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商机强强滚 工业4.0吸引企业眼球

时间:2016-03-17 来源:维库电子市场网 点击量:3563

    由德国发起的“工业4.0”(Industry 4.0)概念,在全球逐渐发烧。不过,制造相关企业、半导体组件或是系统整合商,虽然明了工业4.0将为其带来新的庞大商机,但普遍却不很清楚该怎么跨入市场,甚至如何在自家工厂导入工业4.0概念。
    本文将从工业4.0起源及定义开始,以及阐述相关业者布局策略,期可为读者带来清晰的工业4.0发展蓝图。
    工业4.0提升制造业生产效能
    维基百科(Wikipedia)中定义的工业4.0为:工业4.0或称第四次工业革命(Fourth industrial revolution)、生产力4.0,是德国政府于2011年提出的高科技计划,由德国联邦教育及研究部和联邦经济及科技部联合资助,投资预计达2亿欧元,用来提升制造业的计算机化、数字化与智能化。
    工业4.0的目标不是创造新的工业技术,而是统合所有工业相关的技术、销售与产品体验,是建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智能工厂( Smart Factory),并在商业流程及价值流程中整合客户以及商业伙伴。
    另外,工业4.0技术基础是智能虚实整合系统(Cyber-Physical System,CPS)、物联网(Internet of Things,IoT)以及智能 传感器网络,亦即通过传感器和致动器(actuator)将真实世界与虚拟世界相连接。
    西门子( Siemens)数字工厂事业部、工艺工业暨驱动科技事业部总经理郑智峰表示,工业4.0涵盖九大技术,包括扩增实境(AR)/虚拟现实(VR)、模拟(Simulation)、大数据(Big Data)分析、自主性机器人(Autonomous Robot)、云计算(Cloud Computing)、工业因特网(Industrial Internet)、网络安全(Cyber Security)、水平垂直整合/3D打印以及增进系统智能化。
   

  图1:工业4.0九大关键技术

     若能在工厂中落实这九项技术,才能真正符合工业4.0定义需求。工业4.0能为制造业带来提高生产灵活性、缩短产品上市时间及提升生产效率等优势。因此,除了德国之外,欧美各国与中国大陆都已启动工业4.0计划,台湾政府也推出“生产力4.0”计划,以协助台湾厂商加快进入工业4.0领域。
    工业4.0商机诱人
    自德国政府提出工业4.0之后,全球也开始重视,因而为制造商、半导体组件、系统整合厂商业者等带来新的商机,其中机器人可谓是直接受惠的产业。
    根据国际机器人联合会(International Federation of Robotics,IFR)估计,2014年全球工业机器人市场销量约22.5万台,创历史新高,未来市场需求将持续成长。而服务型机器人也深具发展潜力,大致分为专业用、个人或家庭用两类,IFR预测其2014~2017年市场总销量,可望突破3,100万台。
   

  图2:1995~2013年全球工业型机器人安装量。(来源:World Robotics 2014)

     拓墣产业研究所则表示,受到工业4.0浪潮驱动,2015年全球工业机器人市场销量有望达264,000台,年成长约15%;2016年有机会来到29万台,年成长约10%。
    不仅机器人产业直接受惠,有鉴于工业4.0囊括的九项技术中,自主性机器人只是其中之一,包括网络技术、云端数据中心分析运算及储存设备、软件分析平台,以及半导体组件如 微控制器(MCU)、传感器、网络技术组件…等等,也都因工业4.0而取得抢进新商机的门票。
    相关业者忙抢进
    由于工业4.0新商机诱人,各家业者也都想与工业4.0“扯上关系”,以期可再扩大既有的营收规模。
    处理器制造商英特尔(Intel)为抢攻工业4.0与物联网(IoT)商机,早已开始布局,除购并信息安全软件公司迈克菲(McAfee)、平台软件供货商风河(Wind River)外,目前更已通过该公司的网关和其他工业计算机如研华(Advantech)、凌华(ADLINK)合作,提供完整的物联网平台予客户,期可协助客户快速建构物联网应用平台,创造物联网商机价值。
    英特尔亚太区技术开发服务群物联网架构师蔡嘉禾表示,工业4.0也就是工业物联网(IIoT),过去的概念与应用即为机器对机器(M2M)。惟与M2M较为不同的是,工业4.0不仅仅只是透过网络技术连接机器设备,更须利用网关将数据网云端或管理中心传送,进一步分析,因此在物联网或工业4.0基础建设中,网关与应用平台的建置相当重要。
    组件安全性/机器监测不可忽略
    工业4.0欲实现的目标是——提升生产效率、制造为本、对应未来商机随时改变生产线架构…等。台湾瑞萨 电子(Renesas Electronics)营销事业部经理黎柏均指出,工业4.0是强调更有效率的工厂与机械管理,仰赖通信架构串连所有,但相对地必须面临数据传输安全性与网络的可靠性挑战。
    而为了强化工业4.0安全,作为工业4.0架构的控制中枢——微控制器(MCU)本身也须强化其安全性。而瑞萨电子与合作伙伴携手强化其RX、R-IN MCU系列产品安全性,以提供更佳的物联网数据传输安全。
    发展工业4.0时,除了关注如何通过网络技术与后端管理平台架起工业4.0架构外,也必须注意第一线的机器监测。国家仪器(NI)技术营销工程师吴维翰指出,工业4.0其中相当重要的一环即是机器状况的监控,若这部分未能确实做好,将无法达到工业4.0提升生产效率的精神。
    因此,通过量测仪器中的数据撷取与振动感设器等装置,再搭配统一的数据传送网关,将可做到主动式防护,亦即可先一步知道机器是否即将损坏,也能提升机器检测的效率,更可维护作业员的工作安全。
    通信技术不可或缺
    在连网技术方面,除了传输到云端的有线与无线通信技术外,工厂内部机器间的通信也不可或缺。因此在工业4.0架构中,各种无线通信技术将与工业以太网络相辅相成,其中,可建构网状网络的ZigBee已开始获得厂商受到重视。
    芯科实验室(Silicon Labs)台湾区总经理宝陆格说,在工业4.0网络中,各种无线通信技术都将有各自的定位,不会有所谓的取代效应发生。而ZigBee是由于具备网状网络及自我修复的特性,因此在数量较多的机台或是公共设施应用上较为合适,而为了让ZigBee通过IP的方式传送数据,因此去年几家业者也成立Thread联盟,致力于将IP加入ZigBee技术中。
    更重要的是,工业4.0中需要布建许多传感器,这些传感器和无线网络节点组件相同,需要工作相当长的时间,也无法时时进行换 电池或充电,因此组件本身需要相当省电,与节电、低功耗相关的 电源管理IC(PMIC)也将在工业4.0设备中扮演重要角色。
    完整垂直与平行整合才能紧握商机
    由于德国许多业者已着手进行工业4.0的布局,西门子也因而更加了解工业4.0的精随,因此为提供最完整的解决方案,西门子早已通过购并的方式,将该公司所有产品进行垂直与水平整合。郑智峰强调,西门子产品可涵盖企业、管理、操作、控制、现场五大层面,而这五大层面也就是完整的工业4.0架构。
    不仅提供完整的工业4.0解决方案予客户,西门子本身安贝格工厂已符合工业4.0的需求。郑智峰指出,通过建构工业4.0工厂的经验,西门子除了强化自身产品完整度,也具备协助业者建置其所需的工业4.0工厂的能力。此外,西门子也积极提与台湾各界合作,以推升台湾工业4.0的发展。
    工业4.0其中一项目标是通过自动控制、组件间优化或迭加系统协调执行一项完整的生产任务,需要为硬件、软件和系统设计提供新的解决方案。尤其是对现场处理分散任务的紧凑、坚固的解决方案,对获取传感器数据、精心设计PLC系统与中央IT系统和云端的通讯的需求不断增强。台湾浩亭(HARTING)总监林笔章认为,上述关键是从已建立的自动化技术转向整合产业(Integrated Industry),即工业结合自动化和信息技术,启用新型商业模式、新的产品和服务,提高可靠性和生产率。而浩亭已在自家智慧工厂中实施广泛的解决方案,称为“浩亭为您提供整合产业解决方案”(HARTING Integrated Industry 4You,HAII4YOU)。
   

组件代理商抢分杯羹

     最后,半导体组件代理商也在这波工业4.0浪潮中获得新商机。若是欲进入工业4.0市场的业者,在没有明确概念的状况下,不知该采用哪些关键组件,或是想节省时间一次购足所需,那么除原厂之外,代理商将是较佳的选择。贸泽电子(Mouser)亚洲区技术支持主管苏志伦提到,代理商不仅代理许多原厂的优质零组件以及被动组件,还建立应用与技术相关子网站,让客户可以最便利与快速的方式,构筑工业4.0的应用技术蓝图。
    安富利(AVNET)则与其合作伙伴提供完整的产品线,如多样化开发平台、各类传输协议、无线感测网络(WSN)解决方案、微机电系统(MEMS)等,协助业者优化工业设备,提高生产效率,并进一步节省人力资源成本。未来安富利也将进一步加入系统整合的部分,期可帮助客户选择完整的组件产品,还可满足客户高度客制化需求。
    网络+传感器不等于工业4.0
    由于目前工业4.0是片状的发展,各家业者各自努力,未能串联成全面的发展;也未有任何“标准规范”让业者有所依循,因此工业4.0对多数业者而言,像一种“如陷五里迷雾”的技术与市场,但工业4.0绝非只是在生产机器上加上网络与传感器那么简单。
    郑智峰指出,许多厂商对工业4.0真正的意涵并不相当清楚,认为在机器上加上网络与传感器就是工业4.0,事实上,业者忽略了传感器收集到的资料分析、更智能具自主性的机器人如何实现…等等技术问题。
    回归先前提到的工业4.0涵盖的九项核心技术,要实现这些技术对相关业者而言,不是件简单的事。德国累积了10多年相关技术能力,才能在2011年进一步提出工业4.0的计划,并于2012年推动,因此,企业若是只看到工业4.0市场的美好,而忘却背后需要庞大的技术实力“加持”,不但无法真正了解工业4.0究竟要做什么,还会陷入不知该从何下手发展工业4.0的窘境。
    大一统标准规范路遥迢
    除了技术问题外,统一标准遥遥无期亦成为业者发展工业4.0的绊脚石。安富利台湾总经理蔡守礼表示,目前工业4.0网络协议相当混乱,Google、Apple与一些IC供货商都各自有其解决方案,目前也尚未有任何迹象显示会出现大一统的标准规范。黎柏均则认为,在有线传输技术部分,工业以太网络可望成为工业4.0通信标准技术之一。
    值得注意的是,发展工业4.0时,企业势必会面临接口——也就是互操作性——的问题。郑智峰认为,工业4.0或许不需要统包方案(Total Solution),不过标准化相当重要,问题是目前标准尚未并定义,且标准化发展暂时不会出现,以至于目前工业4.0呈现厂商各自努力的现象。再者,许多厂商可能无力建构完整垂直与/水平整合的产品,而选择跨业合作,但势必会遭遇各家产品接口互操作性问题,造成其客户遭遇问题时,无法有效解决。
    郑智峰表示,国际大厂的确有主导工业4.0标准建立的优势,不过小厂间的异业合作是否也能够建立大一统的标准,仍需时间观察。但大一统标准何时出现,实无法进一步由现阶段市场发展现况来预测,而接口问题将成为工业4.0发展的一大隐忧。
    发展工业4.0 台湾产业危机或转机?
    在全球“疯”工业4.0的同时,台湾业者与政府也相当关注工业4.0。不过,台湾发展工业4.0时将遭遇何种挑战,将是台湾厂商须留意的部分。郑智峰分析,事实上,台湾与德国制造业有相当相似之处,如依赖外销、制造能力强、注重机械制造发展,且皆遭遇人口老化问题,因此台湾业者借镜德国厂商的发展最适合不过。
    唯台湾与德国厂商仍有不同之处,即是德国拥有许多自有品牌,但台湾多为代工,因此德国厂商能根据其产品所需与特性,清楚了解其该发展工业4.0九大技术中的哪几项技术;而台湾厂商则由于都是依循母厂所需进行产品设计制造,因此尚未能抓住工业4.0的重点技术。
    郑智峰强调,未来台湾制造业若仍是想以低成本、质量策略竞争,将可能连已积极发展工业4.0的中国大陆都无法匹敌。因此台湾厂商在调整心态后,逐步发展工业4.0要求的九大项技术,再加上官方政府的推展及协助,进一步强化工业自动化程度。
    另外,台湾业者除了优化硬件工艺、建立工艺模块化外,还须全面整合自动化设计;而软件平台的建构则须从基础环境整合开始,并建立工厂数字平台、结合自动化设计,最后还需重视网络安全、工业4.0应用方式等,进而达成台湾工业4.0计划——“生产力4.0”目标。

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