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工业4.0全面升级 引爆全球制造商机
 

【作者: 王明德】2017年09月20日 星期三

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2010年美国次级房贷引发金融海啸,在一片景气低迷中,各国开始思考工业与金融的经济比例,20世纪末开始的「重金融、轻工业」思维逐渐被扭转,制造业重新成为各国的发展重点,不过制造业的这次重新抬头,不再只是延续过往的传统作法,而是被赋予全新概念,全球各工业大国纷纷提出全新的「智动化」概念,包括德国的工业4.0(Industry 4.0)、美国的先进制造计画(AMP)等,这些计画的内容或许不一,不过精神与目的相当一致,都是希??将现有自动化再次提升,达到智慧制造愿景。


智慧制造在产业中尚无公认的定义,目前通常将之视为智慧制造技术(IMT)和智慧制造系统(IMS)的总称。智慧制造概念始於20世纪80年代末,由美国提出。1988年,美国New York大学的P.K.Wright教授和Carnegie-Mellon大学的D.A.Bourne教授出版了《Manufacturing Intelligence(智慧制造)》一书,首次提出智慧制造的概念。


智慧制造概念提出後,快速受到各工业国家的重视,纷纷将之列为国家级计划并大力发展,其中包括美国的先进制造技术计划(AMP)、南韩“高级先进技术国家计划”(简称G-7计划)、德国“工业4.0”、欧盟的“ESPRIT”计划和“BRITEEURAM”计划、日本智慧制造系统(IMS)国际合作计划等,其中,最具指标性者当属日本的IMS国际合作计划,此一计画是目前已启动的相同类型计画中,最大的国际合作计划,包括日本、美国、加拿大、澳洲、瑞士、南韩和欧盟都叁与其中,总投资达40亿美元,此计划主要是为了克服弹性制造系统(FMS)与整合制造系统(CIMS)的局限性,并整合日本的专业制造技术与欧盟的精密工程技术、美国的系统技术,进而开发出跨越国界的智慧生产技术,此一计画也鼓励产官学界携手研究合作,开发次世代制造技术,同时制定出相关标准。


德、美、日三国垅断市场

根据研究机构Gardner的报告指出,智慧制造装备厂商目前主要集中在美、德及日三个国家,以智慧控制系统为例,目前全球前50大厂商中,有74%为此三国厂商,最多的是美国和德国,各有13家,其次是日本有11家厂商,其後相对较多的国家为英国和瑞士,排名前10位厂商中有半数是美国厂商,其竞争力可见一斑。



图一 : 德国总理梅克尔在2012年开始推动工业4.0政策,希??可解决未来德国因人囗老化造成劳动力减少,所带来的竞争力降低问题。(Source: Infineon)
图一 : 德国总理梅克尔在2012年开始推动工业4.0政策,希??可解决未来德国因人囗老化造成劳动力减少,所带来的竞争力降低问题。(Source: Infineon)

从厂商战略发展来看,由於智慧制造装备市场已然成熟且具有一定垅断性,差异化、系统化、垂直并购都是是此一领域厂商扩充技术优势及市场规模的常见模式,在技术战略方面,厂商多会针对特殊市场提出专用产品,以迎合客户的特殊需求。


从目前的销量数据看,亚太地区已成为智慧制造装备制造商争夺市场的主战场,主因是亚太等新兴市场地区工业化速度加快,资本投入和大型基础建设持续增加,对智慧制造装备需求也与日俱增。


目前包括日本、中国、韩国、东南亚等国,近年来在数控机床、工业机器人、智慧控制系统等领域的销量显着上升,根据Whlers Associates的报告指出,2013年,亚太地区工业机器人的销量是欧洲的2倍、美洲的3.4倍。在数控机床领域,2013年亚洲地区机床总产值为573.5亿美元,远超过西欧地区(欧洲机床工业合作委员会(CECIMO)下属的15个成员国)的285.9亿美元和美洲地区的58.3亿美元,居世界第一位;201年亚太地区将继续保持领先优势,另一研究机构Marketline公司的报告也显示,亚太地区是智慧控制系统成长最快的市场,预测2013年到2016年,其年复合增长率为6.4%,比欧、美市场高出2%。


工业4.0与先进制造掀起产业革命

就上述分析来看,未来几年亚太地区依然是机器人、数控机床和智慧控制系统等行业的主要出囗市场,至於欧美市场,在德国与美国分别提出工业4.0与先进制程计画的政策下,其成长也相当可期。


工业4.0是自动化大厂BOSCH与德国科学院在2011年的汉诺瓦工业博览会所提出,其主要内涵是提升现有的自动化技术,使其可以因应现在客户的多样化产品需求,同时能兼具产线效率,这就是所谓的「随选生产」(Production on Demand),在随选生产概念下,产线可以即时制定生产计画,此一概念看似简单,但牵涉的技术相当广,从管理平台到制程设备的软硬体,都需有大幅度改变。


工业4.0延伸出智慧工厂概念,所谓的智慧工厂与现有的生产方式有别,是以全新生产流程运作,除垂直与工厂及厂商管理流程形成网络外,也以水平透过网路与外部供应链结合,从订单到交货,整个价值创造网路都可即时掌控,此外,「智慧工厂」也同时整合产销存系统,避免不必要浪费且降低存货及缩短客制化产品交货时间效益等。


工业4.0现已被德国政府纳入「高科技战略」(High-Tech Strategy)中,倾全国之力推,预计在2030年前有所成,目前投入工业4.0计画的整体执行经费并不多,截至2013年底,德国政府补助金额只有2亿欧元,不过民间厂商的态度相当配合,包括BOSCH、Siemens等德国大厂,都已配合该国政府积极投入,德国现正打造一个完全数位化的「制造生产系统」,并全面整合网路技术、软体技术、物联网(IoT)技术、云端运算技术与 Big Data技术,希??将此作为工业4.0的先行示范。


德国是目前全球国家中,制造业占GDP比重最高国家,1991年时,其比重为27%,2000年为23.1%,虽然这20年来一路下滑,但始终维持在20%以上,另外德国的制造业所占的该国出囗比,也一直在80%以上,由这些数据可以看出德国对制造业的重视,也方能理解他们对工业4.0的期??。


与德国的工业4.0相同,美国的先进制造计画(AMP)也是结合产官学的力量,加强产业的R&D 投资力量,并促进设备的共享与发展基础设施,提升美国本土制造业的实力。


美国的国家科技委员会已於2012年2月公布先进制造国家策略计画,以加速中小厂商投资、强化劳动力技能、建立公私夥伴合作关系、协调联邦投资达最隹化,以及提高美国先进制造R&D 投资等5 大目标及其行动方案为战略思维,2013年3月,前美国总统欧巴马宣布设立国家制造创新网络(National Network of Manufacturing Innovation, NNMI),预计将在10年内於全美成立15 个制造创新研究院,作为区域创新与人才培育中心,以缩短基础研究与业界技术开发间之差距,第一个成立的制造创新研究院为设立在俄亥俄州与进行3D列印技术开发之「国家积层制造创新研究院」(National Additive Manufacturing Innovation Institute, NAMII),「国家积层制造创新研究院」运作架构包括联邦政府的不同部会、三个州政府、九个研究型大学与五个社区大学,另外还有超过 40个厂商叁与,「国家积层制造创新研究院」是希??建置先进的3D列印技术,提升美国机械制造业的国际竞争力与附加价值。



图二 : 前美国总统欧巴马设立NNMI,第一个成立的制造创新研究院为设立在俄亥俄州与进行3D列印技术开发之「国家积层制造创新研究院」。(Source: The WHITE HOUSE President Barack Obama)
图二 : 前美国总统欧巴马设立NNMI,第一个成立的制造创新研究院为设立在俄亥俄州与进行3D列印技术开发之「国家积层制造创新研究院」。(Source: The WHITE HOUSE President Barack Obama)

美国先进制造计画的主要考量,是希??透过先进制程的提升,把长期在国外设厂美国厂商拉回美国,重新建构制造业的基础,这个动作在欧巴马连任後从未停过,过去几年成果斐然,包括Caterpillar、Ford、Apple、Tesla等,都已将厂房迁回美国,创造了50万个就业机会。


美国的「再工业化」,让高技术含量的制造业重新抬头,而除了德、美两国外,日本也致力保持智慧制造装备领域的优势,至於近年挤身全球工业强国之林的韩国,也在世界级大厂三星、LG的引领下,大量导入智慧制程。


中国市场後势可期

至於中国大陆,则是在2015年3月,由中国大陆国务院常务会议通过「中国制造2025」推动方案,并将於近期公布方案全文,「中国制造2025」成为横跨两个5年计画(包括2016年至2020年之十三五规划与2021年之2025年之十四五规划)之制造业由大转强之10年中长期规划案。



图三 : 「中国制造2025」成为横跨两个5年计画之制造业由大转强之10年中长期规划案。(Source: CGTN)
图三 : 「中国制造2025」成为横跨两个5年计画之制造业由大转强之10年中长期规划案。(Source: CGTN)

此一计画是中国实施制造强国战略的第一个十年行动纲领,其核心包括9大任务、10大重点领域、5项重大工程与1本绿皮书,2014年10月,中国国务院总理李克强曾指出,其战略规划不完全等同於德国工业4.0,而是瞄准新一轮科技革命,从始至终贯穿着应对新科技革命,後期中国??总理马凯访问德国,也与德国政府达成了6点共识,包括建立合作机制、联合开展各项研究、合作制定新世代制造业标准、加强工业设计领域的合作、强化智慧制造示范合作、人才交流方面的培训和合作。


2016年中国智慧制造装备产业销售收入已达一兆元人民币,年平均成长率超过25%,2020年中国将建立完善的智慧制造装备产业体系,产业销售收入超过3兆元人民币,因此未来5~10年将是中国智慧制造产业发展的加速期,有意投入的台湾厂商,可密切观察其市场动向与政策走向。


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