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智慧機器資通訊技術發展概況與產業人才培訓展望
2018-05-31    文章來源:就業安全半年刊

全球智慧化製造技術發展皆以「智慧化」為主軸,意即以智慧自動化為基礎,運用物聯網、智慧機器人、巨量資料及精實管理等技術,推動智慧製造及智慧服務之聯網系統並結合ICT服務平臺與智慧型手機/平板之物聯網,銜接虛擬與實體生產之智慧型工廠。

 一、國際智慧機器資通訊技術發展趨勢

   全球產業目前面臨了市場快速變化、資源與環境課題、勞動人力不足、人均產值成長趨緩及製造版圖重新洗牌等關鍵課題,因而世界上的製造強國或大國如德國、美國、日本與中國等國家紛紛提出了與強化製造技術相關政策在網路資訊發達、產品生命週期縮短,少量多樣及客製化成為主流的資訊消費革命潮流下,探究各國製造業未來發展政策及觀察各工業大國在人才面、企業面、產業面、獎勵、組織架構、運作機制和實際成效等,可作為我國政府在生產力提升之人才相關政策上之啟示和建議。各國的製造業政策說明如下:

 1. 美國於2011年啟動「先進製造策略夥伴計畫(Advanced Manufacturing Partnership;簡稱AMP)」進行先進製造研發, 先進製造合作計畫AMP是由美國歐巴馬總統所主導,藉以確保美國在新興技術的主導地位,著眼於創造高品質的製造業就業機會及增強美國的全球競爭力。AMP明確訂出三個製造技術優先領域,分別是:製造業中的先進感測器、控制和平臺系統;虛擬化、資訊化和數位製造;先進材料製造。美國政府提出「智慧地球」的概念,將新一代科技運用於各行各業,包含物與物之間的連結、透過網際網路傳輸物聯網資料乃至於監控、蒐集、預測等功能。「物聯網」為其智慧型基礎設施的重點概念並將新能源和物聯網列為振興經濟的兩大武器。

 2. 日本於2013年提出「日本產業重振計畫」利用設備和研發之促進投資來重振製造業。日本過去重視大型企業,現今強調中小企業與中堅企業生存的重要性,積極協助其拓展海外市場,例如推動Cool Japan計畫。亦包括創設企業特區的思維及作法:在經濟特區的概念下,除將增設國家戰略經濟特區外,透過「國家戰略特區」吸引外國投資和人才,日本提出特定工業基礎技術升級方針,以特定工業基礎技術中11個應用技術領域做為發展重點,配合小規模企業振興基本法案,提供進入新興產業檢測等支援,協助中小企業獨有的技術得以延續發展,並帶動形成新興產業。現在規劃的技術領域包括資訊處理技術、精密加工技術、製造環境技術、接合裝配技術、立體塑型技術、表面處理技術、機械控制技術、複合新機能材料技術、材料製程技術、生物科技與量測技術。在2015/5/15召開的日本機器人革命行動委員會(Japan's Robot Revolution Initiative Council)會議上,安倍晉三敦促企業要「推廣機器人的使用,將其普及到從大型工廠到國家社會經濟的每一個角落」。這個行動委員會負責由政府發起的一項五年計劃,得到200家企業和大學支持,旨在深化機器人在製造業、供應鏈、建築業及醫療保健領域的使用。並在該會議上敲定了「機器人革命」的具體措施,包含日本官民計畫在截至2020年為止的5年內總計砸下1,000億日圓,目標為將日本機器人產值從目前的每年6,000億日元(約合49億美元)提高到2020年的2.4萬億日元。[資料來源:Machine Tool&Accessory Magazine 2015.09 NO.74]日本總務省的e-Japan政策建立日本完善的寬頻基礎; u-Japan政策在2010年將日本建設成一個「anytime, anywhere, anything, anyone」都可以上網的環境,2009年7 月日本政府IT 戰略本部,制定了新一代的IT 戰略—“i-Japan 戰略2015”,強調完全數位化社會的建立,並著眼於電子化政府、醫療保健、人才培育等領域。

 3. 德國於2012年推動「工業4.0計畫」以網實合一Cyber Physical System, CPS)製造系統為核心建構「智慧工廠」,Industry 4.0 :為了在新一輪國際競之中占領先機,在德國弗勞恩霍夫協會、SAP、博世、西門子等德國學術界和產業界的建議和推動下,“工業4.0”計畫在2013年4月的漢諾威工業博覽會上被正式推出。這一研究計畫是德國政府《高技術戰略2020》確定的十大未來專案之一,目的在支援工業領域新一代革命性技術的研發與創新。“工業4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變,目標是建立一個高度靈活的個性化和數位化的產品與服務的生產模式,主要在解決大量客製化(Mass Customization)需求,因為Mass Customization與常見生產模式,無論定量生產或訂貨生產均形成衝突。其最突出的革命性構想是:「由產品主導生產流程」,有別於傳統由生產線主導生產流程。德國學術界和產業界認為,“工業4.0”概念即是以智慧製造為主導的第四次工業革命,或革命性的生產方法。該戰略旨在通過充分利用資訊通訊技術和網路空間虛擬系統—虛實系統(Cyber-Physical System,CPS)相結合的手段,將製造業向智能化轉型。

 4. 韓國於2014年提出「製造業創新3.0策略」協助中小型製造業建立智慧化與最佳化生產程序。未來產業發展更強調重視跨產業融合:針對以IT產業為主的跨產業融合進行布局,以創意及整合為基礎,發展IT產業+主力產業+新產業之融合發展,以朝「融合革命時代」發展。

  5. 中國大陸於2015年宣布實施「中國製造2025」發展機器人自動化生產等製造高端設備實現製造業升級。製造業主要領域具有創新引領能力和明顯競爭優勢,建成全球領先的技術體系和產業體系。重點為(一)提高國家製造業創新能力。(二)推進信息化與工業化深度融合。(三)強化工業基礎能力。(四)加強質量品牌建設。(五)全面推行綠色製造。(六)大力推動重點領域突破發展。(七)深入推進製造業結構調整。(八)積極發展服務型製造和生產性服務業。(九)提高製造業國際化發展水平。各國在製造關鍵技術上皆強,製造與網路相關的資訊與通信科技(Information and Communication Technology,ICT)的結合,企圖整合製造與各個應用環節,達到智慧化生產的高附加價值模式。[資料來源:經濟部工業局102年度專案計畫執行成果報告,主要國家再工業化政策對我國產業影響之研析]。

 6. 我國製造業面臨市場型態改變與前後夾擊之外在挑戰,及資源有限與高齡化/少子化等內在問題,工業4.0的產業結構優化、智慧製造與聯網系統等是問題解決方案。行政院於2015年9月核定兩個四年期「行政院生產力4.0發展方案」,預計於2017年啟動,執行至2024年。[資料來源:行政院科技會報辦公室]先期計畫已於2015年10月啟動,執行至2016年底。規劃9年內將投入360億元,生產力4.0方案有六項主軸策略,鎖定智慧製造、智慧服務與智慧農業等三大應用,為發展物聯網應用技術,經濟部在2015年10月與微軟簽署合作備忘錄,聯合宏碁、聯發科、研華等國內30多家廠商,共同成立物聯網產業發展中心聚焦於製造、醫療、居家、智慧零售及公共服務等五大產業。除製造業外,並涵蓋農業與服務業。主要策略即是結合國內智慧機械及資通訊優勢,運用物聯網、智慧機器人及大數據等技術,再加上精實管理,使產業邁入4.0階段。臺灣產業4.0策略為結合德國工業4.0(智慧機械)及美國AMP計畫之優勢,運用物聯網、智慧機器人及大數據等技術,再加上精實管理以過去精密機械推動成果及我國資通訊科技能量為基礎,導入相關智慧技術加速製造業升級以打造智慧機械創新之都。這項計畫被蔡政府視為國家級戰略計畫,希望透過工業自動化、智慧化的推動,如同產業大樹之根,可作為未來航太、精密醫療及醫材等多行業領域之發展。

  

            圖1.工業4.0五大範疇 (資料來源:研華公司)

 

  .智慧機器資通訊技術產業人才培訓展望

   臺灣教育制度優勢為基礎學理扎實、頂尖人才往理工科系、與優秀的理工教育,而劣勢則為跨領域學習薄弱、缺乏實作動機/精神、與缺乏創新環境養成。我國智慧製造整個計畫架構可分為3部分,分別為應用、網路、及感知等三層面,並藉由物聯網(IoT)的智慧感測系統,及巨量分析(Big data)完成串接,以達到異質網路的整合。其架構為:在感知層面建立智慧感測系統,完成機臺、設施、及製造環境之即時監控回饋能力,並與雲端連結,提供機對機、機對雲的即時網路溝通功能。另外,在網路層面發展CPS-based的應用服務,提供人機協同感知的整合,智慧控制基層製造,以及網實數位設計的智慧優化能力,並在應用層建立巨量分析的資料庫,以輔助CPS-based的應用服務的建立,以建立完整的連結,以達成智慧製造、智慧工廠、虛實整合。就智慧製造系統架構而言則為三軸向合作製造模式分別為企業(Enterprise)軸向—從現場作業層到企業層;加值鍊(Value chain)軸向—從供應端到客戶端;產品週期(Lifecycle)軸向—從設計期到產品支援期。工業4.0除了強調智慧工廠與智慧製造之精神外,對於所導入之技術實務也是不可忽略的。

 

                      2.工業4.0產業人才

 

 

(資料來源: ESB Business School Reutlingen / Fraunhofer Austria Research / TU Vienna)

   工業4.0之技術建構在電腦整合製造系統(Computer Integrated Manufacturing Systems; CIM)之基礎上,導入網路與電腦化資料交換及演繹,達成高彈性、可擴充性以及可重組性之目的並建立在開放與嵌入式系統之架構上,且重視人機介面與互動,工業4.0智慧工廠並不一定意味著就是「無人工廠」!自動化設備與操作者協同且緊密的作業,結合雙方優勢,更是具有意義。工業4.0人才必須要有高度的專業能力CAD/CAM、CPS、製造管理、機連網、巨量資料等,必須要能熟悉、願意與不同領域專業對話。工業4.0帶來的產業生態改變與市場變遷使得製造應用/服務導向之軟體人才需求增加,人才培育不易,往往需要融會多重跨領域知識,並具備解決系統問題的能力。今日工程人才的養成必須藉由實作鍛鍊自己解決問題的技能與思維,才能適應面對快速變動產業環境。根據研究指出,基本上4.0時代有兩大類人才需求,一種是「核心基礎人才」,也就是跟4.0關鍵技術直接相關的人才,包括大數據(Big data)、物聯網(Internet of Things)、雲端(Cloud)、人工智慧(Artificial Intelligence)等。這類人才大致以機械、電機、電子及IT人員為骨幹,主要依賴學校教育或在職訓練長期養成;另一種則是「產業應用人才」,也就是從機具設備的操作者,轉型成為智慧設備的管理者而這類人才主要透過對現職員工的在職培訓進行。因此,不論學校、訓練機構、企業、政府等,都必須更加緊密合作,並針對4.0人才需具備的知識來進行培育,才能有效養成所需人才。