智慧機械技術與產業發展趨勢

摘要：歐盟將智慧因素投入於整體製造過程，使整個製造體系(包括單一企業與整體供應鏈)能在正確的時間點、選擇更適當與有效率的方法來完成既定工作或是妥善的處理突發狀況。此舉除會改變原先製造業體系與產品製程外，同時對應新的製造業體系(智慧製造)所需的機械設備及相關的軟硬體將因此孕育而生，尤其是對於生產設備(如金屬加工所需的工具機)的智慧化程度，成為全球設備供應商提升其產品競爭力的重要指標。因此全球主要的機械設備商無不以此作為產品技術發展的目標，期能配合終端製造業客戶的製程升級，使其持續保有滿足客戶所需的競爭力。臺灣的機械設備廠商除持續鞏固機台自身的精度與可靠度，再者可搭配發展符合臺灣機械設備客群所需的智慧化功能，方能於全球智慧生產體系中持續保有機械設備提供者的一席之地與競爭力。

Abstract：The European Union (EU) takes intelligent factors into consideration when improving the entire manufacturing processes. This enables the whole manufacturing system from the single enterprise to the entire supply chain to choose more suitable and effective methods at the right time to accomplish the task or properly handling emergency situations. Taking intelligent factors into consideration not only leads to the positive changes of manufacturing systems and manufacturing processes. It also facilitates the emergence of mechanical equipment required by the new systems of the intelligent manufacturing, as well as the relevant software and hardware. The intelligent degree of production equipment such as machine tools for metal processing will become an important competitiveness indicator of global equipment suppliers. In consequence, major suppliers of mechanical equipment throughout the world all regard this factor as the development goal. Therefore they can continuously retain the competitiveness by upgrading the equipment to meet the process improvement demand of end-product producers. Besides the improvement of precision and reliability of equipment, Taiwan suppliers of mechanical equipment can also develop the intelligent functions required by customer groups to consequently keep long-term competitiveness in global intelligent manufacturing.

關鍵詞：工具機產業、智慧製造、智慧機械

Keywords：Machine Tool Industry, Smart Manufacturing, Smart Machine

前言

根據歐盟執行委員會(European Commission, EC)的資料顯示，製造業附加值(added value)大約占歐盟27國總附加值的20%。然而，歐洲製造業正面臨就業機會流失與競爭力下降的嚴峻挑戰，自2008年金融危機以來，歐盟各國在製造業領域的工作崗位流失已達到350萬之多，歐洲產業界對工業的投入持續降低，製造業占GDP的比重已從2008年的15.4%降至2013年的15.1%，歐洲的生產表現與競爭者相比持續惡化。因此，歐洲製造業為了提高整體的競爭力，歐盟於2010年6月正式通過了未來十年的發展藍圖——《歐洲2020：智慧、可持續與包容性的增長戰略》(簡稱歐洲2020戰略)，提出要實現智慧化的經濟增長(smart growth)，重點發展資訊、節能、新能源和以智慧為代表的先進製造，並提出將實施七大配套旗艦計畫以實現戰略目標，其中就包括與智慧製造領域直接相關的旗艦計畫「全球化時代的工業政策(an industrial policy for the globalisation era)」。該計畫旨在改善商業環境，尤其是中小企業的經營環境，支援發展強大的、可持續發展的與具有全球競爭力的工業。同年，歐委會提出政策《全球化時代的工業政策—在中心舞臺加強競爭力和促進可持續發展》，具體闡述針對歐洲推動新時期工業發展的計畫舉措。此後，2012年和2014年，歐委會又分別提出《未來經濟復甦與增長建設一個更強的歐洲工業》與《為了歐洲的工業復興》兩項政策，對於2010年的工業政策進行進一步調整。歐盟將智慧因素投入於整體製造過程，使整個製造體系(包括單一企業與整體供應鏈)能在正確的時間點、選擇更適當與有效率的方法來完成既定工作或是妥善的處理突發狀況。此舉除會改變原先製造業體系與產品製程外，同時對應新的製造業體系(智慧製造)所需的機械設備及相關的軟硬體將因此孕育而生，尤其是對於生產設備(如金屬加工所需的工具機)的智慧化程度，成為全球設備供應商提升其產品競爭力的重要指標。因此，臺灣的機械設備廠商除持續鞏固機台自身的精度與可靠度，再者可搭配發展符合臺灣機械設備客群所需的智慧化功能，方能於全球智慧生產體系中持續保有機械設備提供者的一席之地與競爭力。

智慧製造的定義

智慧製造是指在整體製造過程中加入更多智慧，使整個製造體系(包括單一企業與整體供應鏈)能在正確的時間點、選擇更適當與有效率的方法來完成既定工作或是妥善的處理突發狀況。通常這類涉及以大量或關鍵資料檢視為基礎，然後配合特定技術與管理技能進行決策的工作都需要由人工完成；因為每個人都具有不同程度的智慧。但是在ICT技術、感測元件與各種決策運算知識逐漸發展成熟後，大量使用這些先進軟硬體系統的製造體系也可以越來越具有智慧。

故智慧製造是能在最少的操作人員指導與協助下，具有自動適應環境改變及製程變化，以及不同產品製造能力的製程技術；而這些技術應用範疇涵蓋整個產品製造與生命週期。具體的智慧製造系統功能會因為技術持續發展而不斷擴展與精進。製造系統的智慧功能演進情境如下：

1. 製造系統中會採用大量自動化設備，例如機器人；但是人機合作關係會更密切，使製造系統效能可以充分發揮。
2. 製造系統能結合感測、資訊處理、推理與決策、虛擬真實等多重技術，並將其應用在產品設計與製造、製造系統效能監控與提升以及製造系統維護等過程中。
3. 製造系統能主動蒐集與分析來自系統外部與內部的資訊，並利用這些資訊來決定、規劃系統後續反應。
4. 製造系統透過在運作過程中持續充實與更新知識庫，能具備一定程度的自動化故障診斷、故障排除與維護，以及發覺不適當的人工命令，並進一步提出警示與決策修正建議。
5. 製造系統能依據實際工作需求，能在組成結構、功能與製造程序上進行最大程度的自我調整，以形成能滿足特定製造需求的最佳化與彈性化製造系統。
6. 製造系統能透過感測、運算與先進製程技術提高資源使用效率，包括能源、水資源及原材料。

因此在智慧製造體系中，透過感測與資料擷取、大量資料儲存與快速運算能力，將具備橫跨企業各部門及整體供應鏈的完整資料即時提供與分析能力。同時人員可藉由決策輔助系統進行快速反應，配合自動化製造、組裝、檢驗與測試、倉儲與物流系統，使企業及供應鏈能以最少的資源完成既定的製造目標。在實務上，智慧製造應用類型及其具體效益包括：