jī)器設(shè)備能夠進(jìn)行彈性生產(chǎn)、并具備自我學(xué)習(xí)能力，能滿足現(xiàn)代產(chǎn)品生命周期越發(fā)快速、更加多樣的生產(chǎn)需求。并且零件、機(jī)具的智慧化使得制造廠商將這些設(shè)備販賣給客戶以後，還能進(jìn)行遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)搜集與分析，并即時(shí)監(jiān)控、修復(fù)。在整個(gè)企業(yè)的價(jià)值鏈中，除了生產(chǎn)流程、工業(yè)設(shè)備與管理的企業(yè)內(nèi)部智慧化，產(chǎn)品與服務(wù)的智慧化能幫助企業(yè)對(duì)外整合，提供更完整的售後服務(wù)。
德國(guó)“工業(yè)4.0”
德國(guó)是率先提出工業(yè)4.0的國(guó)家，過(guò)去一直堅(jiān)守本國(guó)制造業(yè)的實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展，現(xiàn)在更要在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上，以CPS為主體，強(qiáng)調(diào)智慧工廠里即時(shí)彈性、靈活的生產(chǎn)流程，打破過(guò)去設(shè)計(jì)、制造、加工的企業(yè)價(jià)值鏈，轉(zhuǎn)而以大數(shù)據(jù)平臺(tái)做各項(xiàng)流程整合。
美國(guó)“先進(jìn)夥伴制造計(jì)劃”(Advanced Manufacturing Partnership ;AMP)
和德國(guó)不同，美國(guó)的虛擬經(jīng)濟(jì)占了主要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值，大部分的企業(yè)皆將其制造部門外移。自2008年金融風(fēng)暴過(guò)後，美國(guó)深切體認(rèn)到“去工業(yè)化” 的苦果，因此重新喊出“再工業(yè)化”，希望本國(guó)企業(yè)將制造部門回植當(dāng)?shù)兀高^(guò)強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展以及和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的產(chǎn)學(xué)合作，進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)、制造業(yè)優(yōu)化，并形成產(chǎn)業(yè)聚落。
日本“工業(yè)4.1J”&“產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈計(jì)劃”
日本在因應(yīng)勞動(dòng)力短缺的狀況下，很早就開(kāi)始發(fā)展機(jī)器人的研究，奠基優(yōu)異基礎(chǔ)，并成為全世界工業(yè)機(jī)器人使用密度最高的國(guó)家，因此政府的目標(biāo)為打造人機(jī)共存的工廠，致力發(fā)展智慧機(jī)器人與云端系統(tǒng)。而除此之外，日本企業(yè)也針對(duì)數(shù)據(jù)搜集與分析的線上系統(tǒng)整合作形成聯(lián)盟，提出4.1J的口號(hào)，希望提升機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)溝通系統(tǒng)的技術(shù)，兼顧穩(wěn)定性與安全性。
臺(tái)灣“生產(chǎn)力4.0”
臺(tái)灣政府選定制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、零售業(yè)等幾項(xiàng)領(lǐng)航產(chǎn)業(yè)，透過(guò)CPS系統(tǒng)的研發(fā)與引進(jìn)，希望藉由先深化選定企業(yè)的垂直智慧價(jià)值鏈，在工業(yè)制程、企業(yè)管理上進(jìn)行整合，并逐步向水平價(jià)值鏈拓展。方法則是針對(duì)感測(cè)器、關(guān)鍵零組件等核心技術(shù)加強(qiáng)研發(fā)能力，并冀此運(yùn)用於各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)上、提升生產(chǎn)效能。
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