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德國工業4.0政府計畫推動趨勢與智慧製造亮點案例

文章出處 ITIS智網     出版單位 中華經濟研究院     出版日期:2017-04-28 14:19  

中華經濟研究院國際經濟研究所/全球化產業競合與創新治理計畫產出 林蒧均

德國工業4.0的發展源起與路徑

「工業4.0」自2011年漢諾威工業博覽會(Hannover Messe)提出,迄今已經屆滿六年。

當時德國為提早因應解決未來資源短缺、人口老化和勞動人口不足等議題,希望經由推動智慧工廠和智慧製造,最後實現製造模式的改革。本文將在於觀察近期德國政府所推動的政府輔導計畫與亮點個案,以借鏡洞悉德國政府發展智慧工廠的政策作法。

 

德國工業4.0發展路徑

德國出口產品結構以汽車及零組件、機械設備、化工產品等為主力。

故德國主要從「工廠設備」切入,針對工廠設備、機具及系統,提高智慧製造能力,並推動網宇實體系統(Cyber-Physical System, CPS)發展與導入,讓原本就具有製造優勢的德國工業,在製造效率與良率可以更上一層樓,大幅提升製造供應鏈的設備、產品製造、銷售與售後服務能力。表1為德國工業4.0發展過程中所關注的目標與相關重點。

表1 德國工業4.0發展路徑

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資料來源:引自李傑(2016),工業大數據-工業4.0時代的智慧轉型與價值創新。

德國政府計畫的概況

現階段德國工業4.0的政府計畫主要有三項目標:

第一、不急於建立新商業模式,重點在於找到落實工業4.0的新選擇;

第二、為產業和政府提供合宜建議;

第三、活化中小企業。循著上述目標,德國政府推出一系列工業4.0計畫(請參見表2),期待透過多元化的創新政策工具,逐步引導業者累積工業4.0的創新能量,提昇國家競爭力。

表2 近年德國工業4.0的重要計畫

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資料來源:中經院(2016年/12月)整理。

德國經濟能源部Autonomik fur Industrie 4.0計畫

Autonomik fur Industrie 4.0計畫,是德國工業4.0計畫一開始就力推的大型計畫,主要以德國標竿廠商作為領導者,如Bosch集團、奧迪汽車、愛迪達,和慕尼黑工業科技大學,建立指標性的示範工廠個案(請參見圖一),產業領域包含生產、物流、機器人等,具體研究項目有工廠架構設計、物流自動化、產品研發等。目前計畫中的亮點個案也成為德國海外宣傳的重點,值得觀察與學習。

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資料來源:Autonomik für Industrie 4.0 (2015年)。

圖1 Autonomik fur Industrie 4.0計畫的標竿廠商與科研單位

計畫項目

Autonomik fur Industrie 4.0的第二期計畫,執行期間從2010~2017年,共計四年,補助經費為3,910萬歐元,主責單位為德國聯邦經濟與能源部(BMWi),推動重點為協助供應鏈上各階段間的ICT介面能互相溝通與標準化,包括15項重點子計畫:1. InnoCyFer:基於仿生生產控制系統的客戶定製化生產;2. Smart Face:智慧工廠精益生產計畫;3. GEMINI:工業4.0的商業模式變革;4. InSA:共同工作環境下人機協作的防護和安全方案;5. MANUSERV:工業機器人作業時的計畫和決策支持;6. Smartsite:道路施工中自主互聯的工程機械和設備;7. ReApp:促成靈活的機器人自動化方案;8. Speedfactory:高速工廠;9. FTF out of the box:手勢和語音辨識的無人駕駛運輸車輛;10. CultLab3D:高速3D掃描系統;11. Appsist:人機交互的實現;12. CoCos:資訊通訊基礎平台;13. Opak:即插即生產;14. InventAiry:實現快速精確的庫存盤點管理技術;15. motionEAP:以人為本的自主人機互動技術。

亮點個案-高速工廠

以Speedfactory高速工廠為例,該計畫是愛迪達鞋廠(Adidas)落實工業4.0的重要示範計畫,計畫的推動亮點在於落實「製鞋過程全面自動化」,實現製鞋加工過程無人化。圖2可見,其生產設備所占使用面積小,便於工廠規劃時靈活布局,以及在必要時移至它處。此外,高速工廠示範計畫也節省原物料庫存與物流環節所佔用的時間,可以大幅加快速度製作成品。

該計畫並希望未來能將製鞋業的產能由亞洲遷回德國,重振德國本土運動鞋、服裝產業。

基於該計畫所建立成功範例,愛迪達已經和高科技設備領導製造商Manz集團,宣布共同開發Speedfactory的基礎設施;依據2015年底的合約,由Oechsler AG擔任Speedfactory的實際營運方,目前已經在德國打造第一座Speedfactory,以試驗產線進行高品質運動鞋的生產製程測試。

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資料來源:Adidas – Speedfactory“ als Revolution?

網址://www.youtube.com/watch?v=pi1ytHfICbI(搜尋日期:2017.04.20)。

圖2 愛迪達高速工廠的生產製造設備

亮點個案- 無人駕駛運輸車輛

以FTF out of the box計畫為例,該計畫重點是為物流場域,研發一款具智慧功能的無人駕駛運輸車輛。該車輛可根據供貨指令和人工控制的引導路線,自主在工廠內活動,並且可快速適應並熟悉周圍的環境。因此,只要透過語音,手勢等方式,管理人員即可下達任務指令。主要應用場域在汽車、航空、食品和運輸業中,進行實際地功能測試,測試功能包含運輸車輛自動定位,貨物自動升降等。

最終目標是使得一個管理人員可以同時控制多輛運輸車,降低自動化物流系統操作的複雜性,為客戶節省成本(請參見圖3)。

計畫合作夥伴包括Basler AG(工業相機製造廠商)、Götting KG(車輛自動化公司)、Jungheinrich AG(自動化倉儲設備廠商)、IPH漢諾威(語音/手勢識別的人機介面)、Universität zu Lübeck(呂北克大學)等。該計畫的技術整合挑戰在於,目前技術只能實現部分自動化的瓶頸,因為貨物的升降過程還需要操作員人工控制,且要有特殊技能。然而,全自動化系統的投入成本很高,加上技術困難,其中還需要搭配3D相機和智慧地圖軟體,讓車輛可以收集周圍環境的資訊。

如果測試驗證成功後,未來相關場域就可導入Jungheinrich AG(自動化倉儲設備廠商)的解決方案,協助倉儲工廠自動化無人化。

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資料來源:https://www.iti.uni-luebeck.de/forschung/mobile-robotik/ftf-out-of-the-box.html (搜尋日期:2016.10.28)。

圖3 無人駕駛運輸車輛場景

小結

德國工業4.0計畫初推動時,均希望在實際產業現場中,找出符合個別產業需求的「智慧工廠」解決方案。而Autonomik fur Industrie 4.0就是一個政府引導標竿廠商,建立示範工廠案例,藉此將解決方案推到商業化的推動模式。

在該計畫下的推動案,必須初步具備一定成熟度的智慧製造特徵,並且被賦予「系統演化」的能力與期待,政府推動單位希望參與計畫的廠商,也可以藉由計畫盡早為商業化預作準備。

例如,愛迪達的高速工廠計畫,在規劃試點計畫之前,就提早安排商業化的前期準備工作,測試驗證過程中就已經鏈結具有量產能力的生產設備製造商,一旦測試驗證成功,就可擴大應用規模,早日完成在2017年在德國本土正式量產的目標。

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