因應德國工業4.0趨勢－企業導入精實生產與自動化議題探討

前言－因應德國工業4.0趨勢  

　　根據日經BP社日經技術在線資料，德國西門子工業解決方案集團高級技術與標準部門副總裁Dieter Wegener表示：工業4.0為德國政府推進之『高科技戰略』（High-Tech Strategy），是為了讓德國在解決世界面臨之諸多課題時擁有主導權，提出工廠會解決全球問題之理念，帶動起第四次工業革命。

　　根據台灣2015年行政院生產力4.0科技發展策略會議，西門子數位工廠／製造工業暨驅動科技事業部鄭智峰博士專題演講題目－德國工業4.0：台灣邁向未來製造中，提出國家經濟與製造業面臨的大趨勢中，全球化、人口變化、城市化及氣候暖化已經是大的趨勢，而製造業面臨全球競爭、產品生命週期縮短、顧客需求多樣化、各國人工成本增加、材料成本上升、能源之不確定性及可持續發展與環保等議題，帶來了工業之新的需求，如提高營運效率與能見度、提高複雜產品的靈活性、加快投放市場之步伐與改進材料品質與工藝等。

　　各國也紛紛提出對應策略，如德國工業4.0項目中物理融合系統CPS之物聯網與互聯網服務；中國之十二五對高端設備業提出智能製造的方向及美國高級製造夥伴計畫AMP以重振美國製造業實力及吸引企業回流等，期能藉此調整以往美國經濟，以上可見各國除在厚實生產要素上，更強化高級生產要素。

　　台灣企業於此產業升級轉型關鍵時刻，由行政院主導之生產力4.0科技發展策略，期許帶動台灣新一波之競爭優勢，藉此，筆者於經營管理領域中，推廣輔導企業如何應用精實生產及自動化之技術，在工業4.0之洪流中，參與協助政府之生產力4.0理念，共同為企業提高競爭力與產業發展提供協助，藉此提出以下相關議題之探討。

工業4.0整體概念

　　在物流沙龍中提出，工業4.0係利用物聯網（Internet of Things，縮寫 IOT）與網際網路等服務，以達到改革生產流程及提高競爭力等目的。因此，製造業在面對生產效率、速度及靈活性挑戰時，其需要具備有「投放市場之時間」（Time-to-market）以對應客戶多樣化需求之靈活性，生產出高精度、高品質多品種小批量之智能產品，建構出從智慧工廠到智能生產之體系。

　　其運作體系將做到即時性制定生產計畫，依照需求做到隨選生產（Production on Demand），當工業4.0要解決以上種種問題時，勢必造成空前之工業革命，為此數位化企業網提出工業4.0引領之製造變革，將在全球範圍內掀起一場「腥風血雨」，更強調這是一場沒有煙硝之「世界大戰」。

　　工業4.0之演變，從第一次工業革命18世紀後半期以蒸汽機實現工廠之機械化、第二次工業革命19世紀後半期以電力實現大規模化批量生產、第三次工業革命 20世紀後半期以電氣與資訊技術實現製造業自動化，第四次工業革命主要以實現「智能工廠」：透過虛實生產系統CPS（Cyber Physical System）實現之新製造方式。

　　其中CPS：是一個結合電腦運算領域以及感測器和制動器裝置之整合控制系統，主要內容為：

1. 通過傳感網緊密連接現實世界。

2. 將網路空間之高級計算能力有效運用於現實世界中。

3. 在生產製造過程中與設計、開發、生產有關之所有資料整合。

4. 通過感測器採集並進行分析，形成可自律操作之智慧生產系統。

　　如此，能夠透過網路即時將所有相關資訊，自主切換生產方式及更換生產材料，從而調整為最佳生產作業。能夠實現為每個客戶、每個產品進行不同之設計、零件構成、產品訂單、生產計畫、生產製造、物流配送，杜絕整個系統中之浪費環節。筆者認為Lean Production過去由以人為主之智能化生產，未來Lean Production將邁向以自主生產系統為主之智能化生產，將是當前台灣中小企業所必須面對的課題。

精實生產與自動化的課題探討

　　筆者過去推動精實生產與自動化數十年，過程中主要目的為喚醒過去以大量化生產之企業，提出一套因應多樣少量化之製造業自動化全方位規劃方式，其輔導重點在於引導企業主放棄大量生產之傳統式生產方式，CPC輔導團隊在幾家企業輔導中從改變觀念開始，突破舊有思為實現以製程別為主之連線化作業，讓一家生產貨架企業從過去生產週期40幾天經過一年半以來已經降至剩下20幾天，公司真正感受到精實生產的價值，並且積極努力實現達成15天之目標。

　　另一家電子業之組裝生產線，經過3個月完成組裝線之一件流示範生產線，透過生產線平衡、工作站布置及簡易自動化治具輔助等精實生產改善技法，每人產值已經提高17%，未來三個月將全面鋪開，預期可以全面提高20%效率以上，經與業者討論，以上關鍵在於實施精實生產理念後帶動起全公司之希望，未來更預期由局部自動化發展到適合任何階段之自動化生產需求，重要是他們已經找到一套因應顧客多樣少量化正確生產方式，不再是利用傳統之大量生產方式與盲目追求以自動化解決人力不足之窘境。

　　除此，另一家企業生產航太及汽車等產品，過去10年來導入精實生產後，於過程中增加上下游之價值整合生產體系，順應技術之需要投資購置歐美先進高性能製造設備，為此，10年的努力已經逐漸提升到競爭者無法超越的生產能力，與建立屬於自己獨特之生產系統，近期更積極導入ERP及精實生產資訊化系統等，該公司經營者提出面臨工業4.0洪流中若不積極導入相關因應措施，不是與業者競爭之問題，擔心將被國際市場所排除在外。

　　經過分享，我們共同擔心的是產業中還有這麼多的企業連進入精實生產境界都沒有，即使導入一些設備自動化也無法順應多種少量之生產需求，更難一蹴可幾導入工業4.0之相關改善措施，藉此呼籲企業在導入工業4.0之前必須走正確的路，先認定它不是一種單純自動化與物聯網就可成功，是一種觀念與系統改革的發展過程，把它當成企業發展策略的議題，先接受它，實現它，才能有機會盡快進入工業4.0的時代。

結語－全新之工業藍圖

　　物流沙龍提到在智慧化、網路化之世界裡，物聯網和網際網路將滲透到所有關鍵領域，創造新價值之過程逐步發生改變，產業鏈分工將重組，傳統行業界限將消失，並會產生各種新活動領域和合作形式，因此，工業4.0帶動之工業變革：

1. 將使得工業生產過程更加靈活、堅強。

2. 將發展出全新之商業模式和合作模式。

3. 將帶來工作方式和環境之全新變化。

4. 將促進形成全新之虛實生產系統平台。

　　例如汽車生產按照事先設計好之生產方式，儘管實施混流生產方式，但受眾多機械之硬體限制，無法發揮出更多之功能，操作工人分佈於各個工廠，無法掌握整個生產流程，很難即時滿足客戶需求。未來汽車生產零件供給出現瓶頸，能夠及時調度其他車型之生產資源或零件，繼續進行生產。未來每個車型自律性選擇適合生產模組，進行動態裝配作業。能夠動態管理設計、裝配、測試等整個生產流程，既保證生產設備之運轉效率，又使生產種類實現多樣化。

　　因此，在全新之工業藍圖中必須先由傳統生產方式進入精實生產與自動化整合階段，一點一滴的邁向工業4.0的境界，尤其中小企業，路途雖很遙遠，藉此再次呼籲盡快將精實生產系統與自動化議題轉化成為公司戰略性議題，以面對工業4.0時代之來臨。