本文為《College+ 知識加一家》節目訪談內容,內文經過摘選重點,並重新編輯,以問答的方式呈現。
智慧工廠,元宇宙,區塊鍊,工業發展,數位孿生,物聯網,自動化

不加入就被淘汰!迎向智慧工廠新紀元


本文為《College+ 知識加一家》節目訪談內容,內文經過摘選重點,並重新編輯,以問答的方式呈現。

不加入就被淘汰!迎向智慧工廠新紀元


主持人娃娃:

各位家友,歡迎一同加入College+ 知識加一家,本節目是由工研院產業學院所推出,我是工研小仙女娃娃。

在我們今天的第三集,要跟大家來聊的主題,是「不加入就被淘汰!迎向智慧工廠新紀元」。

今天來賓非常特別,我們跨越了國際,目前正臺德連線,老師現在的時間是德國早上時間清晨5點整哦!真的是非常情誼相挺的王宇博老師。

宇博老師:大家好!

主持人娃娃:歡迎宇博老師!跟大家來介紹一下,宇博老師他目前是德國工業4.0創始單位達姆斯塔特工業大學,Reiner Anderl院長研究團隊的專家研究員,我們宇博老師他在工業4.0這個領域,可以說是小組中的小組,專家中的專家!

主持人娃娃:我現在可以看到,老師您的身後,裏面有車,有很多的設備,請問這是您的實驗室嗎?

圖為德國TU9達姆施塔特工業大學實驗室——工業4.0轉型區域,微型的機器人臂,人機的機器人臂,微型的生產線和一系列的工業操作系統、3D打印機的產品。


宇博老師:沒錯!謝謝主持人簡單的介紹,今天很開心能和臺灣的朋友們進行短暫的交流。

我背後能看得見實驗室的一個區域,我們是把它稱爲工業4.0轉型的區域,尤其我們可以看到這種微型的機器人臂,人機的機器人臂,微型的生產線和一系列的工業操作系統、3D打印機的產品。

這個工業操作系統和工業的3D打印機的產品,目的是幹嘛的呢?目的是把重型的CNC加工流程,重型的機器人臂把它微型化,把它縮小,縮小畫完了以後,可以進行技術的提升,然後從技術的改革,給企業尤其是中小型企業,帶來數位化轉型,可以展示給臺灣的朋友們,展示全世界一些中小型企業,面對的數位化轉型的挑戰。

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1.智慧工廠設備與樣貌

主持人娃娃:今天的主題是「智慧工廠」,是不是可以跟大家分享智慧工廠,它應該要有哪一些的設備,或者是應該是要什麼樣的一個樣貌呢?

宇博老師:你提的這個問題非常好,就是說我們所有的企業,能面對的今後的挑戰就是「智慧化」。

如何智慧化呢?就是傳統的製造業,都來數位化轉型和數位化的自動化三角到這樣的一個方案,從這個ERP系統,到MES系統,到執行器,它都是有訂單化的。

這樣的一個生產,面對的產量和質量的提升,他必然且自然而然只能走到自動化,而自動化面對的是這種批量的產品。

今後我們的智慧工廠,面對着這個客戶羣體,訂單會縮小。縮小到什麼程度呢?以前比如說幾百萬個,幾千萬個產品的情況下,通過自動化可以達到他的指標,自動化或者降低成本的方案。

上個世紀70年代80年代的時候,就是從歐美移到亞洲了,廉價的這種生產環境把它壓縮了,通過自動化來把它的質量提高更多。

今後的這個智慧化的方案,面對的是叫「柔性化生產」,也就是說訂單量可以縮小,可以私人訂製的生產。

更多的私人訂製的生產呢,並不是說是簡簡單單的顏色、大小這樣的一個改變,更多呢是面對的它的功能、功效、性能,隨着客戶的需求來專門爲這個客戶私人訂製的生產。

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2.自動化工廠轉型智慧工廠

主持人娃娃:我現在在臺灣,聽到大部分工業製造,都是「自動化工廠」。我們今天聊到「智慧工廠」,讓我非常好奇,爲什麼我們現在自動化工廠,就一定要轉型成爲智慧工廠,不然會被時代淘汰呢?

宇博老師:面對的這個挑戰其實很大的。自動化工廠的性能不太一樣,尤其做爲代工的話,你是接客戶的單,面對批量生產的情況下,自動化是很有意義的。

可是現在的市場有了變化,我們不喜歡穿一樣款式、顏色的衣服,每一個人都是獨立思維的個體,有獨立品味的方案,面對這個產品的需求,今後的我們所有的市場的客戶,都想有自己獨一無二的產品。

俗話說得好:客戶就是國王、女皇。女皇和國王不都是自己的私人訂製獨一無二的產品嗎?獨一無二的日常的用品、穿的衣服,在每個人都想當國王、女皇的情況下,今後的市場並不是批量產品的市場,更多的是私人訂製的市場,就更走向客製化了。

這樣的一個對接,是最重要的,面對很大的挑戰。

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3.輔導中小企業與政府案例的實際案例

主持人娃娃:我剛看了一下老師您的背景,您曾經協助過德國政府規劃工業4.0、以及智慧轉型的這些專案,是不是可以跟大家分享,您成功輔導中小企業,或者是一些政府案例的實際案例?

宇博老師:沒錯,我們這邊德國工業4.0的運動和趨向很早就開始了,2013~2015年間,工業4.0平臺就建立了。

這次想給大家帶來的一個案例,是工業4.0平臺上,叫「工業4.0的實施指南」。這個方案,是通過實施指南、實施我們的工具箱,在德國已有上百上千家中小型企業,順利的通過評估,透過實施邁出工業4.0的第一步!

在轉型方案的過程中,企業面對的挑戰,我總結了三大類挑戰:

第一類挑戰:「技術上的挑戰」。

這有很多德國的離散製造企業,不管是造機床的也好,機器手臂的也罷,供應的精確度、製造的速度、加工的質量,這一方面的挑戰、升級,他們面對着這樣的叫「技術性的挑戰」。

第二類的挑戰:「流程性的挑戰」。

流程性就是指批量生產,他如何做大訂單的轉型?以前有可能是幾百萬零部件的訂單,或者幾千萬的訂單,現在沒有那麼多了,尤其是面對疫情這種環境,我們的供應鏈也面對了巨大的挑戰。

他如何面對着進貨的只有10萬的或者幾十萬的訂單呢?他得把生產線、產品生產的優化,進行了整體的改善完善,那這樣的也是符合今後我們這個從自動化的批量生產產品,走向私人訂製產品了。

第三類的挑戰:「導入系統的挑戰」。

其實這是一個最大的挑戰,在德國中小型企業裏,面對導入三大系統的挑戰。

在製造業的系統,大家都都瞭解,第一是ERP系統(企業資源管理系統Enterprise resource planning),通常大家都會導入,說的簡單點的就做買賣,買進賣出通過這種利潤的相差,進貨自己製造,ERP就是大掌櫃方案。

接著第二是MES系統(企業中的生產執行系統Manufacturing Execution System),MES系統系統更針對於生產製造,所以對製造的企業是非常重要。

可是當生產製造企業,慢慢的不僅想簡簡單單的代工,它想對角色進行升級,而走向了自己的創新的話,他必須有一套產品研發方案,就得導入第三套系統—PDM系統(產品數據管理系統Product Data Management),從CAD模型,到有線源,到動態仿真模擬,所有的這種模型仿真,他都得在這個系統裏面來管理。

也就是這三項系統,如何在這個很好完善的這種環境中,通過我們今後要討論的呢?就是叫「數位孿生技術」和「工業物聯網技術」,走向未來的市場,面對這個數位化轉型的挑戰。

這個是目前在德國中小型企業裏面的,三大模塊上的發展案例。

這個最佳也非常成功的案例,同時在德國的工業4.0實施指南裡面,中小企業的最佳案例,比如有Schunk德國雄克公司、HAWE Hydraulik SE哈威液壓公司是專做液壓軟管硬管的、同時還有SMS Simag西馬克公司做很大型的鋼鐵的生產線、還有第四家的案例Arburg阿博格公司是做塑膠加工注塑機。

這幾家公司,都是作爲德國機械商協會,最出色的案例來給大家來分享,詳細內容會在工研院產業學院課程中講解。

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4.德國已邁入智慧工廠?

主持人娃娃:依照老師的分享,有這麼多的案例,那我很好奇,是不是現在德國基本上都已邁入智慧工廠了呢?

宇博老師:不能說是基本上都邁入了,我們可以這麼看,從2013年到現在也有長長10年的經驗,德國這邊有出色的這個大型企業,但也有中小型企業,對他來說數位化轉型是個吃力的且艱難的路程。

爲什麼呢?對於中小型企業來說,要面對着鉅額的投資,它必須出資才能轉型,而且他面對不僅像剛才說的,投資導入系統的挑戰,更多的是人口結構的問題,你也知道德國大多數老年化了,在工業上也有很多的人才的需求。

因此在德國,近10年的這個數位化轉型,尤其是在生產行業中,就是在智慧製造上加工的轉型,非常非常出色,也就是說他有很多很多的產品,之前是在亞太地區生產的產品,都轉回到德國來生產了,這是不可思議的一件事情呢!

比如和我合作的一個企業,他之前是在亞洲生產螺絲,大家都能理解,螺絲生產相對來說簡單化一些,是批量生產。可是他通過數位化轉型,把整個亞洲的生產都搬回到德國,在法蘭克福地區附近,他用高科技來生產螺絲,同時他的獨一無二的這個螺絲,給企業客戶帶來更多的功能化、特性化,然後同時在德國生產,他的價格成本幾乎可以等同在亞太地區生產。

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5.被大時代的洪流淹沒的企業

主持人娃娃:老師剛剛講了這麼多成功案例,相反的,想請問老師有沒有哪些我們聽過的企業,因爲沒有經過智慧轉型,後來被大時代的洪流淹沒了呢?

宇博老師:企業面對着這樣偉大的危機和挑戰,有自己的解決的方案。我們可以說時代,尤其是技術,為我們帶來的時代的轉型,和會給企業同樣帶來一樣的挑戰。

我第一次訪問臺灣的時候很小,那時是數位相機的時代,現在是手機拍照的時代,膠捲沒有任何意義。洗相片這樣的一個膠捲方案,像是柯達,今後的整個市場,隨着技術轉型都已經沒落了。

再來,比如說我們手機的時代,我第一臺手機,是諾基亞3210,是非常出色的產品,90年代的時候是非常耐用非常好的手機,可是隨着智慧手機的到來,尤其是在2007年蘋果賈伯斯公佈了他第一版的iPhone的情況下,市場跟着時代的潮流走,你自家企業,尤其是企業的產品,也要有一定的轉向,同時他商業模式的轉向,對於企業更多是他的商業模式如何去賺錢?如何去面對未來的市場?這是很重要的,尤其現在我們面對的需求,並不一定非得要擁有一個產品了,像Airbnb、Uber。

商業模式對於企業,尤其是對於中小型企業,他在傳統生產鏈的地位如何去轉型,是很大的一個挑戰。

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6.運用數位分身Digital Twins建置智慧工廠國際課程

主持人娃娃:您在我們工研院有一門「運用數位分身Digital Twins建置智慧工廠」的國際課程,請問當初工研院為什麼會找您開設這樣的課程呢?

宇博老師:我與德方和工研院有長久合作的經驗,也有很美好合作的案例。疫情之前我們就有線上線下課程,也有臺灣的企業團隊,來德國訪問參觀,包括我這個實驗室、微型設備、大型的CC機床加工中心、汽車實驗…等種種訪問。目前因為疫情關係,有近兩年沒有這麼多的機會,互相來往,有更深刻的交流和支撐。

在今年的這種課程,我們的主題叫「數位孿生」。什麼是「數位孿生」呢?就是通過虛擬和現實兩方兼容的系統設備,把整個工廠,尤其是智慧工廠網路化,來讓他執行,是這門課最大的一個亮點。

臺灣的學員,可以在臺灣遠程操作,德國的機器人臂,或者是德國的CNC機床,或者是整個的生產流程。

而通過數位孿生的技術,可以在自己家裏的VR,或者是工業化的AR眼鏡上,直接操作德國的設備。

這樣對數位轉型的挑戰,尤其是在「解決問題」的方案上,能帶來很大的優勢。

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7.德國的產業環境跟臺灣相似?

主持人娃娃:我在想當初會找您來開設這樣子課程,會不會有一部分原因是,因爲德國的產業環境跟臺灣有一些相似的地方呢?

宇博老師:啊,沒錯!你這個問題的問得非常好,觀察非常出色。

臺德兩國工業界的社會環境,是非常非常相似的。人口數量來說,德國是8,000多萬,臺灣是2,400多萬;產業人口結構,大多數都是以中小企業來支工業界、支撐社會。

德國製造業,最著名的就是德國汽車品牌,奔馳、寶馬、奧迪、保時捷、歐寶等等呢就是德國的品牌,圍繞的汽車行業德國的製造也是很出色的。除此之外,德國芯片行業,尤其是在Embedded system,也有很大的貢獻,在微型系統可以說是在全世界上能排上名次的。

德國的中小型企業,尤其是離散行業,有很大的相似點—「工匠精神」,尤其在德國的工程師身上,不管是基礎工程師、科研工程師和應用工程師,特別明顯。我多次訪問臺灣的中小型企業,與臺灣企業家交流,也感受到了臺灣的「工匠精神」。

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8.前一期課程印象深刻經驗?

主持人娃娃:這門課程,之前就已經有開過一期了,聽說反應熱烈。很好奇您有沒有和這些學員們,有印象深刻的互動經驗呢?

宇博老師:你這麼說讓我想起來,很有意思的一件事情。

我們之前上課就在疫情期間,通過網路來上課,講的是「工業物聯網」和「數位孿生」這樣的技術,剛開始很多學員都有點懷疑,這項技術到底成不成熟?會不會是非常理論化的一個案例?

既然是「數位孿生」學員的需求和期待是什麼呢?能摸得着、看得見,能體驗一下什麼是工業物聯網。作爲講師,我得給學員提供這個環境,能讓學員在臺灣在自己家裏、辦公室裏、車庫裏能通過網路,尤其是通過網路能操作德國的工業設備,包含機床、數位孿生機器人臂。然後老師和學員在臺灣德國兩地互動。

當時很有意思的是,開始很多學員擔心操作失誤,或者有故障會發生,有點卻步。但是通過這樣的方式,有更多瞭解與投入的時候,學員開始主動想嘗試,從第一個學員、第二個學員,最後所有的學員都想來體驗一下。

這就是高科技的技術「數位孿生」,尤其是在講Minimum viable product,在整個這個試驗環境,走向企業化的環境,已經在中小型企業認同的這項技術,如何在臺灣體驗。

最後很多學員想再次體驗,甚至提出來的新的想法和需求:是否可以24小時都能來參觀呢?是否能通過,走進這種虛擬的孿生空間,來進行不僅簡單的個別的設備,而是整個工廠的訪問?

因此對我來說,這是一個非常深刻的印象和反饋。

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9.2050智慧工廠的展望

主持人娃娃:我們在談未來科技的趨勢發展中,常會提到的一個時間點是2050年,想請老師跟我們分享,對您來說2050年的未來智慧工廠,應該會發展到什麼樣的程度,或是您有什麼樣的想像呢?

宇博老師:對對對,2050年吧!離現在還有25年以上的這個時間段了,那我們先別看未來,先回顧一下之前的25年吧!

這個技術的發展是非常迅速的,最經典的幾個時間段:

一開始是1993年左右,人類面對了一個很大一個數位化轉型,是什麼樣子呢?就是走向網路化,當時說World Wide Web,就是「全球資訊網」民用網路的上網,可以發文檔與短信,這在之前是不可思議的事,人的距離都拉短了。

然後是2000年的時候,聊天軟件上線,可以發視頻、發語音,這也是一個很大的一個進展。

2004年時,當時我的一個同學在美國,跟我說:「宇博,我這邊有很好玩的一個一個平臺,一個軟件,你要不要下載來看一看?」我問:「是什麼呢?」,結果是「臉書」。原本只是文檔與文檔、媒體與媒體的連接,到了臉書時代,成了人與人之間的連接了!

網路上人與人連接的社交圈,隨著發展,縮小再縮小,慢慢走向「自媒體時代」。不僅有臉書、Youtube、類似於twitter這些企業也都誕生,他的商業模式,是之前很多的企業家無法想到的。

2007年,是對人類發展有很大影響的一年,賈伯斯公佈他當時的第一臺iPhone,透過APP的操作,企業與企業、人與人、媒體與媒體、文檔與文檔,全部連結一起。

接下來2015年,工業4.0也誕生了。然後現在各項技術、生產同時優化,尤其是平臺、數位孿生都誕生了。

未來的25年所面臨的挑戰呢?我也不能預測未來,但對我來說有三個很重要方向。

我覺得第一個方向:是「元宇宙」方案。

所有的虛擬空間,通過數位孿生、工業物聯網,走向了一個共享空間。媒體把整個內容,尤其是虛擬空間和現實空間的內容給融入一體。也就是說通過遠程操作、數字孿生的技術,我們可以在德國、臺灣、美國操作其他國家的生產空間。同時,想走進去虛擬的走進去,必須能顯示、能看得見、能觸摸到有這種觸感的環境,可以看到現實空間的操作,與現實空間的工作人員共同來工作,也就是工作環境、方式、模式,通通會產生改變。

但是我相信,我們的職業仍然工程師是工程師、做醫生的還是醫生,只不過他用的工作器材和技術,會改變了不一樣了,我相信這是第一個方向。

第二個方向:「區塊鏈技術」

通過相關加密設備、量子計算,我們整個行業都數位化了。數位化的產業鏈帶來的數位貨幣,帶來數位的交易。什麼叫數位化的交易呢?不僅僅是人與人的,我們說買個便當可以來掃碼、來支付,這是一方面的支付,更多的機器與機器的支付,比如說機器人a和機器人b,通過這樣的一個互相的協議,通過smart contract,他自動化和在很安全的情況下可以來下單、生產,通過這個人工智能,人與工業智慧化的創造,能仰賴這樣的人工智能技術來進行,我相信數位化產業鏈,需要數位化的貨幣交易,在2050年會成為很普遍的現象。

最終第三個方向:我很期待的「星鏈」

「網絡走向太空化」,也就是星空。不管是我們歐洲,還是美國,還是亞洲的這種星鏈,今後會成為普遍。接近2050年時,我相信不僅是簡簡單單5G,那時候更快的網速更方便,到哪都有網的這種方案的,而且是無線網絡的都會到來,這是一方面。

另一方面,我認為「人類走向太空化」。什麼叫人類的太空化?比如說在太空上製造,包括我方現在和歐洲宇航局,正在進行太空製造4.0的討論。今後的製造,尤其是今後在太空上資源短缺和惡劣環境下,比如說在月球上或者甚至是今後在火星上,如何來進行製造?如何來進行生產?如何來進行組裝?是人與人的,人與機器人,還是遠程操作的組裝?同時有時間Delay的問題,發出一個信號到火星上,這個信號時間的誤差,如何解決這些問題。在環保的情況下,要保護我們美麗的地球,也是促使人類走向太空化的原因。如何走向太空?面對今後走向星空的挑戰,我相信是2050年你我都有機會看到、體會到的。

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不加入就被淘汰!迎向智慧工廠新紀元


主持人娃娃:哇!老師您剛才說,我們以後可能會走到「太空製造」,讓我非常非常驚訝,但我覺得也不是空談,因爲我們在25年前也不會想到,現在生活變只要一個智能裝置、智慧手機,就可以完成許多事情。

我們再次感謝宇博老師,在今天德國時間清晨5點整與我們臺德連線,給我們這麼多豐富的內容。也希望對課程有興趣的朋友,現在就可以點擊以下的連接,來更更加了解我們這次的「運用數位分身Digital Twins建置智慧工廠」這個國際的課程。

College+知識加一家我們下集見嘍!謝謝!拜拜!

宇博老師:非常感謝!拜拜!


推薦課程:

運用數位分身Digital Twins建置智慧工廠


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