3S Market deliver Smart and Valuable information for Business
3S Market 傳遞 智慧應用與價值的商業資訊
丹麥長照-管區系統篇
 |
今日主題 工業4.0\智慧城市\車聯網\經營管理探討
| ||
工業4.0與智慧工廠
| ||
車聯網與智慧車載
| ||
2017年2月3日 星期五
‧ 2017\02\03\3S Market Daily 智慧產業新聞
3S Market deliver Smart and Valuable information for Business
．在德國遇見真實的工業 4.0
Industry 4.0 - Germany's 4th industrial revolution
|
來源：Iote
鑒於德國製造業的全球領先地位，全面認識和觀察德國工業4.0發展理念、推進機制、實踐效果等，對推動製造業轉型升級，有著重要的借鑒意義。
結合近期的調研座談與媒體報導，我們對德國工業4.0的進展情況，有了更為深入的瞭解，也對以借鑒促產業升級發展，有了一些新的思考。
下文首先從不同側面，分析了德國工業4.0雙策略(即全球領先供應商策略和其國內領先市場策略)的推進情況，然後總結了對我們的啓示和借鑒之處。
一、國際影響不斷擴大：從2016年漢諾威工業博覽會情況看工業4.0領先供應商策略的推進
創始於1947年的漢諾威工業博覽會，是全球製造業領域最負盛名、規模最大的博覽會之一，也是德國乃至全球製造業先進技術發展應用的集中展示地。
2013年4月，德國政府正是在該博覽會上首次提出工業4.0策略。通過實地調研，特別是與參會各方的深入交流，我們感到，德國工業4.0的理念接受度和技術成熟度，都相對較高，其全球領先供應商策略目標很可能實現。
(一)工業4.0理念因其前瞻性和延續性而易於得到國際認同
國際金融危機爆發以來，面對實現經濟復甦的巨大挑戰，和新工業革命的歷史性機遇，主要國家都提出了產業發展新策略，包括德國的「工業4.0」戰略，美國的「先進製造業」和「工業網路」、日本的「機器人新策略」、法國的「工業新法國」計劃等，台灣也應景提出了所謂「生產力4 .0」、對岸中國則喊出了「互聯網+」行動計劃和「中國製造2025」策略。
綜觀這些策略可以發現，其核心或「主線」基本一致，只是各國結合自身產業基礎、要素優勢等條件，選擇了有所差異的主攻方向及具體領域。
2016年漢諾威工業博覽會就是一個例證。博覽會的主題是「產業整合(Integrated Industry)——發現解決方案」，展出包括工業自動化、數位化工廠、工業零組件、研發和技術、能源這五大塊，其中重點關注工業自動化和IT技術的結合、能源和環境工程、創新的分承包解決方案、研發等話題。總的來看，發展趨勢基本都體現了，先進資訊技術的廣泛滲透和融合。
在策略內容較為接近的情況下，前瞻性和延續性，是決定哪些策略更容易被廣為接受的重要因素。工業4.0策略的雛形，最早可以追溯到2006年。當年，德國政府發佈了「國家高技術策略」，開始跨部門地協調相關研究和創新計劃，還著力推動物聯網技術在製造業中的應用。
這至少說明，德國在當時就意識到了各類新興技術，將呈現出交叉融合發展的趨勢，以及「互聯」所蘊含的巨大潛力。
2010年，德國發佈了更新版的「國家高技術策略2020」，隨後在這個框架下提出了工業4.0概念，還提出要建設相應的推進平台。
2016年，德國發佈了「數位化策略2025」，規劃了包括強化工業4.0在內的十個重點步驟。總的來看，工業4.0的發展演進，體現著向智慧化、網路化轉型發展的連貫思路，自然更易於得到國際社會的普遍認同。
(二)德國企業不少技術及解決方案已相對成熟
從博覽會情況看，在提供相關技術及解決方案方面，德國、美國等國的企業明顯更具競爭力。作為博覽會的主辦國和合作夥伴國，德國、美國的參展企業數量眾多，分別位於第1位和第3位，並且幾乎涉及了所有關鍵領域，受關注度非常高。更重要的是，這兩國的企業在基本理念、技術先進程度、解決方案成熟度和儲備等方面，明顯處於優勢地位。
而且，與日本、法國、瑞典、荷蘭等僅有少數企業具備較強競爭力不同，這兩國都有多家領先企業，在很多高端領域和環節，已經形成了群體性優勢。當然，這兩國的核心競爭優勢也有所差異，比如德國也認為在資訊技術領域，與美國存在難以逾越的差距。
總的來看，在理念被接受的前提下，又能提供相關的技術及解決方案，德國企業走出去自然空間廣闊。
二、德國國內應用見到實效：從博世集團洪堡工廠發展看工業4.0領先市場策略的推進
無論何種產業發展策略，最終還是要落腳到企業層面，落腳到能否提高競爭力。總的來看，據德國工業企業聯合會引用羅蘭貝格公司的研究表明，德國與瑞典、奧地利、愛爾蘭這四國，目前處在工業4.0建設領跑者地位，一些德國企業已經清晰感受到，工業4.0在效率改進等方面的效果。
具體以博世集團洪堡工廠為例。該工廠在博世集團內外部相關評比中多次獲獎，被普遍認為是目前最具代表性的工業4.0典範工廠之一。洪堡工廠有兩個事業部：一個生產具有大規模生產特徵的汽車柴油系統，另一個生產具有多品種、小批量特徵的驅動和控制組件。兩相比較，後一個事業部的生產類似「大規模訂製」，產品差異性更大，生產組織複雜性顯著提高。
比如，該事業部向1500多個客戶提供4500多種產品，重量從0.2-300公斤不等，長度從5-80釐米不等，批量從1-100件不等，單個組件的生產週期，從5秒到125分鐘不等。為更好應對這種複雜性，該工廠在持續開展精益生產的基礎上，進行了工業4.0升級。
工廠在2012年與大專院校、科研院所等合作研究智慧工廠架構，2013年啓動智慧自動化和數據挖掘作業，2015年初建立了針對價值鏈分析的工業4.0組裝線。這種改造升級的成效是顯著的，產品品質持續改善，生產和交付效率明顯提高，客戶認可度不斷提升，市場空間也更為廣闊。
抽象來看，生產製造型企業追求的目標是基本不變的，即以更低成本、更快速度滿足更具客製化的需求。不同企業因自身發展基礎等方面的差異，其能夠選擇的最現實、最經濟的競爭力提升，路徑也有很大差異。洪堡工廠的實踐說明，在技術研發、品質控制，特別是整體的精益生產，達到較高水準後，工業4.0解決方案已成為進一步提高競爭力的重要手段。
三、公共服務體系日益健全：從平台建設看工業4.0推進機制的完善
透過與德國各方的座談交流，我們發現，德國各界特別是政府對工業4.0平台(Platform Industrie 4.0)建設寄予厚望。
(一)建立平台是為解決德國數位化轉型面臨的問題
德國雖然對實現工業4.0，策略目標持樂觀態度，但也清醒地認識到，其在數位化轉型過程中，依然面臨著諸多挑戰。主要包括三個方面：
一.是在企業層面的IT建設和應用比較強，但在整個社會的IT建設和應用方面還較弱，特別是與美國的差距巨大;
二是仍然有45%的企業(主要是中小企業)缺少接受數位化時代的解決方案;
三是在商業模式創新方面，與領先國家差距較大。工業4.0平台，就是在以產業跨界融合發展、「本於合作的競爭」為特徵的時代背景下，德國解決上述問題的一個重要推手。
(二)平台目前已經發揮實質性作用
工業4.0平台建設始於2013年漢諾威工業博覽會，三年多來已取得不少成效。
一是成為知識和資訊傳播節點。線上圖書館匯集了政府相關策略文件，以及平台各工作組的研究成果等內容。用戶案例地圖集中展示了德國各類型企業，應用工業4.0解決方案的實例，目前已有200多個。
二是為企業開展測試提供多方面支持。新的想法、模式、組件等，在正式投入生產前都需要做測試。平台詳盡列出了全德國500多處，能夠開展相關測試的地點，以便於企業獲取相關資源。與此同時，在德國聯邦教育和研究部的支持下，平台可以為中小企業，選擇適合自己項目的測試點提供建議，還能夠為這些企業提供資金支持。
三是廣泛開展國際合作。平台已與美國、法國、日本、中國等主要國家，建立了聯繫或提出了合作計劃，希望讓工業4.0從一個「德國課題」變成「世界性課題」，也為本土企業走向國際市場，提供了便利。此外，平台在策略制訂、提出需要制訂的標準等方面也都有所作為。
(三)平台尤其重視為廣大中小企業提供公共服務
「隱形冠軍」被普遍認為是德國製造業，長期保持競爭力的重要支撐。但在這次技術和產業變革中，基本都是大企業，特別是跨國企業做主導，而有相當一部分德國中小企業對數位化轉型，還抱有懷疑或觀望態度，特別是對前期高昂的投資，和後續不確定的經濟報酬心存疑慮。
針對這種情況，在德國政府的支持下，平台尤其重視為廣大中小企業提供公共服務。其做法主要包括以下三個方面：
一是保障中小企業的參與。比如，德國工業企業聯合會是平台的重要參與方，同時也代表著10多萬家企業會員的利益，聯合會就為很多無法參與平台的中小企業，提供了溝通橋梁。
二是為中小企業提供資訊、測試、資金等多方面支持。除上文提到的之外，平台還聯合其他單位，共同編制《中小企業工業4.0實施指南》，在工廠現場舉辦研討會指導中小企業實踐等等。
三是以應用實例化解中小企業的顧慮。通過一些工業4.0解決方案的應用展示，讓中小企業能夠看到實際的成本收益情況，以及對生產組織、商業模式、資訊安全等方面的實際影響，用事實和數據來引導中小企業開展相關工作。
四、啓示及借鑒
透過在各個方面的廣泛調研座談與媒體報導，對全球製造業發展格局的變化，以及如何實現製造業轉型升級，能夠有一些深切體會。
(一)領先國家積極探索智慧製造的發展路徑，並且正在加強相互合作
主要國家在智慧製造方面的探索，是圍繞理念、模式、技術、標準等多個面向展開的，核心是理念及其實現路徑。從博覽會情況看，工業4.0和工業網路這兩種理念，目前在全球競爭中處於帶頭地位，其他發展理念儘管仍有迎頭趕上的機會，但難度已經較大。
更為重要的是，博覽會集中展示了適用於不同場景的100多種解決方案，一些領域的實現路徑，已相對比較明朗，這都說明領先企業已經將重點，逐步轉向商業化應用和推廣。
此外，自2016年年初以來，通過工業4.0平台與工業網路聯盟(Industrial Internet Consortium)的對接等方式，德國、美國正不斷加強合作。2016年漢諾威工業博覽會也是雙方合作的一個重要契機。首次成為博覽會合作夥伴國，美國派出了其歷史上最大規模的代表團參展。
在博覽會上，「當工業4.0遇上工業網路」論壇，共吸引了8000多人參加，很多與會者對標準銜接等抱有濃厚興趣。正如漢諾威展覽公司董事局成員Jochen Kockler所言，「這次展會說明了美國和德國在數位化製造和能源發展道路上，建立了良好的合作夥伴關係。我們需要制訂統一適用的技術和標準，讓全世界的產品、機械、工業企業和人才互相連通」。
(二)理性看待與領先國家之間的巨大差距，確實面對自身產業問題，尋求國際間的合作與改進
面對新工業革命，包括台灣確實面對前所未有的歷史性機會，但也必須看到挑戰威脅也十分艱巨。國際調察研究報告中，我們發現，在政策協調和針對性、生產製造過程與資訊技術融合、中小企業發展環境與處境、創新組織方式等多個面向上，台灣與領先國家還存在很多差距，甚至崛起的中國，這些國家都直間接對我們的產業發展，有著而且有相當大程度的影響，這些差距與影響，在中短期內可能都難以縮小。
博覽會情況就是一個很好的例證。在博覽會的5200多家參展企業中，對岸中國約有650家，絕對數量排第2位。但大多數企業集中在燈具製造、鑄造等領域(雖然並非這些產業是低端的，只是這些企業生產的產品附加值不高)，展位與之相鄰的企業大多也來自發展中國家，受關注度總體較低;已開始有一些中國企業開始進軍工業自動化、工業機器人等領域，但目前來看還相對比較初級；但有如華為等企業，開始在一些重點展館，與全球領先企業同台競技。這些消長，台灣的企業甚或主管經濟發展的中央政府單位，是否真正感同身受？還是僅炒作一兩個亮點，但仍舊沿襲舊思維及陳舊做法，愚弄與麻醉台灣各產業的發展前途？
(三)正確認識製造業向中高端「爬坡」的複雜性和難度，應腳踏實地、久久為功
產業發展實踐已反覆證明，行百里者半九十，製造業越往高端發展遇到的難度越大。先進製造業基本都是人才、技術、知識、資金密集型行業。在一定條件下，人才、資金、設備等還相對容易解決，但技術成熟、知識累積、市場認可等，在短期內很難實現跨越式發展。
台灣不若中國，有廣大的市場人口與覆地，很多口號式的政策，已無法像過去一樣帶動產業的發展。過去的二十年間，台灣政府提撥經費，透過公協會組織提供給一些產業，補助中小企業到國際參展的做法，實際上一點成效也沒有。
駐外單位代表，也經常藉這些國際性展覽，「慰勞」從台灣來的參展廠商。每每見此，心裡就淌血……一個曾被舉世稱羨的經濟發展，還有被樂道的科技成就，卻只能有這般的作為！？
(四)持續改造升級現有工廠是實現智慧化發展的重要路徑
在現有工廠特別是水準不高工廠的基礎上，如何對接智慧製造或者工業4.0，是很多企業關注的問題。
洪堡工廠的案例表明，問題導向地對現有工廠進行持續改造，是一條比較經濟可行的道路。一方面，多數製造業企業難以承受新建工廠的高昂成本。正如洪堡工廠負責人所言，「我們當然更希望能有一個新廠，來從頭佈局工業4.0，但現實是我們無法承擔新建工廠的成本」。
另一方面，持續改善是製造業發展的基本規律，在新形勢下依然如此。洪堡工廠始建於1965年，其能夠在50多年發展歷史中長期保持競爭力，靠的就是堅持一套持續改善的理念，並不斷深入實踐。該工廠近年來與工業4.0相關的實踐及成效，只是對此一個新的註解。
(五)政策環境是製造業發展國際競爭的重要維度，需要在協調性、精準度以及細節上多做文章
主要國家中高端製造業的競爭是多個維度的競爭，一國政策環境是其中的一個重要維度。跨國比較來看，這方面台灣真正需要的是，如何讓身處雲端的主管機關與幕僚團隊，真正了解國際的產業現實環境，以及中小企業面臨國際競爭的處境，這些牛毛細節，才是政策發展的依據。
改革或帶來階段性陣痛，但絕對不是削弱競爭力與走回頭路，而關鍵就在是否有一定程度的配套規劃。或許全國都需認真思考與檢視，在談台灣產業競爭力時，「一例一休」是否能抗衡「一帶一路」？這個提問，不是針對議題本身，而是全面的探討！
．聊聊自動控制的基本概念
工業4.0、物聯網、雲計算、虚實整合…等等尖端創新的名詞，一直推陳出新競相面世。
可是自從第一次工業革命至今230餘年間，人類開始使用電力從事生產至今大約不到150年，第一套可程式控制系統面市至今，也還不到50年，人類的逐步進化配合科技進程的腳步雖不停歇，到如今面臨工業4.0的面市，似乎翻轉了整個世界！
可是核心的基礎及本質有變嗎？不論再怎麼令人目眩神迷的新興的名詞冒出頭，其實工業4.0的最基礎核心本質，還是在自動控制。若我們能把這基礎工夫打好，就不用怕千變萬化的物聯網時代來臨了！
但一談到自動控制，很多人都會有一種莫明的恐懼感，好像這是多麼專業的高深學問！其實就幾個觀念及專有名詞的釐清，就很容易豁然開朗的。
談自動控制，大概可以從以下幾個面向來討論：架構、控制器、輸出入點、軟體控制訊號類別格式，以及整合等；我們下面會依這幾個面向分別簡單介紹說明，這中間當然會有一些專業領域的專有名詞，但是這些專有名詞，自從有了“Google 大師”後都很容易在網路上查到了！
一.系統及連線架構
首先我們談架構，基本上自動控制的架構不外乎以下二種：
1. 集中式架構-這是自動控制最基礎的核心部分，及最簡單的初始架構，這個核心是由所謂的控制器組成，簡單的控制器可以是由單晶片結合基本的記憶體，再加上連結少數輸出入點位組成；較複雜的集中式控制器，則會採用較高階的高級運算型CPU+記憶體，及二階儲存媒體組合，這類型控制器通常除了可以處理的輸出入點位較多外，通常也會具備各類型通訊功能，以利整合下屬系統，或者更進一步擴充為分散式架構下的離散元件。
2. 分散式架構-既然是謂之分散就必然需要網路及通訊協定來連結各個離散元件，現在已經是網路當紅的時代了，所以這裡的網路，我們把它直接定義為乙太網路，大概不會有人有其他異議吧！所以分散各處的離散型控制器，透過乙太網路相連結組合而成的控制器網路，就是所謂的分散式架構，當然這個架構一定會有人質疑各自為政，何處為大腦？沒錯！雖有手腳眼耳但總是需要大腦統合吧！分散式架構通常需要加設一套自動控制維運中心(這部分會留待後面再談)，現在這個角色都是由電腦結合一套中控軟體來扮演了！
二.控制器分類
接著我們來談談控制器，我個人把控制器簡單分為三類，分別為PLC、DDC及其他類，我們下面分別來談談這三者的差異：
1. PLC(Programmable Logic Controller)-可程式邏輯控制器，顧名思義即可知道它是需要書寫程式才能運作的一個控制器類型，一般程式書寫、修改及運作的過程需要一定的程序-書寫-編譯-載入-執行，所以PLC必定存在一個人機溝通介面，較常見如RS-232、RS-422、RS-485、USB、乙太網路等均是，另外如記憶體及二階儲存媒體，以及基本的輸出入介面等，均是必要元件。由於國內教職體系，及工控行業這方面的教育及資訊很多，所以我們就不多著墨了！
2. DDC (Direct Digital Control)-直接數位控制器，其實DDC的組成元件和PLC”是沒有什麼差異性的，若要說有所差別的話就是DDC比較針對特殊領域的應用，最早期是用在冷暖空調HVAC (Heating, Ventilating, and Air Conditioning) 領域，由於應用領域固定，所以它的基本應用程式在產品出廠時已經書寫內建了！所以應用DDC作業，不需要額外另請程式設計師進行程式設計，但也不是說這樣就可以幫老闆省下一筆費用了，因為一套DDC雖說出廠已經內建程式，可是可以應用的範疇還是很廣，內建的程式還是需要該領域應用工程師來挑選-設定-執行，比較複雜的應用，甚且可能還需要時序、邏輯組合等基本設定，才能達到該有及正確的功效！
一般說來PLC比較適合工廠自動化作業，DDC則比較適合大樓自動化系統；PLC比較適合作動控制作業反之DDC則比較適合環境資料收集。
3. 其他類-凡是無法歸類上述二類的我都把它歸為此類，譬如從很簡單的無擴充及連線功能的控制應用如冷氣機內建機板，各式家電控制機板等，到比較複雜具備通訊功能的電動馬達控制器，多功能廻路控制器、燈光調光控制器、現在愈來愈夯的各式物聯網控制器等均屬此類。這類型的控制器基本上功能單一沒有像DDC這麼複雜，但是也沒有統一的規格，所以要使用這類型的控制器，唯有靠工程師一頁一頁翻原廠使用手冊囉！
總結說來PLC可以從很簡單(如國產品永宏、泓格、研華等廠牌)到很複雜(如西門子 SIMATIC 系列)，價位從分別從數千元到數十萬元間，分佈非常廣泛！
至於DDC則多屬進口品牌的天下(不是我們硬體做不出來實在是我們在特定應用領域的軟功夫太弱了)，價位通常在上萬起跳至數萬元間分佈。
拜科技進步之賜，微處理器進步神速、記憶體及儲存媒體價格直直落，所以中低階PLC及DDC的硬體規格，已經趨於一致，沒有多大分別了！差別只是在PLC出廠如白紙一般，需要好的設計工程師巧手裝扮，DDC則因內含各類型應用領域知識(Domain Knowhow)，所以會比同規格PLC稍貴一些，可是這部分費用，可以由工程師及後續維護費用中彌補回來，至於如何取用就見人見智囉！
下回我們再來談其它部分，期待再相見！
．MetraLabs TORY RFID 庫存機器人使用效果良好
TORY - efficient automated RFID inventory robot
|
來源：RFID世界網 作者：特邀記者 林俊奇
德國機器人公司MetraLabs GmbH，推出的RFID庫存機器人TORY，近日慶祝其一週年使用紀念日，該機器人目前在零售公司Adler Modemarkte AG位於Erfurt的門市店投入使用。
TORY是世界上第一個，投入實際使用的RFID庫存機器人。該機器人的讀取精度高達90%。此外，該機器人還可擔任購物助手，引導客戶到所尋找的物品位置，並為其購買提出建議。
TORY是當今最先進的移動服務機器人之一。該機器人內置MetraLabs的專有導航軟體，能夠完全自主地移動，並有效地躲開障礙。此外，機器人具有12至18小時的續航能力，以及4小時充電時間。這些功能確保了，該設備的高投資報酬率。
AdlerModemarkteAG公司總經理兼IT部主管Roland Leitz評價說：「我們對TORY結果非常滿意，該機器人可自動，可靠的完成庫存盤點。這樣，我們便可優化店內商品補貨及支付流程。」
自2015年12月1日投入使用以來，該機器人共掃描了500萬件以上的商品，移動了大概400千米，平均讀取精確率高達99.5%。在過去的一年中，ADLER已經在其他門市店，裝置投用了更多的TORY機器人。
門市店員工高度評價了TORY的表現。ADLER門店員工接受德國電視台採訪時表示：「庫存盤點一直是很困難的工作。該機器人是個很好的工具，完美的完成了這項工作。」
由於該技術，未來的工作環境將發生很大變化。儘管我們不知道這究竟會是什麼樣子，但TORY給了我們一個很好的例子，說明人與機器之間的合作，可以取得成功。
機器人不會取代人，但它們會幫人做一些耗時、重覆的工作。這樣，員工便擁有更多的時間來為客戶提供服務，從而實現人和機器之間的有效工作共享。
 |