工業4.0與機器人的設計概念

機器人與工業4.0是產業很熱門的話題，身為產業的一份子，我必須關心這方面的發展，因此台灣機器人與智慧自動化展才開展，我就前往參觀，以便了解台灣在這一方面的發展狀況。

參展的單位有政府支持的研究型財團法人、大學以及提供自動化設備服務的廠商。老實說對展出的內容有點失望。廠商以營利為目的，諸如工業4.0的智慧型設備，才在台灣開始萌芽，企業與提供設備的廠商都還在摸索，自然沒有展出。但政府支持的研究型法人還在展示20年前的自動化概念，那麼經濟部所提倡的生產力4.0，企業恐怕就必須慢慢地等待了。

還好主辦單位邀請國外西門子、IBM、FANUC等國際級廠商來台舉辦工業4.0的說明會。原來工廠自動化、智慧化的結果，產生很多的數據，傳統的MES（Manufacturing Execution System ）或CIM(Computer Integrated Manufacturing)，已無法處理，必須借助大數據(Big Data)的資料分析技術。另外，智慧自動化不能閉門造車，它必須與供應商、顧客等整合，所以除了使用大數據外，還必須結合物連網(IoT)，這就是德國所提出的Industry 4.0的觀念。

但大數據、物連網僅是一個整體的概念，個別的廠商推動工業4.0，應有自己的需求與目標，譬如日本的FANUC公司就提出「零當機(down time)」的推動目標。因為智慧型機器人相當的珍貴，必須充分運用，而且當機可能影響物流系統的運作，造成顧客的抱怨。

現場也有展示機器人(Robot)，但幾乎都是FA(Factory Automation)的運用概念，倒是台灣的上銀科技所展示的『下肢復健機器人』，以復健自動化模式代替物理治療師的雙手，帶動患者的雙腳做踏步訓練，這樣的機器人設計概念令人眼睛為之一亮。個人相信這種醫療用機器人商業化後，一定比FA用的機器人來得有前景。

機器人的設計理念是在改變，1999年SONY開始發售機器寵物狗 AIBO，此一娛樂型的機器狗引發全球的騷動，連有錢的富豪都想收藏，也吸引日本的東芝、本田等企業相繼投入開發類似的機器寵物，日本政府甚至企圖把它規劃，發展成為日本的一項特殊產業。

人形機器人 Pepper最近常占據媒體的版面，推出此一機器人的日本軟銀創辦人孫正義說：「我們希望能設計出一款能為人們帶來歡樂、減少悲傷的機器人。」軟銀將機器人的設計工作委託法國的 Aldebaran公司，該公司 的創辦人兼 CEO Bruno Maisonnier說道: 「機器人最重要的角色是陪伴我們成長，並且為人們的生活帶來歡樂與驚喜」。 至於製造的部分，則將交給台灣代工龍頭鴻海負責。

今年6月18日鴻海董事長郭台銘也親自赴日本，出席軟銀與鴻海合作的Pepper機器人發表會，郭董表示，鴻海很高興能與軟銀合作，共同努力推進機器人技術。機器人是鴻海戰略發展重點，他們將持續精進智能製造科技，全面實踐工業4.0的願景。軟銀與鴻海果然是絕配，前者管創新與銷售，後者則專注在製造科技。

Pepper 在台首賣1000台，很快就銷售一空，雖然軟銀願意賠錢推廣，但將來是否能被市場接納，還在未定之數。不過回想產業的歷史，以iPhone為例，訂定產品概念的蘋果公司，掌握了大多數的利潤，將來Pepper若銷售成功，恐怕大部分的利潤還是落入日本軟銀的口袋。所以筆者要呼籲郭董多多思考「產品概念」，不要僅思考製造科技。

企業推動自動化前應有的認識

鴻海董事長郭台銘先生動見觀瞻，對產業的影響很大，自從去年8月宣稱要以100萬台機器人，解決中國大陸缺工的問題後，產業界就吹起一股討論自動化的風潮。但郭董事長畢竟是一位實事求是的企業家，今年6月18日在鴻海的股東大會中，雖再度的強調自動化的方向不變，但他也表示現在還無法把達成工廠無人化的時間點說死，但希望5~10年內可以用自動化取代既有的工廠百萬員工。(資料來源： http://www.moneydj.com/kmdj/news/NewsViewer.aspx?a=361f698f-c406-4a7f-a95b-1cc2551a4ba5#ixzz1zKlL9gcG MoneyDJ 財經知識庫)。可見郭董事長已開始體會全面推動自動化的困難度。

機器人的取得成本和技術的突破，是一個世界性的問題。有人認為，機器人只能用於生產的前端工作，而富士康的核心是後端的組裝，機器人實際上能替代的工序不到50%。根據國際機器人聯合會（International Federation of Robotics）的數據，目前全球使用的工業機器人總數接近130萬臺(資料來源：聚亨網http://news.cnyes.com/Content/20120619/KFKYYED9BLB3U.shtml 轉摘自東方早報，2012-06-19)。130萬台是全球的自動化產業，努力了約30年的成果，中國富士康要裝置100萬台，當然不能把時間說死。尤其這種重大投資，是否適合毛利低微的ICT產業，更值得大家深思。若一定要推動自動化，筆者提出下列事項供參考：

一、由3K產業或地點開始
自動化當然應該推動，但首先應由3K(源自日語的危險、髒、辛苦)場所開始，iPad的磨光作業就是典型的案例，富士康早就在做，汽車產業中的點焊機器人，還有產線後端的包裝線，都是常見的機器人裝置地點。這種地方找人不易，基於人道的考量，局部推動自動化，沒有人會反對。

二、不能落入策略性鎖死

 一台機器人以台幣50萬元計，投資100萬台就需要5000億資金，這相當於投資好幾座現代化的晶圓廠。大量資金投入後，因為不忍丟棄這些昂貴的設備，會讓需要轉型的企業縮手縮腳，台灣的DRAM產業就是前車之鑑。所以到底投資自動化好，還是轉型去做創新好，是企業主應該思考的。


三、考量產品的生命週期與複雜度
機器人善於做簡單重複性的工作，所以輪胎廠很久前就推動全面自動化，因為輪胎的產品生命週期長，而且品類單純不複雜，一但自動化設備規劃安裝後，就不太需要再調整或換線，可以一直做下去。但智慧型手機、平板電腦等產品生命週期短，一旦產品平台更改，原先購置的自動化設備，就必須大量調整，甚至可能不能繼續使用。另外由產品的複雜度來看，HTC採取機海戰術，Apple則用單一機種的方式來銷售，前者產品複雜度高，不利於自動化生產。


四、由產品設計來推動自動化
大家都知道「龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞」的道理，如果蘋果給的是無法自動化的產品，令機器人再利害也是很難進行自動化生產。英文 Design for Automation 的意思，就是要自動化，就應由產品設計開始，日本很早期就發展出「組立性評估法」，在產品設計階段就評估每一個零件自動組立的可行性，並加以改善。這是日本自動化之所以領先全世界的根本原因，同樣地歐美國家也都有發展此一技術。筆者曾於多年前參觀日本發那科(FANUC)公司的無人化工廠，他們宣稱這是推動DFA的結果。

五、不能建置自動化的孤島
自動化設備不能恃才傲物、唯我獨尊，若不能與前後工序平衡，可能淪為英雄無用武之地，它必須與周邊的生產設備整合，成為一個系統，才不會淪為自動化的孤島。同時自動化也必須富有彈性，所謂的彈性的製造系統(FMS, Flexible Manufacturing System)或者彈性裝配系統(FAS, Flexible Assembly System)，才能進行多種少量的生產，滿足市場多樣化的需求。自動化設備滿足了提高生產力的基本需求以後，"彈性"變成它必須具有的第二種特性，當然兩者必須兼備，企業才願意使用。自動化系統若能再與企業的資訊系統整合，立即獲得生產的資訊並可從遠端遙控，更是卓越絕倫了，所謂電腦整合製造(Computer Integrated Manufacturing)就是這種境界。日本有幾家世界級的公司，在20年前就已達到此一境界。


六、自動化設備是最厲害的品質檢驗裝置
自動化為求效益，常是連動的生產系統，若有一站失常、停止作業，全線就全部停頓。這在自動化裝配線尤其明顯，因此在自動化線生產的產品，其零組件的品質一定要較手動作業者要高，因為只要有一個零件出狀況，供料不順，該站一停、全線就停，因此會有自動化設備是最厲害的品檢裝置的說法。日本自動化協會就宣稱零件不良率高於千分之一者，就不宜推動自動化，因為零件不良率若高，自動化線的稼動率就因乘數效應，快速降低，使自動化失去效益。


結語
曾經擔任日本自動化協會榮譽理事長的牧野洋教授，20年前來台時就說：「欲推動自動化應先考慮公司的經營策略與經營模式，由經營模式來決定是否推動自動化？以及應使用何種自動化系統？自動化系統決定後，再考慮自動化的技術問題」。筆者前面所談「策略鎖死」、「產品生命週期」、「由產品設計推動自動化」是屬於經營模式與策略的思考，而「自動化孤島」、「自動化品檢」則屬於自動化系統的考量，自動化的技術問題應該交給自動化工程師就可以了。牧野先生20年前的真知灼見，至今仍令人欽佩。

以機器人全面推動自動化對嗎?

全球最大相機製造商日本Canon公司發下豪語，最快要在2015年把數位相機生產全面無人化，以降低成本，並把主力工廠留在國內。報導指出，數位相機的零件附加價值高，若能把組裝主力廠放在日本，就能把具全球競爭力的零件廠商留在國內，發揮新產品從企劃階段就開始共同開發的優勢，對維持日本國內工廠以及廠商的雇用都有幫助。(2012-05-15/經濟日報)

       中國大陸富士康也曾宣佈要大量購置機器人取代人工，後來該集團又在台中精密機械園區設廠，準備自己發展機械人。同樣是自動化但富士康與CANON的出發點顯然不同，前者目的在解決缺工以及工資上漲的問題，解決問題的手段則是購置或自行開發機器人。後者推自動化雖也是解決缺工的問題，但他們的目的是留在母國，而且解決問題的方式由產品的源頭產品企劃開始，這和前者就地解決，製造現場缺工就在現場安裝機器人的方式，很不相同。

當然這可能和雙方的經營模式不同，而且工廠立地不同有關，日本有很強的零組件工業，Canon所有的關鍵零組件都可在日本國內買到，富士康在中國可能就無法這樣解決。另外富士康為代工廠，產品企劃由蘋果公司主導，當然也主導關鍵零組件的採購，因此富士康很難從企畫階段就開始與零組件工廠共同開發。但Canon為自有品牌廠，他們自然可以從源頭來與零組件廠合作推動全面自動化。

大家都知道「龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞」的道理，如果蘋果給的是無法自動化的產品，令機器人再利害也是很難自動化生產的。英文 Design for Automation 的意思就是要自
動化就應由產品設計開始，日本很早期就發展出「組立性評估法」的技術，在產品設計階段就評估每一個零件自動組立的可行性，並加以改善。這是日本自動化之所以領先全世界的根本原因。

就地解決不如由源頭去解決，筆者預測Canon會後發先到，比富士康還早達成全面自動化的目標。