預見製造業的未來轉變

近年網路技術的發展,讓人人都能夠發揮創意,進而刺激創業的精神。當今的自造者運動(Maker Movement)蓬勃的發展,創業的募資平台、加速器、孵化基地在全球各地也正快速地增加。雖然也許目前我們還看不到巨大的轉變,但是這些轉變正在進行中,而且會持續地加溫。

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這裡想要分享一下對未來製造業轉變的一些想法,基於過去十幾年在製造業、電子產業的經驗,談一談製造業的未來走向。個人過去三年(2012 – 2015)在中國大陸工作一段時間,發現沿海地區的工資上揚快速,而且缺工的情況嚴重。問題點倒不是說人不見了,而是整個人口結構及人們對工作的態度不一樣了。想想看,三年的時間對一個剛出社會的新鮮人,可能一開始是有工作就好,但是幾年後薪資、工作條件沒有變好,加上工作的選擇性多了,自然就沒有工作的意願。三年過後的下一代,也就是學校剛畢業的年輕人,他們對於工作內容呆板,日夜做不停地製造業,根本是望而卻步。想想大陸1990年改革開放以來,二十幾年過去了,改變的不只是人的財富增加、素質提高而已,人的工作意願及想法都不同了。

當然這些改變有一大部分是網路普及所造成,知識、訊息的傳遞速度已非過去沒有電腦、手機的年代可以比擬。特別是智慧型手機的出現,以及即時通訊工具的普及。但是不管社會、經濟、政治方面的影響如何,我想製造業透過人口紅利獲得利潤的時代已經過去。或許有些人不以為然,就像是很多在中國的製造業整在朝勞力成本更低廉的東南亞、印度等地區去設立新的製造基地。因為他們相信大量製造、壓低製造成本,仍然是能在市場上生存的不二法門。

消費者的需求及製造的模式正在改變,網路技術、自動化都將使製造業的生態改變,加上國際局勢的轉變(如美國新總統當選人川普,強力主張製造業回歸美國),都將影響整個製造業的走向,包括原料、供應鏈、製造地點、物流等等。做得多、便宜就可以搶佔市場嗎? iPhone 是高價的手機,它一點都不便宜,但是為什麼能夠在這幾年不斷地成長? 電腦大廠像是聯想(Lenovo)、戴爾(DELL)、惠普(HP),只能守在傳統的電腦產業,對於新的科技產品像是虛擬實境VR(virtual reality、擴增實境AR (augmented reality) 似乎都沾不上邊。連最接近核心技術的平板電腦和手機,都做不出很好的成績。問題其實就在於創新。

基於上述的觀點,我覺得製造業的未來轉變,將會因為以下的幾項因素而改變:

  1. 自造者運動
    • 自造者運動將翻轉過去商品需求由大企業主導的狀況,透過3D列印、網路資訊傳播快速,以及一些開源的開發工具(如Arduino開發板),藉由網路社群的力量,發產出許多具備創意且能夠貼近消費者需求的商品。加上很多的技術都是公開分享,因此技術及知識的發展將會更快速。
  2. 新創公司
    • 非正式的統計大約有10%的自造者(Maker)會有將自己的創意及構想原型變成商品的想法,而一些新創的育成中心、孵化器提供一些技術方面的資源,同時在資金方面也有募資平台、天使基金、企業的資助、私募基金能夠提供創業的協助,未來的新創公司會越來越多。
  3. 新創製造服務
    • 新創製造服務會是一種新出現的行業,因為新創公司不斷地增加,就一定有軟硬體的製造需求。從構想開始及理論驗證的原型,可以由創客自行來完成,但是一旦要進入到商業銷售模式就必須要有大量製造的技術。而專業設計、原型製作、製造生產需要很多的資源,一般大企業才有的設計、製造、供應鏈、物流等巨大資源,需要昂貴的費用。新創製造將以分散式、共享經濟的概念,結合網路技術,提供等同於大企業的製造資源,讓少量多樣的製造模式配合新創企業的技術發展。
  4. 工業4.0的影響
    • 工業4.0 需要長時間的發展,但是卻是必須要走的一條路。基本上,大概多數人都能夠認同工業4.0 的整個構想,只是整體的投資會是相當地龐大,而且要怎麼開始做? 是目前很多人的疑問。不過無庸置疑的是即時性(real-time)資訊、機器對機器(machine to machine),帶來的整體運作效率提升、人力介入製造流程需求降低,以及大數據分析帶來的效益,將會使得產業界在未來五年內加速相關的技術開發及投資。
  5. 中小企業的堀起
    • 中小企業因為客製化商品的需求增加,在製造方面具有較大彈性的中小企業,將會有比較大的成長空間。可以想見的是新創企業增加後,在製造方面必須要和中小型的製造業結合,才能達到製造的效率及成本的降低。大企業的製造模式,通常是比較符合大量的製造,若是少量製造反而會造成成本的增加。另外,未來的商品週期會越來越短,過去一年做一種產品的作法,可能要變成每一季就要有新產品的推出。自有品牌的中小企業會越來越多,強調高品質、客製化,提供快速完整的服務,並開創出一個新供應鏈模式,符合一些小的市場需求。一個也賣的模式將會是和大量製造最大不同的特點。
  6. 分散式製造:全球化的在地製造
    • 集中製造業在某些國家的方式,將會慢慢改變成分散式的製造。全球目前都有失業人口的問題,中國的全球工廠的想法也隨著人口紅利的消失必須要轉變。很多國家以服務業來填補就業市場的不足,但是一般來說製造業的產值還是比較高,能夠提供的就業機會較多。因此建立貿易壁壘,提高關稅的想法又再出現,國際間的貿易摩擦逐漸升高可見一斑。另外,從降低碳排放量的環保觀點來看,在地化生產(不論是農業、製造業)的模式,應該是比較合理的方式。
  7. 大量生產的轉變
    • 大量生產因為人力成本的提高,以及高齡化社會的來臨,生產勞動力短缺在未來是可以預見的。因此自動化是會來的趨勢,但是光是用機器取代人力是不行的,要從整體的製造運作效率做提升,也就是工業4.0提到的訊息的串聯、機器和機器間的自動訊息推播,降低人力的需求。
  8. 生產鏈的重新布局:大量生產與分散製造
    • 大量生產的技術其實是有侷限的,特別是終端產品的組裝方面。因為目前的自動化技術,僅止於機器取代人工,離智慧製造還有相當遠的距離。而客製化的彈性需求,在一般自動化機械是無法實現的,即使是做得到付出的成本也不符合經濟的效益。因此,在一些固定的零件製造將會是以自動化機械來進行,因為成本比較低。而在最後的終端產品組裝,就是人工的組裝,但是由分布於全球的小型工場(workshop)來進行組裝的方式。
    • 舉個例子來說,iphone 的零件製造是由自動化機械生產,IC 、面板、鏡頭等零件可能來自美國、日本、韓國、台灣等國家,其他的零件像是電路板、機殼、按鍵、螺絲等,則是在中國的供應鏈進行製造。而最後的組裝作業及零件供應品質管理其實是最需要人力的,一條生產線數百名的勞工,組裝的每一台iphone其實都是用手工作業的,這樣的大量生產模式其實是手工業。
    • 分散式製造 : DIY及家庭代工的概念將崛起。未來的終端產品組裝,將會是由消費者自己進行,像是全球知名的瑞典家具 IKEA就是以DIY的方式銷售期產品。製造商將會只做一個產品,將組裝的過程影片及標準作業程序(SOP, standard operation procedure)公布,然後由消費者自行組裝購買的產品。當然,若是有個人無法組裝或是比較大量的需求,就會由類似家庭代工的專業組裝服務提供付費的組裝服務。製造的地點將是會離消費者最接近的點,而不一定是在中國、東南亞、印度、巴西等國家。
  9. 自造者空間引領未來
    • 自造者空間將會蓬勃地發展,同時成員將由單純興趣組成的業餘人士,逐漸增加一些專業的人士。業餘的創意發想加上專業技術人士的能力,能夠創造出一般企業無法創作出來的產品。同時設備方面也會越來越專業,透過和產業的結合開始朝部分商業營運的方式經營。另外,自造者空間將會和附近的中小型企業,發展出一個新的製造體系。自造者空間將構想發展出原型,周邊的中小型企業負責零件的加工和製造。當然,專業的小型代工服務也會因應而生,而不同的是這些代工服務是遍布全球,而不是集中在低廉勞工的地區。
  10. 製造業結合電子商務
    • 從現在(2016)到2025 年約莫有10年的時間,自造者運動、新創製造、工業4.0將會是最重要的影響製造業的因素。因為少量多樣的製造,人力非常少的情況下(特別是小型、微型企業),他們必須要有一些雲端平台提供的工具,包括一些文件管理、設計工具軟體、商務交易平台,來協助處理資訊流、金流、物流的事情。特別是物聯網技術的融入,將所有的流程數位化、自動化,人專注在技術及決策即可。

全球製造的改變誠如全球知名電商阿里巴巴董事局主席馬雲在2016.10.16 的雲棲會所提到的,拋棄純電子商務概念, 提出「五新」形塑未來世界。其中的新製造提到,傳統的製造業講求規模化與標準化,以便於大量生產。馬雲認為,由於前端零售模式的改變,後端製造的模式也將會改變。未來30年,製造業將會講求客製化與智慧化,生產用的機器也將導入人工智慧,大幅度增加製造良率。

最後要說明的是,未來的製造業不單只是製造業,能提供的服務才是重點。硬體、軟體誰比較重要對消費者來說並不重要,大家注重的是提供的服務是否能滿足需求。未來許多的商業模式將因為物聯網技術而轉變,舉個影印機的例子來說可能比較容易理解。像是影印機的製造商將影印機賣給消費者,再提供售後服務的作法,現在的看法是很合理的。 但是未來想法並不一樣,因為消費者要的是影印服務,並不是要影印機,不管是線上的列印或是影印機送到消費者端,讓消費者得到真的服務需求 – 影印,而不是買影印機。

瀚達 Matrix-513 (box computer)介紹

(資料來源: 瀚達電子 http://www.artila.com/tw/p_matrix.html )

Matrix-513 看起來相當輕巧,初看是一個閘道器(Gateway),實際上它是一台工業電腦(box computer)。根據瀚達電子的官網資訊,它是Linux ARM9 平台的工業嵌入式電腦,採用ATMEL 9G20處理器,內建1個LAN埠、4個RS-232 / 422 / 485串列埠,以及2個USB Host連接埠。

應用起來相當方便,只要將設備的通訊端口 RS-485接上,資料傳送到雲端即可用桌機、平板、手機來進行監看。當然如Artila的雲監控例(如下圖),還可以設置私有雲進行數據備份、數據下載、雲端監控、事件警報、權限管理等工作。

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瀚達電子Matrix-513 應用例

◾Linux 2.6.29作業系統

◾處理器:ATMEL AT91SAM9G20,400MHz

◾Flash:256MB, NAND type

◾SDRAM:64MB

◾DataFlash:2MB

◾microSD卡插槽:最高支援32GB記憶卡

◾容錯開機檔案系統

◾乙太網路埠:10/100Mbps x 1

◾串列埠:RS-232 / 422 / 485 x 1,RS-232 / 485 x 3

◾USB Host連接埠:相容於USB 2.0 x 2

◾輸入電壓:9~48VDC,250mA@12V

◾適用於Linux及Windows的GNU C/C++交叉編譯工具鏈

M2M(Machine to Machine)的應用方案

M2M應用案例分享,M2M技術,GSM與GPRS技術,2G/3G全方位解決方案,鋼鐵廠運輸管理系統,GT-530簡訊系統在CNC機械上的應用,ZigBee的應用案例,溫控系統,路燈監控系統,販賣機與遊戲機監測,無線電廠解決方案,資料與方位監測系統

來源: 泓格科技M2M(Machine to Machine)的應用案例-分享遠端遙控與監測或遠程維護最有效的解決方案

遠端資料擷取元件- Advantech ADAM-6000

一般在遠端要知道設備的狀態監控,簡單的像是機器是開著或關著(on or off),就必須要有一個的遠端資料擷取元件,將設備的狀態透過網路傳送到控制台。

研華 的 ADAM-6000 模組具有點對點 (P2P) 與圖形化邏輯控制 (GCL) 的支援,可以當成獨立的產品,執行測量、控制與自動化。容易使用的直覺式圖形工具程式,可在極短時間完成系統設定。ADAM-6000 系列模組包含: 通訊控制器、類比輸入/輸出模組及數位輸入/輸出模組。

因應不同的通訊需求,研華的ADAM-6000系列有幾種不同的型號。ADAM-6000是基本的乙太網 I/O模組,次型號有ADAM-6015, 6017, 6018, 6022…..。ADAM-6100EI 適用於 EtherNet/IP 通訊協定, ADAM 6100-EN則適用於工業規格的PROFINET 通訊協定。 進一步的詳情,請連研華官網產品/工業自動化/遠端資料擷取/Ethernet I/O Modules: ADAM-6000

至於在 IoT 的應用方面,需要使用到 WISE-4000 系列的元件,它有支援新的RESTful web API 在物聯網的應用方面。透過 HTML5 的web設計介面可以使用者可以修改 WISE 模組的設置,沒有使用平台或操作系統的限制。內建(built-in)的資料記錄功能 (data logger function)將資料含時間記錄,然後再一整批被讀取。目前的產品大概是 包含4-ch 的輸入及4-ch 輸出,因應不同的需求可參考下表選擇使用。

WISE
研華 WISE 系列產品列表

已經

SCADA/HMI軟體介紹 -InduSoft Web Studio, IWS

InduSoft Web Studio 是一套自動化整合開發工具,簡稱IWS。它是一套由InduSoft, Austin, Texas, USA所開發的 SCADA/HMI圖控軟體,從 1997問世至今,全球已銷售超過300,000套,在美國境內是前五大圖控軟體供應商。在2013年 InduSoft加入Invensys 集團 (Invensys目前為Schneider Electric SA子公司),整併之後的兩家公司能夠提供市場更完整的工業自動化方案。從工業自動化軟體,以至於企業資源規劃系統(ERP ,註1)及製造執行管理系統(MES, 註2),提供一個較完整的工業自動化所需要的軟體整合。

我們從工業4.0的主要三元素IoT、Cloud、BigData來看,過去在單獨只有 IWS的情況下,其實就只是一個具備SCADA/HMI的軟體,當然資料還是能夠和資料伺服器進行交換,也能夠進行多方訊息發布和需求讀取,但是這樣的Client-Server的資料架構,並沒有和外部的資訊進行溝通交流,或者說是沒有大量的資訊交流比較適切一點。不過,可以看出網路實體的鏈結趨勢 (cyber-physical system),需要像是SCADA的基礎實體資料收集系統,而 InduSoft 看來是相當適合的工具,不過因為Schneider 已經有 Wonderware® InTouch® 的人機介面軟體,未來軟體技術的發展如何就不是很清楚了。

台灣目前是由泓格科技有銷售 IWS 8.0,並有許多的應用介紹及解決方案,可以到以下網站了解更多資訊 http://www.icpdas.com/products/Software/InduSoft/indusoft_tc.htm

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泓格科技 – InduSoft 介紹

註1: ERP 是 Enterprise Resource Planning 的英文簡稱,詳細資料參考 鼎新電腦ERP 說明)

註2: MES 是 Manufacturing Execution System的英文簡稱,詳細資料參考:鼎新電腦MES)

地震P波感測儀

2016年2月6日小年夜凌晨的高雄美濃6.4強震,造成台南永康維冠大樓的倒塌,讓大家至今仍是餘悸猶存,因此也讓防災意識抬頭。至於如何知道地震何時來? 大概連國家地震工程研究中心都說不出來,只能說"預測",沒辦法告訴你幾月幾日幾點幾分要來。從地震偵測的技術來說,倒是可以從偵測地震P波(初達波),推斷後續S波(破壞波)的破壞力等級。雖然P波和S波之間的間隔不一定,不過透過P波的偵測發出警報訊息,以做為減災之用也是頗有幫助。

台灣三聯科技目前有開發出 Palart地震P波感測儀,可以提供四種機制來判斷地震,分別是Pd、PGA、Displacement與STA/LTA。 Pd為台灣大學吳逸民教授所創,PGA是地表加速峰值(Peak Ground Acceleration),Displacement 則是水平及垂直方向位移,而STA/ LTA分別表示短週期加速度平均值和長週期加速度平均值。透過Palart所架構的地震預警防護系統(如下圖),將能夠讓使用人及時做地震防護的動作,降低損害到最低。

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地震預警防護系統架構圖(資料來源: 三聯科技DM)
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三聯科技 Palart規格
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三聯科技Palart關鍵特色