工業 4.0 正在改變「製造業」的傳統模式,製造商為了要改善生產效率、降低生產成本,以及改善勞動力不足的缺點,在生產線和整個營運過程中開始導入物聯網 IOT、雲端運算、AI 人工智慧、機器學習以及大數據分析等技術。

本篇文章將會簡單說明什麼是工業 4.0?它將帶來哪些影響?以及工業 4.0 所需要的「核心技術」與「基礎設備」有哪些?

工業 4.0 的定義

工業 4.0 (Industry 4.0) 是一種「製造思維」的改變,從大量生產逐漸轉變為大量客製化,以「智慧製造」為重點,其核心在於數位與實體的串聯,即「虛實整合系統」(Cyber-Physical System,CPS)與「物聯網」(Internet of Things,IoT)。

實體機器的行動轉換為數據,利用物聯網達成機器間資訊的交換與整合,再透過雲端服務與大數據的分析,可以優化製造流程,使製造過程能更加智慧化、客製化與服務化,同時提升消費者服務體驗。

工業 1.0 到 4.0 的演變過程

從工業 1.0 到 3.0 的三次工業革命都是為了讓整個生產過程更有效率,使生產機器擁有更好的效能,以達到大量生產與販售的目的。

工業 4.0 並非為第四次工業革命,而是泛指「新一代的工業轉型」,可以說是一種潮流趨勢。

工業 1.0

工業 1.0 即是「第一次世界革命」,利用「水力與蒸汽」取代以往的人力與畜力,讓工廠開始使用機器生產,也逐漸轉化成集中、有組織性的生產模式。

工業 2.0

工業 2.0 開始以「電力取代水力及蒸汽」,廣泛使用在大量生產上,也是「首次有上、下游的流水產線」的出現,以及成功讓機器生產機器。

工業 3.0

有了「電晶體」與「積體電路」的出現後,開始使用「電子裝置」及「資訊技術」來降低人為的影響,以增進機器製造的精準化及自動化程度。

工業 4.0

透過「機器與機器」之間的溝通來提高自動化程度,並發展出「人機協同運作」的智慧工廠,進而轉化為提供產品客製化與服務化的生產能力。

回顧歷史上的三次工業革命,工業 4.0 不再以製造方面的生產量為重點,而是以「需求」視為首要任務,為客戶提供客製化產品與服務。

工業 4.0 的三個實際應用

智慧工廠

智慧工廠是運用「物聯網」將所有自動化的生產設備互相連結,並整合大數據成單一且可視化的系統,對設備進行即時監控,達成生產材料的控制、生產過程的追蹤,以及生產設備的監控等目的。

智慧製造

以智慧工廠為基礎,透過物聯網、大數據、雲端計算、人工智慧等技術,將生產製造的每一個環節都提升至「高度智慧化」與「客製化」,重點在依據客戶的需求快速的生產出客製化產品。

智慧物流

智慧物流靠的是「資訊與通訊」的技術,包括「RFID」、「感測器」、「GPS 系統」與「良好的通訊環境」,以串連物流系統的每一環節都能資訊化的運作,如採購、倉儲、運輸、配送等,達到供應鏈全流程的資訊即時共享。

工業 4.0 所需的資訊技術與基礎設備

物聯網

物聯網是利用 RFID、感測元件、嵌入式系統、GPS 定位等技術來收集物體資訊,並透過網際網路傳遞數據,使得物體之間能夠交流,依收集到的數據資料進行分析與決策,進而控制已連上網路的物體。

雲端運算

雲端運算是主要使用遠端主機以訂閱制或服務形式來提供運算資源的共享空間,包括數據、伺服器、分析、應用程式等,能夠降低管理成本,並隨時隨地進行運作與存取。

大數據分析

物聯網會不斷地收集資訊,而形成巨量資料,又稱為大數據(Big Data),數據本身不帶有任何意義,有意義的是利用大數據分析出來的結果,可以是經驗也可以是預測。

資料科學家與資料分析師需要從資料中快速獲得結果,就需要高運算的電腦,而此類型的電腦通常為工作站或伺服器。

自動化

自動化是一種控制模式,廣泛來說是指無須藉助人力,就能使生產製造的機器自動且規律的運行,主要目的是能夠加速生產效率、穩定生產品質與減少勞動力。

系統整合

系統整合指的是將所有次系統彙整並建構成一個單一系統,而在此過程中,每一個次系統在這單一系統中仍然能正常運作。

網路安全與管理

網路安全指的是要維護系統運作、保護資料安全以及抵擋防禦外在風險的手段。由於在網際網路上進行大數據的分析與雲端運算的存取,因此「網路安全」就極為重要。

工業 4.0 的影響有哪些?

正面影響

高度自動化可幫助我們減少許多生產時所造成的職業傷害,再加上「大數據」的輔助,更能將心思投入在「設計客製產品」或是「改善產品品質」,以滿足客戶需求、提升消費者體驗。

由於生產製程趨於「智慧化」,我們可隨時透過「物聯網」取得生產流程的資料與設備的狀態,使製造商可彈性地立即做調配,這麼一來就能降低整體生產成本、庫存及廢料,同時還能兼顧環境,實現綠色生產。

負面影響

當工廠達到高度自動化時,勞工開始漸漸地被機器取代,進而導致製造業的失業率提高。

資金不足的中小型製造商可能因沒有物聯網、AI 運算等技術,而面臨被淘汰的危機。

數據中心在工業 4.0 中扮演重要的角色,可能會衍生出資料流失與外洩等問題,所以製造商需更重視資訊安全的維護。

工業 4.0 的重要性

工業 4.0 屬於一種工業思維的轉變,是進行數位轉型最重要的根本,能夠提供企業資訊的透明度與掌控能力,徹底改善生產效率、降低生產成本。

從收集機器資料的感測器、RFID,和大數據分析與雲端運算所需使用的工作站,到系統整合的監控管理系統,完善且穩定的軟、硬體整合是轉型工業 4.0 的重要關鍵。

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