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工業4.0智能制造的三個特質與三大挑戰

2018-11-01  來源:thenewslens  作者:劉仁杰、吳銀澤
迎接工業4.0智能制造的挑戰

工業4.0是一種透過物聯網(IoT)、大數據(Big Data)等數字化科技,整合顧客與供應鏈伙伴,能夠調適顧客需求、節約資源,達成大量個別訂制生產的智能制造。德國于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,已經成為繼美國制造回流之后,全球最受注目的制造議題。工業4.0被認為是相對于蒸汽機、電力、計算機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的當仁不讓與營銷得宜,凝聚了強大的群策群力效果,在聲勢上大幅領先美國2011年提倡的先進制造伙伴計劃(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,檢視它在制造產業顧客價值的創造過程,所造成的影響。

智能制造不盡是光鮮亮麗

首先,我們認為德國政府將以日本為代表的工業3.0,與計算機化畫上等號,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,其競爭力卻不在計算機或電子零組件,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超過計算機化與信息化。

2018年1月底,日本制造系統廠商NEC的智能制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。

▲“制造企業要先做好結合本身生產流程與供貨商流程基礎, 活用IT才能事半功倍!”

▲“協助顧客企業厘清物聯網導入目的,比任何事情都要重要!”

▲“物聯網結合云端,看起來是很酷或很炫的流行或趨勢,但落實到制造現場仍然顯得非常樸實,需要實事求是!”

同行的伙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能制造報告。事實上,智能制造一點都不新。RFID、條形碼就是物聯網,資料探勘(Data Mining)宛如大數據。日本在工業3.0領先既不是信息工具,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,對于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代表一種數字化科技,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,是一種精實智能制造。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智能制造的最大挑戰。

顧客價值創造:MAKINO vs. FANUC

源自豐田生產體系的精實系統,主張“為后制程制造”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)先合理流程再進行計算機化、(2)動腦筋與用心「改善」、(3)結合供貨商一起學習。而這三大堅持,也正是支配智能制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技術影響制造日新月異、傳感器的廉價與普及,讓物聯網提供具科學依據之優異課題與問題解決水平。讓精實系統進一步強調顧客價值與源自傳感器的數據取得與分析的價值創造結合,形成徹底消除浪費、具備個別訂制精神的精實智能制造,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,制造現場第一線的精實系統與物聯網應用,展現了兩者間的相輔相成。我們觀察到的特質包括:

1、重視并堅持核心技術(如主軸)的內制、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、軟件工具應用為輔;
3、機連機的軟件開發以最務實的OEE(綜合設備效率)為指針、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、配套供料與供貨商管理;
5、物聯網與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余人力,緩和少子化與高齡化沖擊,以及因應旺季發展的彈性需求。

位于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。堅持質量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范;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,發那科的制造思想迥異于豐田,他們沒有推動TPS。在物聯網方面發那科則秉持開放觀點,致力于自己擅長的控制、技術與機連機部份,無意參與云端或大數據。

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

價值創造型智能制造的三個特質

發那科畢竟是特例,Panasonic的近期主張也非常具有代表性:高質量大量制造的思想已經阻礙日本制造企業的創新,從顧客價值出發的訂制、多樣少量產品趨勢,才是創新主流。產品數字化結合物聯網(IoT)日漸普及,智慧社會已經出現。然而,我們檢視支持智能社會需求產品的制造現場本身,物聯網的價值創造應用,具備三個特質:

第一,物聯網代表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。物聯網有能力實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,才能回避網絡風險、享受開放創新環境。

第二,將前項取得的數據或結果,達到控制系統狀態并追求優化。此處的優化代表一種解決問題的流程,從顧客價值觀點,也可以說是一種制造服務化或解決顧客困擾的軟件流程。

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、軟件自動升級等。在實體系統或組織間關系則包括可靠度或信任關系等層級的解決機制。

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,改采開放創新策略,其來有自。

在下一章,我們將提出智能制造基本型的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,精實智能制造的水平,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。

實踐智能制造的三個挑戰

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,整個產業界能否連手同步迎接精實智能制造3個觀念變革的挑戰,才是最大關鍵。

第一,堅持后制程就是顧客,關注對最終顧客的貢獻。從觀察后制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能制造效果。

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,共創開放平臺與信任機制。物聯網時代信息無遠弗屆,開放才能進行3S價值創造,才能把餅做大、做精。信任才能從信息共享邁向價值共享,共同防止信息外流與黑客攻擊。

關鍵詞:智能制造 物聯網 顧客價值 MAKINO 制造領域

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