《面對未來的智造者》: 工業4.0智慧製造的三個特質與三大挑戰

《面對未來的智造者》: 工業4.0智慧製造的三個特質與三大挑戰
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本文從洞察工業4.0的本質出發,檢視它在製造產業顧客價值的創造過程,所造成的影響。

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文:劉仁傑、吳銀澤等人

迎接工業4.0智慧製造的挑戰

工業4.0是一種透過物聯網(IoT)、大數據(Big Data) 等數位化科技,整合顧客與供應鏈夥伴,能夠調適顧客需求、節約資源,達成大量個別客製生產的智慧製造。德國於2010年提出《高科技策略2020》,2011年德國科技院(ACATECH)啟用工業4.0名稱,在2011漢諾威工業展一舉成名。

工業4.0在德國政府國家政策帶動下,已經成為繼美國製造回流之後,全球最受注目的製造議題。工業4.0被認為是相對於蒸汽機、電力、電腦普及的第四次工業革命。在這個德國政府定義的工業發展歷史中,英國、美國、日本被列為前三階段的代表,德國在工業4.0的當仁不讓與行銷得宜,凝聚了強大的群策群力效果,在聲勢上大幅領先美國2011年提倡的先進製造夥伴計畫(AMP),更帶動各工業國的危機意識。

本文從洞察工業4.0的本質出發,檢視它在製造產業顧客價值的創造過程,所造成的影響。

智慧製造不盡是光鮮亮麗

首先,我們認為德國政府將以日本為代表的工業3.0, 與電腦化畫上等號,是讓工業4.0遭到誤解的重要原因。固然在1980年代日本電子電機產業曾經領先全球,其競爭力卻不在電腦或電子零組件,而在受到汽車產業影響的日本生產模式。因此,嚴格說工業3.0的TPS超過電腦化與資訊化。

2018年1月底,日本製造系統廠商NEC的智慧製造資深專家金子典雅,在歡迎我們到訪的報告提出了幾個重要觀點。

  • 「製造企業要先做好結合本身生產流程與供應商流程基礎, 活用IT才能事半功倍!」
  • 「協助顧客企業釐清IoT導入目的,比任何事情都要重要!」
  • 「IoT結合雲端,看起來是很酷或很炫的流行或趨勢,但落實到製造現場仍然顯得非常樸實,需要實事求是!」

同行的夥伴包括本書的四位作者都一致認為,這是我們聽過最實在的智慧製造報告。事實上,智慧製造一點都不新。RFID、條碼就是IoT,資料探勘(Data Mining)宛如大數據。日本在工業3.0領先既不是資訊工具,也不是以MRP為代表的演算功能,而是最基礎、以顧客為導向的標準化與流程化。因此,如果認為導入IT工具或投資智慧工廠就可以獲利,是典型將手段當目的,推動意義將大打折扣。

因此,對於經營者最關心的議題:「政府積極提倡,工業4.0的投資真的能夠回收嗎?」作者的回答相當明確:「這是沒有答案的問題,因為工業4.0代表一種數位化科技,一種手段。」

我們認為,以價值創造為目的,工業4.0在本質上是精實系統的延伸,是一種精實智慧製造。在精實系統基礎上,能否從顧客價值觀點出發,秉持開放精神發展出Solution Business,則是迎接工業4.0智慧製造的最大挑戰。

顧客價值創造:MAKINO vs. FANUC

源自豐田生產體系的精實系統,主張「為後製程製造」與「平準化生產」,在本質上具備顧客價值、精實流程,以及產出穩定而能夠預測等特質。這些特質正是工業4.0追求的目標。豐田汽車堅持:(1)先合理流程再進行電腦化、(2)動腦筋與用心「改善」、(3)結合供應商一起學習。而這三大堅持,也正是支配智慧製造是否成功的軟實力。

相對而言,堅持現場主義的精實系統,卻有可能忽略ICT技術的新型智慧能力。換句話說,ICT技術影響製造日新月異、感測器的廉價與普及,讓物聯網提供具科學依據之優異課題與問題解決水準。讓精實系統進一步強調顧客價值與源自感測器的資料取得與分析的價值創造結合,形成徹底消除浪費、具備個別客製精神的精實智慧製造,可能是工業4.0最重要的貢獻。

我們最近考察日本工具機大廠MAKINO(牧野銑床),與高木幸久本部長、饗場達明本部長有非常深入的交流。我們發現MAKINO正結合市場機會邁向歷史高峰,製造現場第一線的精實系統與IoT應用,展現了兩者間的相輔相成。我們觀察到的特質包括:

  1. 重視並堅持核心技術(如主軸)的內製、精進、驗證與傳承;
  2. 重視技術系統整合能力,整合方法以人員技術達成為主、軟體工具應用為輔;
  3. 機連機的軟體開發以最務實的OEE(綜合設備效率)為指標、不談大數據等抽象項目;
  4. 相同概念也用在現場組裝進度、人員潛力發揮、配套供料與供應商管理;
  5. IoT與AI不僅不會取代人力,經過工作內容的務實分析與區隔,甚至可活用家庭主婦等社會剩餘人力,緩和少子化與高齡化衝擊,以及因應旺季發展的彈性需求。

位於富士山山麓的發那科(FANUC)則提供了迥異的思維。發那科宛如一個王國,擁有39棟廠房或研究大樓,我們由小針專務導覽了其中的6棟。堅持品質與保證服務堪稱兩大特質,因此人力也幾乎都投在開發技術與營業服務,其他部門都傾全力、不設限的活用機器人等自動化設備。我們參觀的機械加工、機器人組裝與伺服馬達組裝,正是上述理念的實踐典範;在結合工業機器人與NC控制器推廣上,則非常智慧。因此,小針專務說,發那科的製造思想迥異於豐田,他們沒有推動TPS。在IoT方面發那科則秉持開放觀點,致力於自己擅長的控制、技術與機連機部份,無意參與雲端或大數據。

MAKINO的多樣少量、客製等產品特質,與發那科鎖定了機器人與NC控制器等可量產的製造設備核心或延伸單體,儘管型態迥異,高顧客價值帶動高獲利,卻有異曲同工之妙。

價值創造型智慧製造的三個特質

發那科畢竟是特例,Panasonic的近期主張也非常具有代表性:高品質大量製造的思想已經阻礙日本製造企業的創新,從顧客價值出發的客製、多樣少量產品趨勢,才是創新主流。產品數位化結合IoT日漸普及,智慧社會已經出現。然而,我們檢視支持智慧社會需求產品的製造現場本身,IoT的價值創造應用,具備三個特質:

第一,IoT代表IT技術應用已經從1985年以MRP為代表的演算能力、經過2000年以ERP為代表的跨越企業籓籬,進入無遠弗屆。IoT有能力即時掌握企業內外的變化,區別個別企業的核心能力與公共財的經營資源,才能迴避網路風險、享受開放創新環境。

第二,將前項取得的數據或結果,達到控制系統狀態並追求最佳化。此處的最佳化代表一種解決問題的流程,從顧客價值觀點,也可以說是一種製造服務化或解決顧客困擾的軟體流程。

第三,提出解決方案。對系統而言,代表一種能因應狀況變化,自律地調整達成目標的過程。如自動駕駛、自動排除故障、軟體自動升級等。在實體系統或組織間關係則包括可靠度或信任關係等層級的解決機制。

開放創新為加州柏克萊大學伽斯柏(Henry Chesbrough)教授所提出,主張企業打破封閉的研發界線,廣泛與外界共享創新的素材和能量,達到共享知識、共創市場目標。我們比較20年前勢均力敵的日本半導體企業(如日本真空、佳能)與荷蘭的ASML,如今已經相差五倍以上,開放創新堪稱主因。最近發那科主導的Field System,豐田汽車的自動駕駛發展,紛紛提倡公開專利或開放聯網等,改採開放創新策略,其來有自。

在下一章,我們將提出智慧製造基本型的3S(sensor、software、solution)架構,即包括實體體系與網宇系統的應用架構。正如同我們將顧客價值區分為可以客觀衡量的功能型價值與反映顧客使用流程的方案型價值一樣,精實智慧製造的水準,一部份可以用工具或指標來客觀衡量,其他部份只能由顧客主觀認定,亦即經實際使用或體驗結果來認定。

實踐智慧製造的三個挑戰

德國相關研究陸續指出,中小企業是實踐工業4.0的最大瓶頸,日本中小企業也有相關發現。中小企業在能力與人才上受到限制,固然是重要原因,整個產業界能否聯手同步迎接精實智慧製造3個觀念變革的挑戰,才是最大關鍵。

第一,堅持後製程就是顧客,關注對最終顧客的貢獻。從觀察後製程實際作業流程或對最終顧客的貢獻,提出解決方案,追求雙贏。包括資材管理、零組件加工、機器組裝、產品出貨、顧客服務,全面落實才能發揮智慧製造效果。

第二,堅持服務主導邏輯。顧客價值不在產品性能, 而是來自顧客的使用價值或感知過程。重視顧客價值的服務主導邏輯,是從銷售產品邁向提供解決方案的Solution Business的精神指標。

第三,共創開放平台與信任機制。物聯網時代資訊無遠弗屆,開放才能進行3S價值創造,才能把餅做大、做精。信任才能從資訊共享邁向價值共享,共同防止資訊外流與駭客攻擊。

書籍介紹

本文摘錄自《面對未來的智造者: 工業4 .0的困惑與下一波製造業再興》,大寫出版
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作者:劉仁傑、吳銀澤等人合著

AI活躍雲端,卻在製造業舉步維艱——
著名的「全球工業4.0風潮」其實正走向「口號美好、落地不足」的泡沫化現象中。

這是一本立足現地現物與現實,談論工業4.0的本質疑難,思考下一波製造業再興的書籍。
五度經濟部「金書獎」得主與製造領域內研究學人共同解析:
下一波的製造業趨勢遇上數位資訊化的真正出路!

自從德國以工業4.0的口號成功獲取了未來製造的發聲權後,美國與中國的網路平台企業在網宇系統(Cyber System)上取得快速進展;韓國則聚焦在資訊化與數位化有成;日本在實體系統(Physical System)延伸了現場主義精神。相對而言,台灣在政策強烈推動之下,企業關心度升高,但是實質導入效果卻乏善可陳。然而,危機就是轉機,省思無法創造價值的本質,正是製造再新的可持續力量。

精實變革與智慧製造蔚為全球趨勢,台灣學習精實系統能力聞名全球,被豐田汽車評為三個最適合推動TPS的國家之首(3T:台灣、泰國與土耳其)。在精實系統學習基礎上,透過實踐「智慧製造」創造價值,是台灣製造產業突破當前先進國與新興國夾殺的困境,致力於轉型升級的重要路徑。作者團隊秉持長期深入台灣製造現場,聚焦在如何創造顧客價值,提出「精實智慧製造」的全新概念。

事實上,結合新近的研究與過往製造業變改的脈絡觀察,本書大膽導正了目前工業4.0口號化的困惑所在——精實製造的變革與工廠數位化的真正方向為何?對身處東亞的台灣製造業又應如何把握正確的契機?

本書所提供的答案是「精實智慧製造」,當前產業「從顧客價值創造探討製造創新」的時機已經成熟,這些凌厲的進程已經體現於:

  • 美國與中國大陸的網路平台企業在「網宇系統」(Cyber System)上取得了快速進展。
  • 韓國企業從擺脫「對人依賴」的資訊化、數位化與系統化上取得了進展。
  • 日本公司在「實體系統」(Physical System)上延伸現場主義的傳統精神,對AI與IoT(物聯網)採取了漸進調適的平實思維。
  • 台灣工具機產業經過了長年發展,在整機企業、零組件企業和模組企業之間,呈現了開放式合作系統。最近20年,他們從製造流程導入精實系統出發,取得了一定的成績,最近朝向產品開發與營業部門邁進,試圖透過產品差異化與客製化的精實推動,維持其國際競爭力。

來自3個國家的5位作者共同執筆,本書將深入探討下一波製造再興的關鍵與本領。

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Photo Credit: 大寫出版

責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航

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