預見未來智造：活用工業4.0 暨IoT 驅動次世代製造與商業模式

出版緣起
推薦序一 一本精彩生產創新工程的書／吳元超
推薦序二 工業4.0及IoT打造新世代的生產與商業模式／孫 弘
推薦序三 效法日本製造業 因應數位轉型浪潮來襲／陳凱瀛
推薦序四 活用工業4.0及IoT擘劃智慧製造產業新生態系／張智斌
前言

第1章 工業4.0（德國版）的目標與概要
1-1 德國工業4.0的概要
1-2 工業4.0的目標
1-3 工業4.0的經濟與經營成效
1-4 工業4.0的全貌和關鍵字
1-5 工業4.0在適用性上的課題
1-6 不可或缺的宏觀設計

第2章 工業4.0的動向與案例
2-1 工業4.0的動向
2-2 工業4.0的4大關鍵字與日本案例實戰
2-3 工業4.0的課題

第3章 工業4.0和CIM的差異
3-1 何謂CIM
3-2 工業4.0與CIM的差異
3-3 跨越工業4.0的系統架構「障礙」

第4章 產品架構設計─跨越產品設計的障礙
4-1 何謂模組化設計
4-2 模組化設計的推行方式
4-3 實現模組化設計開發流程的課題

第5章 生產系統架構設計─跨越生產系統的建構障礙
5-1 生產系統的宏觀設計
5-2 生產系統設計的要素
5-3 跨越製程架構設計的障礙
5-4 突破工程障礙的建議
5-5 大數據的活用分析
5-6 工廠基礎的維持與運用遵守
5-7 工業4.0時代的資訊系統
5-8 智慧工廠的概念

第6章 對營收帶來貢獻的工業4.0 和IoT
6-1 活用工業4.0和IoT 增加營收
6-2 增加營收的5大途徑
6-3 5 種途徑的個別案例
6-4 創造價值延伸型解決方案的途徑
6-5 擴大營收的課題

第7章 跨越工業4.0 和IoT 障礙的人才培育
7-1 何謂跨越障礙的人才
7-2 教育系統與工業4.0人才

第8章 活用日本優勢的「日本版工業4.0」之理想樣貌
8-1 製造的基礎實力
8-2 強大的生產技術
8-3 堅強的組織力
8-4 建構宏觀設計放眼下一個階段

 

推薦序一

一本精彩生產創新工程的書
興普科技股份有限公司董事長 吳元超

　　長期投入「製造相關諮詢服務與深度研究」的日本能率協會顧問公司，授權中國生產力中心出版之大作《預見未來智造：活用工業4.0暨IoT驅動次世代製造與商業模式》，提及製造創新、智慧工廠打造法、商業模式創新等。日本能率協會顧問公司秉持「實業學勤，實踐分享」之理念令產業敬重。拜讀大作，以為作序，甚感榮幸。

　　本書詳實探討生產技術創新及提供諸多生產遇見的各樣狀況與需要。從案例、問題解決，更以系統式圖示及解說，討論工業4.0與IoT的對應方式，如何活用探討發揮到個別企業優勢上，並利用創新的加乘效果，提升生產效率和品質，促使企業創造更多的附加價值。

　　未來經濟情勢詭譎多變，科技一日千里，生產技術的突飛猛進，已顛覆人們想像！以一位企業經營者觀點來看，企業無論在哪個階段，都須戒慎恐懼，通曉商情趨勢及掌握經營之正確方向，以領導企業更上層樓。穩健財務暨營運固屬重要，但也需要即時正確地掌握新技術，包括「技術創新」、「模式創新」、「服務創新」，超前部署，提升企業總體競爭力。

　　經營層面上，書中清楚導論世界工業製造「大國發展目標及方策」與各國「大企業發展目標及方策」。臺灣如何在全球新競賽中找到自己的優勢與定位，「借助工業4.0」的機遇，推動「全新的製造創新」，智慧工廠打造暨商業模式創新，達成企業獲利模式，將是臺灣企業面臨的最大機會與挑戰。

　　技術層面上，於書中講述技術演化及精進。工業4.0時代的目標是智動型資訊處理，可自行判斷是否偏離事先設定的規則，或依個案自行判斷輸出最佳解答。這類思考方式稱為「CPS（虛實整合系統）」，電腦中（虛擬空間）用人腦做不到的高速演算得出最佳解答，並用以控制現實。

　　工廠的改革不會結束，活用工業4.0 或IoT之要素，建構能替營收帶來貢獻的商業模式。其核心技術係通過核心的智能感知、分析、挖掘、評估、預測、優化、協同等技術手段，將活動所產生的大量數據，在CPS的自成長體系下，網絡空間的價值和能力將不斷得到提升，以為核心的智能化體系工業大數據環境中的分析和決策，融合物聯網的運用，分析和挖掘龐大數據，持續實踐生產製程優化帶來的價值。最終，機器宛如擁有自由意識，能依各種狀況進行判斷並控制設備協作。

　　本書亦提醒讀者，大數據活用目前仍存在的一些障礙，AI（Artificial Intelligence）人工智慧在投資報酬率上必須做某種程度的考量。個別企業若要把AI套用在各種特性的製程管理或製造條件管理上，要開發演算法會耗費龐大工時與成本。單一企業（或中小企業）要開發更是困難。我司（SP）從事專業高階PCB、PCBA及EMS典型「大量客製化生產」。在龐大複雜流程與高效率、短交期等限制下，生產設備及傳統的生產系統效率已經觸頂。整體的生產管理系統無法對應目前產品多樣少量或混合生產×設備稼動，暴露生產的極限。我們4年前先導入數位化，2年前已經導入AI技術與人才的投資。現已開發「接單處理、動態排程及部分生產管理」智能製造；持續開發更新。期望有機會發展推出便宜的AI通用演算法軟體，貢獻臺灣中小企業。

　　這是又一次舉世大競賽，重新洗牌時刻。誰瞭解新趨勢，以及掌握新創技術，誰就可能是大贏家。坊間充斥許多生產製造的書籍，大部分都脫離現況實用性。本書利用工業4.0 和IoT模型導論，設計要素圖示化，讓專業人士循序深究應用，對非專業的企業主亦能夠一窺「次世代製造智慧生產奧秘」與「新商業模式建立」。對於精進企業經營者、高階領導人、專業人士，這是一本值得推薦的工具書。

推薦序二

工業4.0及IoT打造新世代的生產與商業模式
盟立自動化股份有限公司董事長兼總裁　孫　弘

　　這是一本很有實用價值的介紹工業4.0技術應用的指導書，一開始就CIM的回顧，對歷經40年前工業3.0 CIM自動化洗禮的產業界來說，更是對從前的種種演進與變化感同身受，發出共鳴。

　　工業4.0的呼聲鋪天蓋地而來，本書作者用Connect、Optimize、Autonomous、Diversity等4個英文關鍵字來代表，簡稱COAD，對於生產系統的應用強調「變動部分」要追求彈性，「固定部分」要追求高效率，也特別指出現在與未來的資訊 ≥ 硬體，也就是通訊技術（5G）與資訊處理技術（IoT、BD、M2M），將使智能製造變得可行。

　　欲實施工業4.0，必須先跨越產品設計的障礙，以及跨越生產系統的建構障礙，書中圖表5-4-2突破思考的建議，是一個問題解決流程的統整表達，值得參考。

　　圖表5-7-2 CPS的概念，將虛擬（Cyber）與現實（Physical）做了一個簡要的介紹，在實務上，CPS已經愈來愈重要了，就筆者的經驗，以目前系統整合的複雜度，以及實際作業時的變數，如果不是建構CPS系統來分析及控制，是不容易進行最佳化的作業。

　　圖表5-8-2工業4.0的適用範圍，更是讓讀者一目瞭然，可以針對自己所從事的產業型態來思考實施工業4.0的可行方案。

　　圖表6-2-1活用IoT/ICT擴大營收的5大途徑，用5個圖示與說明，讓讀者很容易的理解「大量客製化型」、「顧客操作監控型」、「智慧產品型」、「價值延伸型」、「智慧整合型」，然後再以個別案例：哈雷摩托車、Nobilia廚具、Beverage Analytics餐廳飲料服務、小松製作所的KOMTRAX、軟體銀行Pepper、特斯拉汽車Model S、GE的引擎、小松製作所的智慧建造、Uber媒合派車、Kabuku 3D列印服務，加以說明。

　　最後，作者提出工業4.0 / IoT人才分類與培育建議；以及活用日本優勢的「日本版工業4.0」之理想樣貌，是要在既有的基礎（硬體）上，增加大數據、連結資訊、推動智動化⋯⋯等，可說是作者語重心長的教導。

　　總之，這是一本值得仔細閱讀及參考的實用工業4.0 入門書籍。

推薦序三

效法日本製造業　因應數位轉型浪潮來襲
國立臺北科技大學工業工程與管理系教授　陳凱瀛

　　我在臺北科大工管系開設智慧製造相關課程，第一堂課大概都會跟學生分享我學習與研究過程之技術關鍵字：FMS、CIM、Cell Controller、MES、RFID、IoT、Industry 4.0、Big Data、 AI、AIoT、AOI、AR、DX（Digital transformation）等名詞。30年前，當我還是碩士生時，就開始研究彈性製造系統（FMS）與電腦整合製造（CIM）；20多年前博士畢業進入工研院機械所則從事單元控制器（CC）與製造執行系統（MES）的開發；10幾年前搭上RFID應用熱潮，參與了不少RFID開發案例，並且到國外數個RFID中心參觀；直到最近，開始關注工業4.0裡頭的相關技術，例如：AI、AR、DX等，也去了德國阿亨大學與新加坡南洋理工短期學習。所以我告訴學生科技進步幅度愈來愈快，以CIM為例，那時CIM的想法，就是單純用電腦來整合製造活動（主要是加工），事隔30年，現在CIM透過電腦高速運算與網通傳輸AIoT、AOI、5G等相關技術，物流與資訊流即時整合，早已進展到關燈工廠、工業4.0階段，未來不管是研發、生產、維修、客服等面向，藉由數位科技來優化與轉型是勢不可擋的浪潮。

　　中國生產力中心請我為日本能率協會顧問公司授權出版之《預見未來智造：活用工業4.0暨IoT 驅動次世代製造與商業模式》一書撰寫推薦序，我欣然接受，原因是日本也是工業強國，當德國與全世界都在震天喊著工業4.0之際，想了解日本製造業到底有何想法與做法。本書以日本製造業為對象，討論工業4.0與IoT的對應方式，以及該如何活用日本製造業優勢，並利用創新的加乘效果，讓日本的製造業再次發光發熱。本書按照章節順序分以下3部分做敘述：首先從CIM觀點出發，引進工業4.0 和IoT技術，邁向智慧製造與智慧工廠；接下來談產品設計與生產系統設計的模組化架構，以因應大量客製化的市場需求；企業存活終究需靠營收與獲利，本書最後則是探討如何活用工業4.0 和IoT技術來做企業優化，甚至企業轉型來增加營收。本書另一特點是採用一些日本知名企業當案例，來說明工業4.0 的4大關鍵字與增加營收5大途徑，讓讀者從字裡行間學習到的內容可以透過實例得到印證，增加易讀性。

　　製造業是臺灣經濟的根，當全球都在談智慧製造、工業4.0之際，臺灣自不能置身事外。我們發現愈來愈多製造業，不管是自行研發應用，或是透過政府各式輔導與補助資源挹注，都透過數位科技應用來做產業升級，阿里巴巴集團創辦人馬雲曾說製造業不會消失，只有落後的製造業才會消失，希望透過本書的引進，讓臺灣製造業從業人員與在學學生對於新一代的製造業生產與商業模式轉變有所認知，能提早因應此波數位轉型浪潮。

推薦序四

活用工業4.0及IoT擘劃智慧製造產業新生態系
施耐德電機股份有限公司臺灣區總經理 張智斌

　　全球工業在歷經蒸汽動力、電力及資訊等三次革命後，由智慧製造所推動的第四波革命—以智慧工廠為核心，加上物聯網所構成的工業 4.0浪潮，自2011年提出以來已席捲全球近十年。在此期間，全球主要工業大國—歐美在國際標準、趨勢與先進技術上扮演領頭羊角色，亞太地區國家則著眼結合自身產業優勢，扮演由「製造導向」轉型為「服務導向」的靈活應用角色。

　　2016年行政院通過的「智慧機械產業推動方案」為「5+2」產業創新政策之一，其目標是協助臺灣企業成為「亞洲高階製造中心」，以加速臺灣產業升級及結構轉型。這也是法商施耐德電機與一直以來扮演臺灣產業價值鏈轉型推手的中國生產力中心成為夥伴的機緣。施耐德電機的開放式EcoStruxure 平台與集團內全球十幾座智慧工廠的創設、改造與轉型經驗，正好可以提供設備製造商或有興趣的終端使用者做為數位轉型借鏡。

　　本書以4大關鍵字：「連結化（Connect）」、「最佳化（Optimize）」、「智動化（Autonomous）」、「多樣化（Diversify）」對工業4.0進行分析。「連結化」是啟動工業4.0的基礎，也是目前臺灣許多傳統工廠要跨過數位轉型的最大門檻；「最佳化」則是臺灣中小企業在有限資源下能否精實永續經營的關鍵；而「智動化」能協助產業在維持產品品質前提下，提高人力與生產效率；「多樣化」則能協助產業具有因應客製需求的彈性，同時也是由「生產導向」轉型為「服務導向」的核心要義。如何大幅降低數位轉型成本以活用工業4.0 暨IoT 驅動次世代製造與商業模式快速達成數位轉型目標？如何在人力、資源取得成本逐年成長的環境中，最佳化人力與資源運用，並達成商業目標與環境雙贏？如何更具國際競爭力？在在都考驗著臺灣企業主永續發展的智慧。書中提出：從宏觀設計思維審視產品架構、製程架構，往下擘劃推動生產系統創新藍圖後，再從生產管理、供應鏈、工程鏈、顧客資訊大數據往上執行，個人認為，實是臺灣企業可以取經、做為數位轉型過渡參酌的方向。

　　此外，當所有生產資訊從內網連上網際網路後，商業機密的保護與避免生產線裝置成為惡意軟體或網路攻擊對象等資訊安全，也是企業數位轉型後一大重要課題，書中也做了強調和提醒；審慎採用取得網路安全認證的軟硬體裝置，雖然短期成本較高，但卻可確保終端使用者長期擁有更安全的網路環境，以維持業務運作。

　　製造業是臺灣產業發展的基礎，近年臺灣政府積極推動智慧製造雖已有初步進展，但面對美中貿易戰及預期後疫時代全球製造業可能產生的劇烈變化，本書所提出的製造業宏觀設計思維、產品和生產系統架構設計的方法與步驟、活用工業4.0 和IoT創造價值延伸的新商業模式以及人才培育的建議，對臺灣製造業當前面臨紅色供應鏈興起、國際製造版圖變化、國際大廠先進技術搶市、國內人才缺乏及中小企業創新能量不足等挑戰，提供了實際的策略與應用範例參考。

　　本人很榮幸獲邀為中國生產力中心出版的這本新書寫推薦序，也期許施耐德電機先進的思維與創新的技術，能夠協助臺灣建構智慧製造產業生態系、接軌並推廣智慧製造領域相關國際標準，以及建立因應重大時勢之彈性調整能力與維持國際競爭力的轉型道路上，成為臺灣企業重要的助力！