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无人工厂兴起 有利产业长期发展
自动化生产将成趋势

【作者: 陳于風】2013年03月12日 星期二

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2010年是台湾有关「无人工厂」概念火热的一年。当年行政院为了因应产业变迁趋势,因此召开智能自动化产业科技策略会议,针对制造业的工具机(控制系统)、产业机械、3C(产业机器人系统)、3K,绿能产业之LED、PV,及服务业之医疗(医疗服务机器人系统)、观光(商旅服务机器人系统)等产业,责成由工研院机械所、精机中心、金属中心及中科院等单位协同合作,针对短、中、长期的产业效益目标投入智能自动化相关技术研发。


同一年,鸿海集团在饱受中国大陆经营成本不断大幅攀升,且受到员工跳楼的冲击之下,董事长郭台铭在该公司旺年会上表示,将调回部份常驻大陆的台干,未来由他们主导高科技投资案。随后,他解释把拥有丰富经验的台干调回台湾,是希望由他们负责无人工厂设计研发等计划,而鸿海将持续把重点放在自动化、全球布局以及从制造转向设计开发。


之后,于2011年7月29日,郭台铭在深圳出席富士康科技员工联欢晚会时也表示,未来3年内将新增100万台机器人取代人工劳动力,届时富士康的生产效率将大幅提高。无独有偶的,台积电董事长张忠谋也在2010年年初的时候,公布台积电2009年开始在南科斥资80亿美元打造了一座无人工厂,而他曾在这座无人工厂的中央走廊驻足好久,惊叹这座工厂将改变全世界。


一个是电子代工业霸主,一个是半导体产业盟主,不约而同的将集团未来的发展,寄托于无人工厂的运作,而政府部门也冀望透过加速扶植国内发展智能型自动化产业,来推动「传统产业全面升级」、「新兴产业加速推动」与「制造业服务化、服务业科技化与国际化」等政策,进而打造产业未来黄金十年。


无人工厂起源甚早

从政府到民间企业都非常重视的智能型自动化或是无人工厂究竟是什么?


所谓的无人工厂并不是真的整个工厂都无人,严格说来应该称为自动化工厂,或是全自动化工厂。它指的是将工厂部分或全部的生产活动透过计算机进行控制,并在该生产活动上配备有机器人或机器手臂等辅助工具来取代传统的人力,做为生产力的来源。


在这种工厂的制程中,从生产指令和原料的输入,经过各步生产流程之后,最后从工厂另一端输出产品,这之间所有工作都由计算机控制的机器人、数字控制机床、无人运输小车和自动化仓库来实现,员工并不直接参加工作。因此,该生产活动只需有少数工作人员做一些核查,修改一些指令即可。


最早的无人工厂应该是在1952年;由美国福特汽车公司于俄亥俄州的克里夫兰所建造用来生产发动机的工厂。在这个全自动化工厂里,它所需的生铁及其原料从一端输入后,透过42部自动机器进行500种不同的操作和加工,最终不仅完成产品,还能够检查出不合格的产品。


自动化工业居于领先地位的日本,则是从1977年起,在通产省工业技术院召集下,结合20家企业,并耗资137亿日圆后,于1984年4月9日筑波科学城成立世界上第一座实验用的无人工厂。


在试运转之后,发现到原本需要动用近百名熟练工人和透过计算机控制使用两周时间所制造的小型齿轮转动机、柴油机等,现在只需要用4名工人、花一天时间就可生产出来,工时不到原来的千分之三。在这座无人工厂里,从各步骤所需进行加工的部件,到在线组装,直至成品检查,都可在无人的情况下自动完成。


不只可节省成本

看到上述所描绘的无人工厂,相信很多受苦于基层劳动力缺乏,以及劳动工资大幅增加的厂商,应该都会大为心动。然而,若纯粹将无人工厂视为对应劳动成本上升的解决方案,亦为之偏颇。


图一 : 最早的无人工厂是由福特汽车公司,在1952年,于俄亥俄州的克里夫兰所建造用来生产发动机的工厂。 Source:redorbit
图一 : 最早的无人工厂是由福特汽车公司,在1952年,于俄亥俄州的克里夫兰所建造用来生产发动机的工厂。 Source:redorbit

对台湾为数众多的中小企业而言,要投资在无人工厂所需的金额,应可远远足够弥补劳动工资的上涨;因此在思考设立无人工厂时,策略及战略层面的意义远大于实际战术层面的应用。换言之,在评估是否值得投资无人工厂时,并非单纯计算及比较所能节省的工资成本,与无人工厂所需的自动化设备之投资金额。基本上,无人工厂的效益除了工资成本的节省之外,尚有诸多效益。无人工厂的效益包括:


1. 解决招募不到劳工的困境

随着劳工的工业安全意识日益高涨,现在可能薪资再高,这些工作也依然无法招募到足够的员工。因此使用自动化机械手臂,或许成本高过使用劳动力的成本,但重要的是这些作业能够得以进行,才有机会将整条生产线设立起来,使整体产能得以提升。


2. 自动化替代危险劳力工作

无人工厂可解决部分工作内容易造成环境污染,而对劳工或小区居民健康有长期影响者,例如喷漆、电镀、涂装、焊接等作业。从事这些工作岗位的劳工长期处于污染环境之下作业,一旦产生相关疾病后,劳工与企业间的诉讼纠纷所产升的花费,将远非金钱可以衡量。


3. 提升生产良率及稳定性

随着电子产品功能日益增加,但体积日益缩小,纯粹靠人工组装的工作,将导致良率无法提升,这之间所耗损的成本,事实上有可能数倍于使用自动化设备所需的投入成本。再者,针对一些需要熟练技巧的工作,使用自动化生产设备,可避免因技巧熟练之员工遭竞争对手挖角,而影响整体生产。


4. 落实在地制造策略

此外,对于客户要求就近交货,而客户所在地的工资成本相当高时,如果能在当地设厂就有机会接到订单,这时,无人工厂的设立将会是一项正确的策略。例如德国的Friwo公司,该公司主要生产电源转接器,属于电子业里面相当传统的产业,但该公司却是在1975年率先于欧洲采用全自动装配线来生产电源转接器中的变压器。


该公司在1990年时,也为了日益庞大的订单需求,而将工厂外移到中国大陆。然而在2000年初,由于其大客户Nokia的要求,希望Friwo能够就近交货,以便协助客户更精确掌控交期与降低库存。因此,当许多大厂到欧洲设厂皆落脚于捷克或匈牙利时,该公司却是回到德国设立了真正的无人工厂,整条生产线仅需两个员工看守即可,使该公司得以牢牢掌握Nokia的订单,这样的投资就不是仅仅节省劳动成本所能说明的。


然而,虽然无人工厂或是自动化工厂有着种种优点及外溢效益,但对于毛利不高的电子产业而言,每每考虑到一开始的投资金额就为之却步。事实上,现今的机械手臂价格已经是20年前的一半,只要设备与辅助设备的售价持续降低,工人薪资成长的趋势没有改变,亚洲地区使用自动化生产设备的趋势将无法避免。



图二 : 无人工厂并不是真的整个工厂都无人,严格说来应该称为自动化工厂,或是全自动化工厂。 Source:guancha
图二 : 无人工厂并不是真的整个工厂都无人,严格说来应该称为自动化工厂,或是全自动化工厂。 Source:guancha

剥夺vs.创造就业机会

虽然许多劳动团体对于无人工厂的设立抱持敌视态度,认为未来将进一步剥夺劳工的就业机会,进而使得失业率数据更行恶化。然而从另外一个角度想,目前年轻人学历普遍大幅提高之际,新一代的工作者已经不同过去老一辈,愿意待在工厂内从事如机器人一般的工作。


未来这些原本已经外移的企业,如果回台设立无人工厂,其实会增加对高阶人力的需求,相对的也可吸引年轻人回到制造业,这将有益于国家产业长期发展,毕竟制造业与服务业必须同步发展,偏一不可。另外,目前许多台湾劳工不愿意从事的工作,绝大多数都是引进外劳,事实上早已剥夺本地劳工的工作机会。


产业的调整必须持续不断进行,就如同当年台湾傲视全球的制鞋、纺织、雨伞及自行车行业,在90年代被宣布为夕阳行业之后,大量的劳工从这些曾经热门的行业退出,而后来电子、半导体及信息产业的兴起,则有效吸纳了这些失业人口。因此未来无人工厂的普及,事实上将带动整体自动化产业的蓬勃发展,在相关产业的就业情况必将会大幅改善。无人工厂的设立,是否会如劳动团体的忧虑一般,产生排挤效应,事实上仍有待观察。



图三 : 在无人工厂,所有工作都由计算机控制的机器人、数字控制机床、无人运输小车和自动化仓库来实现,员工并不直接参加工作。Source:lego
图三 : 在无人工厂,所有工作都由计算机控制的机器人、数字控制机床、无人运输小车和自动化仓库来实现,员工并不直接参加工作。Source:lego

台湾应培育无人工厂专业人力

在台湾自动化相关产业的发展历程中,工具机产业扮演着相当重要的角色,在2005年时,台湾就是全球第五大工具机生产国,年产值超过3000亿台币。而目前急于自我提升以摆脱受限于劳动力问题的台湾电子业,其实将会是台湾自动化产业中,数量庞大的潜在客户群,相信在鸿海的带头下,应该会有越来越多大厂回台设立无人工厂。而在需求增加的情况下,各种自动化生产设备的价格将有机会降低,进而使其更为普及,形成良性循环。


自动化产业的核心技术在于工业控制器,然而,目前台湾所需的高阶控制器产品大多由国外厂商所垄断;国内产品在精度等级及稳定性等各方面,较国外先进大厂仍有若干差距。


自动化控制系统是整合电机、电子、感测、信息、控制等各项专业领域的知识与技术所构建组成的系统设备,虽然台湾在上述个别领域并不缺乏优秀人才,但在跨学科教育则相对弱势,这也是为何核心技术多半掌握在国外厂商手中的原因。因此,如何发展自主的控制器技术,将会是健全机、电跨产业体系,填补产业技术缺口,并使相关产业根留台湾的重要因素之一。


可喜的是相关单位,像是工研院多年来透过许多科技项目之研发而累积的产业技术能量与人才扩散,发挥了带头的作用,使得台湾自动化设备的控制器与工具机业者得以在台湾形成一个重要的聚落。同时,亦协助业者提升产品附加价值,强化整体产业之竞争力。


而在学术界,台湾大学的智能机器人与自动化研究中心,则带头整合跨五个学院系所,协同20多位系所专任教授来从事智能机器人及自动化领域的研究。这一切的努力,将成为自动化产业强而有力的发展基础。


除此之外,就未来无人工厂的人力需求 (此领域的人力需求不再是低阶的劳力操作工,而是必须能够看守这些自动化设备,写指令修改或控制整体系统的高阶人才) 而言,目前台湾的大学教育实际操作训练课程太少,使得未来可能会产生无人工厂欠缺设备控制的专业人才,而这也是在人才培育上必须未雨绸缪之处。(陈于风)


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