第一次工業(yè)革命背景下完成的鉅著《孤雛淚》中，寫實鋪陳了早期工業(yè)發(fā)展之下被忽略的環(huán)境與社會問題，污染、臟亂與粗重工作似乎已成為人們對於制造業(yè)工廠的既定印象。幸而在兩百多年來的逐步改進之下，科技的發(fā)展與社會法規(guī)的訂定已大幅改善工廠工人的作業(yè)環(huán)境與福利，有了較好的工作品質(zhì)。而今即將迎來的第四波工業(yè)革命，與從前的制造業(yè)已大不相同。制造業(yè)即將朝向更彈性、并結(jié)合了云端科技的智慧化生產(chǎn)，我們將身處於一個顛覆我們想像的“智慧制造”時代，而這波浪潮會如何重新形塑制造業(yè)的生產(chǎn)流程與人的工作型態(tài)呢?
智慧制造的關(guān)鍵要素
奠基於上一波工廠設(shè)備自動化的改造，智慧制造的重點在於將數(shù)位資訊的力量融入生產(chǎn)流程中。因此，在物理上硬體的升級與軟體的加成都不可或缺，并且需要一個將虛擬與實體做有效連結(jié)的虛實整合系統(tǒng)(Cyber-Physical System)。
虛實整合系統(tǒng)(CPS)為一個包含了許多分散式的子系統(tǒng)的整合系統(tǒng)，包括制程管理系統(tǒng)、辦公管理系統(tǒng)或服務(wù)流程系統(tǒng)等，原先這些系統(tǒng)之間彼此獨立、互不關(guān)聯(lián)，現(xiàn)在在CPS幫助之下，能夠?qū)⒁粋€企業(yè)的上下游端進行有效的串連，加速生產(chǎn)效率并提升效能。虛擬世界是數(shù)字、電腦與資訊的世界，而實體世界代表機器、設(shè)備與工廠，CPS就是利用虛擬的網(wǎng)路系統(tǒng)進行規(guī)劃與模擬，并在實體世界執(zhí)行落實的一個中樞控制中心。
物聯(lián)網(wǎng)是CPS的基礎(chǔ)。在智慧化的生產(chǎn)設(shè)備、機器人與人機協(xié)同系統(tǒng)上，搭載物聯(lián)網(wǎng)、并利用云端運算進行的資料擷取、傳輸與分析，能夠讓機器與機器之間、人與設(shè)備之間進行有效的溝通與整合。在這樣的生產(chǎn)系統(tǒng)之下，零件與零件之間可以進行數(shù)據(jù)共享、人可以下達指令給機器人進行個性化生產(chǎn);工人不再是標準化生產(chǎn)流程中從事重復(fù)性環(huán)節(jié)的小螺絲釘、或者從事粗重辛苦的搬運工作的體力性勞動者，而是能多工在不同設(shè)備上進行溝通、指令傳達與監(jiān)控機器的設(shè)備管理者。
1.最佳化企業(yè)的生產(chǎn)流程
智慧化的生產(chǎn)線從以前的“反應(yīng)式制造”轉(zhuǎn)為主動積極的“預(yù)測型制造”，機器設(shè)備在生產(chǎn)的過程中透過數(shù)據(jù)搜集，能夠預(yù)測故障以及需要修復(fù)的時間，及時進行維護，減低事故造成的成本。另外，資能源的使用也會隨著智慧化的操控，降低生產(chǎn)過程中的污染與能源消耗、進行有效回收，減輕環(huán)境污染之虞，并能以最小的人力、能源達成最高生產(chǎn)效率。整個智慧生產(chǎn)線透過網(wǎng)路進行有效連結(jié)之後，除了透過虛實整合，從過去“集中式”的生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒏鞯氐纳a(chǎn)單位，還能應(yīng)付多元的生產(chǎn)要求，無論小批量、個性化制造或大量、標準化生產(chǎn)都能達成。
2.制造業(yè)服務(wù)化
過去行銷通路商掌握消費者數(shù)據(jù)與產(chǎn)業(yè)動態(tài)，往往會比制造廠獲得更多利潤，然而在新一波的智慧制造浪潮中，結(jié)合了軟體優(yōu)勢的制造業(yè)將會重新取得話語權(quán)。由於智慧化的機器設(shè)備能夠進行彈性生產(chǎn)、并具備自我學(xué)習(xí)能力，能滿足現(xiàn)代產(chǎn)品生命周期越發(fā)快速、更加多樣的生產(chǎn)需求。并且零件、機具的智慧化使得制造廠商將這些設(shè)備販賣給客戶以後，還能進行遠端數(shù)據(jù)搜集與分析，并即時監(jiān)控、修復(fù)。在整個企業(yè)的價值鏈中，除了生產(chǎn)流程、工業(yè)設(shè)備與管理的企業(yè)內(nèi)部智慧化，產(chǎn)品與服務(wù)的智慧化能幫助企業(yè)對外整合，提供更完整的售後服務(wù)。
德國“工業(yè)4.0”
德國是率先提出工業(yè)4.0的國家，過去一直堅守本國制造業(yè)的實體經(jīng)濟發(fā)展，現(xiàn)在更要在堅實的基礎(chǔ)上，以CPS為主體，強調(diào)智慧工廠里即時彈性、靈活的生產(chǎn)流程，打破過去設(shè)計、制造、加工的企業(yè)價值鏈，轉(zhuǎn)而以大數(shù)據(jù)平臺做各項流程整合。
美國“先進夥伴制造計劃”(Advanced Manufacturing Partnership ;AMP)
和德國不同，美國的虛擬經(jīng)濟占了主要的經(jīng)濟產(chǎn)值，大部分的企業(yè)皆將其制造部門外移。自2008年金融風(fēng)暴過後，美國深切體認到“去工業(yè)化”的苦果，因此重新喊出“再工業(yè)化”，希望本國企業(yè)將制造部門回植當(dāng)?shù)?，透過強化技術(shù)發(fā)展以及和學(xué)術(shù)機構(gòu)的產(chǎn)學(xué)合作，進行創(chuàng)新研發(fā)、制造業(yè)優(yōu)化，并形成產(chǎn)業(yè)聚落。
日本“工業(yè)4.1J”&“產(chǎn)業(yè)價值鏈計劃”
日本在因應(yīng)勞動力短缺的狀況下，很早就開始發(fā)展機器人的研究，奠基優(yōu)異基礎(chǔ)，并成為全世界工業(yè)機器人使用密度最高的國家，因此政府的目標為打造人機共存的工廠，致力發(fā)展智慧機器人與云端系統(tǒng)。而除此之外，日本企業(yè)也針對數(shù)據(jù)搜集與分析的線上系統(tǒng)整合作形成聯(lián)盟，提出4.1J的口號，希望提升機器對機器(M2M)溝通系統(tǒng)的技術(shù)，兼顧穩(wěn)定性與安全性。
臺灣“生產(chǎn)力4.0”
臺灣政府選定制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、零售業(yè)等幾項領(lǐng)航產(chǎn)業(yè)，透過CPS系統(tǒng)的研發(fā)與引進，希望藉由先深化選定企業(yè)的垂直智慧價值鏈，在工業(yè)制程、企業(yè)管理上進行整合，并逐步向水平價值鏈拓展。方法則是針對感測器、關(guān)鍵零組件等核心技術(shù)加強研發(fā)能力，并冀此運用於各項產(chǎn)業(yè)上、提升生產(chǎn)效能。
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