製造業數位轉型趨勢帶動智慧機械商機

摘要：全球製造業透過數位轉型因應發展環境變化，並在數位轉型過程中，逐步實現智慧製造、工業4.0 (Industry 4.0)，以及創新商業模式。國際研發機構與廠商，持續將感測、物聯網、人工智慧、雲端平台與邊緣運算..等等資通訊與智慧科技整合到機械與生產系統中，進而形成智慧機械產品與應用方案，以協助製造業加速推動數位轉型。本研究分析國際工業4.0發展標竿-全球燈塔工廠，來瞭解數位應用方案需求，並觀察國際智慧機械產品發展現況；最後說明使用智慧機械，實現「設備即服務」商業模式之潛在效益與國際案例，藉此引發以智慧機械爭取數位轉型商機之策略思維。
Abstract：Global manufacturing industry continues to respond to the changes in development environment through digital transformation to establish, maintain, and increase competitiveness. At the same time, with the process of digital transformation, it will gradually realize smart manufacturing, Industry 4.0, and innovative business models. In recent years, many international R&D institutions and manufacturers continuous to integrate sensing, Internet of Things, artificial intelligence, cloud platforms and edge computing as well as information communications and smart technologies into machinery and production systems to form smart machinery products and applications to assist the manufacturing industry to accelerate its digital transformation. This research analyzes the cases of Global Lighthouse Network for Industry 4.0 to understand the needs of digital application solutions and also observes current developments of smart machinery products in the world. Finally, it explains the potential benefits and international cases of using smart machinery to realize the business model of Equipment as a Service (EaaS), which triggers the strategic thinking of using smart machinery to strive for business opportunities of digital transformation in the manufacturing industry.

關鍵詞：智慧機械、數位轉型、燈塔工廠
Keywords：Smart machinery, Digital transformation, Lighthouse factory

前言
面對持續變化的總體環境，全球製造業持續透過數位轉型(Digital transformation)來建立、維持、增加競爭力。無論是智慧製造、工業4.0 (Industry 4.0)，以及創新商業模式，都可以在數位轉型過程中逐步實現；而智慧機械則是協助製造企業實現數位轉型的重要工具。近年來，許多國際研發機構與廠商，持續將感測、物聯網、人工智慧、雲端平台與邊緣運算..等等資通訊與智慧科技整合到機械與生產系統中，進而形成智慧機械產品與應用方案。本研究從國際工業4.0發展標竿出發，瞭解數位應用方案需求；並觀察近兩年代表性國際智慧機械產品發展現況。最後說明使用智慧機械，實現「設備即服務」商業模式之潛在效益與國際案例，藉此引發以智慧機械爭取製造業數位轉型商機之策略思維。
工業4.0標竿-全球燈塔工廠中的數位應用
世界經濟論壇(WEF)與麥肯錫(McKinsey)公司合作，共同追蹤世界範圍內的工業4.0標竿-「燈塔工廠(Lighthouse factory)發展與應用進程，並識別其他製造商之所以落後於這些燈塔工廠的關鍵原因[1]。
WEF及McKinsey，基於切實可見的成果和應用案例，針對全球多個產業中1,000 多家公司進行評估，再由工業4.0專家組成的獨立委員會，進行最終甄選。至2021年9月，已選出90家燈塔工廠[2]。這些工廠正在引領工業4.0技術的普及，包括數位化、自動化、先進分析和預見性分析、虛擬實境(VR)和擴增實境(AR)，以及工業物聯網(IIoT)等。
全球90家燈塔工廠及其產業網路，為整個生產鏈適應技術發展、改善生產工程技術和培育勞動力技能描繪出新藍圖。從製藥、醫療產品和消費品，到各類先進產業，這些多元化組織涵蓋75個地區，也展示了第四次工業革命技術如何在提高企業利潤的同時，創造積極的環境效益。
除了評選出燈塔工廠外，WEF及McKinsey也發布相關報告，分析這些工廠在各種價值活動中，如何結合5G通訊、物聯網(IoT)、雲端與邊緣運算等資通訊技術，人工智慧(AI)、巨量資料(Big data)、預測、數位分身(Digital twin)、擴增實境與混合實境(MR)等新興智慧科技，以及感測、機器人、無人載具(Unmanned vehicles)、積層製造(Additive manufacturing)等先進技術，發展出有助於生產工廠與供應鏈營運績效提升的數位化、智慧化應用方案。
全球燈塔工廠在製造環節主要數位化應用方案包括[1]：
1.數位化組裝與機械設備
‧用於製造關鍵零件的即時定位系統(RTLS)
‧通過對產線PLC進行巨量資料分析來優化生產週期時間
‧以指示燈引導組裝順序
‧通過混合實境實現數位化標準工作指引和訓練
‧應用於流程優化的先進工業物聯網
‧以人工智慧驅動的程序控制
‧數位化精實管理工具(例如，電子看板、電子安全燈、 電子化流程圖)
‧以人工智慧引導機器性能優化
‧數位化的可變生產節拍時間
‧數位化模組式生產配置
2.數位化設備維護
‧透過感測器分析、優化作業成本
‧機器報警彙整、優先順序判定，以及透過原因分析來解決問題
‧基於歷史性和感測器資料的預測維護資料彙整
‧基於邊緣感測器的即時綜合成本優化
‧使用擴增實境進行遠距工作協助
‧偏差根源識別分析平台
3.數位化績效管理
‧用於遠程生產優化的分析平台
‧可監控設備總體效能(OEE)的數位看板
‧以數位分身進行遠程生產優化
‧以製造智慧系統提升操作管理成效
‧透過整合平台連結機器資料與企業軟體
‧即時資產效能監控和可視化
‧基於感測器的製造KPI報告
‧實現連結型勞動力的數位工具
‧支持實現永續發展的數位分身
‧數位化人機匹配
4.數位化品質管理
‧透過光學掃描取代高成本的三次元量床，並提高檢測效能
‧以線上自動化光學檢測，取代產線端人工檢查
‧數位化作業指導書和品質功能顯示
‧具有整合工作流程的生產線操作數位化標準程序
‧透過混合實境眼鏡指導操作員進行最終檢查
‧現場品質失效資料匯整、優先順序判定，以及透過原因分析來解決問題
‧基於物聯網應用的製造品質管理
‧數位化品質審核
‧透過預測分析提高品質
5.基於數位化的永續發展
‧透過預測分析使能源使用最佳化
‧使用工業物聯網匯總能源資料，及透過看板顯示能源相關報告
‧基於感測器的能源資料蒐集與管理