ABSTRACT

The pursuit of Smart Manufacturing is an emerging trend. Not only from the directions of government policy-making, but also from the aggressive promotion of the associated solution vendors, the manufacturers are transforming their operations into the concept of Smart Manufacturing. However, the business models and the production styles are various among these manufacturers, their expectation and the roadmap of Smart Manufacturing are also different; especially for the small and medium factories. This paper interviewed these manufacturers in-depth to understand and solicit the needs of their Smart Manufacturing initiatives, and to disclose the insight as the consideration of further policy-making.

Keywords:Smart Manufacturing, Industry 4.0, Cyber Physical Systems, Strategy Management

智慧制造发展策略解析

—以台湾中小制造业为观点

李智^1,2

¹国立中山大学，台湾

²国际商业机器公司，台湾

收稿日期：2017年7月7日；录用日期：2017年7月21日；发布日期：2017年7月28日

摘 要

智慧制造之趋势与发展正方兴未艾，无论从政策规划方向与种种解决方案商之极力鼓吹，制造业者无不跃跃欲试，期待从由智慧制造之发展过程中，脱胎换骨；然而智慧制造范畴广泛，不同制造业态与生产模式对制造业智能化之预期效益与发展进程各异，特别是对资源受限之中小制造业者而言；为此，本文深度访谈制造业者，一方面探讨业者对智慧制造发展之需求；另一方面则期为政策制定之参考方向。

关键词 :智慧制造，工业 4.0，网宇实体系统，策略管理

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1. 引言

台湾制造业面对国际竞争，与来自新兴市场之低价侵蚀，无论是产品创新度与关键技术掌握，都亟需以新思维思考制造业下一步升级之各种面向。然而一方面制造业者之业态与生产模式不一，其产品在市场区隔与定位上亦迥异；另一方面在“工业4.0”大纛下，业者纷纷思考见贤思齐，但又限于种种资源限制，应从何处入手，该如何规划适配之智慧制造发展进程，是业者当前普遍当务之急。有鉴于此，政府为提升产业竞争力，拟定诸多政策，扮演关键技术与资源互补之积极推手，以期能产生实质综效，有序引导制造业产业升级。然制造业规模业者差距颇大，大型制造业者资源充沛，产品竞争力强，市场通路无碍，对于智慧制造发展多已有既定策略与行动方针；而相对于中小制造业者，除少部分业者为隐形冠军外，多数业者则正面临商业模式固定，产品创新度不足，局限于微利市场之窘境；因此如何能使其摆脱长久以来之经营窘境，均寄望于制造业智慧化进程能促使产业成功转型。

智能化制造系仰赖一套整合资讯系统紧密结合各项制造活动，将资料整理成资讯，经由种种分析程序转换资讯为知识，再运用此知识以提升制造效率与品质。故建构此一整合资讯系统，或称之为“网宇实体系统”(Cyber-Physical System, CPS，以下均以此为整合资讯系统之代称)，为制造业迈向智慧化之重要手段，以虚实融合之系统思维，将网路虚拟世界与实体工厂世界加以融合，提升销售、产品发展、技术开发等决策品质之关键利器；因此无论是从产业动态掌握，无缝式制程衔接，高精密度制具，产线资讯搜集等入手，皆为智慧制造之实践，其目的在于为迈向高附加价值产品铺路，故其将扮演产业升级之关键角色。

然而中小制造业者无论是市场、生产模式、资源与产品特性，均不若大型制造业者，因此本文探讨中小制造业者对制造业智慧化发展之态度与其发展障碍之原因，并参考智慧制造典范标杆之各观点，给予中小制造业者，乃至于政府政策提出具体建议。

2. 研究架构与方法

智慧制造乃是以建构网宇实体系统——一套结合场域生产制造之相关资料源，包括来自于各式生产设备机具，并整合制造资讯，以指引弹性生产制造作业之人机协同作业机制为手段之一。本研究之预期目标，如图1所示，在于从智慧制造内涵，探讨台湾制造产业智慧化现况，对此议题所持有之态度，并点出网宇实体系统发展方向及其进程，与促成产业升级应有之需求；同时针对中小制造业，提出发展智慧制造之具体建议。具体而言，预期目标有五：1) 智慧制造国际标杆观点分析；2) 台湾制造业智慧化所面临之挑战；3) 网宇实体系统需求与其发展进程；4) 网宇实体系统导用前后差异；及5) 中小制造业如何借由网宇实体系统切入新商机等。

在设定明确预期目标后，本研究之进行步骤，如图2所示，共有六大步骤：1) 实施规划——研究团队成军与任务分工，搜集制造业访厂对象之基本侧写资料，选定标杆企业并联系与订定时程；2) 制造业智慧化发展趋势—探讨网宇实体系统科技发展趋势与其应用效益，智慧制造应用情境与其潜在效益，制造产业创新应用分析；3) 典范企业田野调查——探讨网宇实体系统关键技术及其应用，国际网宇实体系统服务商解决方案与应用情境，台湾智慧制造典范企业，并运用访谈大纲实地深度访谈典范制造业者；4) 资料整理文本分析——搜集并整理访谈对象之侧写资料及其访谈纪录；及5) 撰写制造业智慧化分析报告——综合研究发现，提出智慧制造发展之具体建议等。其中“标杆服务功能与整体架构”分析，包括网宇实体系统“科技发展趋势与应用效益”及“关键技术及其应用”两部分；并且从“国际CPS统服务商解决方案与应用情境”，推敲“国际标杆制造业智慧化”经验分析，指引“制造产业创新应用分析”可入手之方向。

本研究田野调查对象系依照以下原则加以挑选：1) 产品具有附加价值能力——毛利率能在产业一般者之上，方有余力投资智慧制造；2) 已具有一定程度资讯化能力——对资讯化过程有实际体验，重视流程再造，故能减轻推动网宇实体系统时内部人员之抗阻力；3) 至少制程之一部分需仰赖生产机具设备之要使

图1. 研究方法与步骤(左)

图2. 研究方法与步骤(右)

用——表示其智能化制程有潜力精化与扩展其规模；4) 具有产品外销能力——表示该业者所面临市场竞争强度高，对于市场趋势变化与竞争替代产品之敏感度相对亦高；5) 具有产品创新研发能力——对于产品规格与功能，表示该业者具备相当程度发展之自主性；6) 维持业者之多样性——如前述所言，机械业能否因智慧制造得利受益，亦端视其产品(生产机具设备与零组件等)是否能为其他产业创造更多价值，并能将所附加之价值转换为价格而定；及7) 受访者分份为经营决策层成员——若受访者层级不能提供经营决策意见，则将影响研究品质与后续建议之效力。

3. 智慧制造典范标杆观点

智慧制造相关议题方兴未艾，有援引先进国家标杆实践者为学习追随对象；有主张制造业者从投入先进自动化机具设备开始，以提升产能与品质为目标；有倡议应用物联网强化设备间沟通，以搜集感知器资料为手段，改善场域工作安全与环境保护为目的；亦有借由整合资讯系统，汇集完整资讯并从大数据分析中，指引产品创新方向者等，莫衷一是。本文限于篇幅，挑选三个不同面向之智慧制造观点，作为形塑智慧制造内涵之参考，分别说明如后：

本文综合整理博世力士乐(Bosch Rexroth Group)所提出智慧制造之范畴与主张，其中涵括：1) 市场拓展——要能掌握市场动态与各式产品延伸应用趋势；2) 价值共创圈——整合运用外部专家学者资源，提高决策品质，降低摸索风险；3) 智慧标签——运用于料品、设备，与人员，随时掌握生产资源动态；4) 自我导引生产——后站工序依据前站生产资讯分析结果，机动调整指导制程；5) 自动化智慧机具——协助人工共同完成力有未逮或是影响工安之工序与作业；6) 即时通透资讯——充分揭露生产资讯予制程中及供应链协作伙伴，及早调整因应生产变数；7) 如期如质交货——透过物料精准掌握，品质管控，满足客户对产品之期望；及8) 生命周期管理——系统性记录产品设计发想，生产制造，到服务运维等活动，建立产品完整之知识管理机制等面向；同时借由员工能力培训与资讯通透，掌握场域资源监控与生产排程，达成降低库存与提升生产力目标，最终为客户提供不停顿式之生产与服务 [1] 。

德国贸易投资(German Trade & Invest)提出智慧制造之范畴并从设备装置整合着眼，其中网宇实体系统居中无缝运作，包括：1) 优化制程活动；2) 面向顾客需求，优化产品；3) 有效运用生产资源；4) 灵活人机协同作业等，提升整合协力厂共同制造(Co-production) 能力，并运用安全云端网路交换各项生产资讯，使得物料与其他资源得以有效运用；再借由设备装置整合平台搜集、整理及分析设备装置于制程中所产生之资料，同时强化在设备装置间之精准通讯，并与人工作业紧密结合，方能为客户产出如期如质之产品 [2] 。

制造企业解决方案协会(MESA)提出一套智能制造整体模型，由上而下分为四层：1) 策略作为——落实精益制造与产品生命周期管理等理念；2) 经营活动——面向市场与客户，掌握业务运营关键，并与策略作为对齐；3) 生产活动——面向品质与制程，并与经营活动对齐；及4) 制造场域——面向工安环保，并与生产活动对齐等。另一方面，则由下而上，搜集制造场域各种事件，为生产活动提供通透资讯，由经营活动汇整各式绩效分析报告，达成策略作为所设定各层之经营指标 [3] 。

4. 智慧制造策略解析

综合前述可知，本文整理智慧制造分为四大范畴，如图3所示，分别解析探讨：1) 市场驱动——智慧制造之终极目的，无非是透过产品创新，以拓展更多市场，包括在既有市场上附加价值及探索新市场，同时透过产品定位与价格策略、重视市场行销与通路布建，及掌握既有市场竞争对手动态等手段；2) 狭义智慧制造——兼顾既有产品之精益制造(Lean Production)与新产品研发制造，聚焦在产品与制程设计、提升产品与服务品质、提升生产与少量多样能力，及降低制造与运筹成本等目标上，以精化产品；3) 组织改造——着眼于企业转型与能力培训，充实智慧制造能力与知识、使策略与实践一体及一致、因应智慧制造需要，布署资源与精化组织；及4) 产品生命周期——透过了解新市场需求与竞争对手动态，并先针对新产品研发制造与探索新市场开始落实管理等范畴。为区别智慧制造之整体策略面向与前述以制造执行系统为核心之智慧制造概念，本文为便于说明，将后者归类于狭义智慧制造范畴；同时，延伸制造执行系统至网宇实体系统，落实由市场需求与竞争态势机动调整精益制造—着眼于免除货降低制造活动损耗之制造概念—之经营目标。

5. 访谈大纲设计与实施

本文从前述智慧制造策略解析后，厘清智慧制造各范畴，点出网宇实体系统应涵盖之面向，为了解中小制造业者对智慧制造之认知程度与迈向此一目标所面临之障碍，乃设计访谈大纲分别与业者进行深度访谈；同时，访谈前由本文作者先行分享智慧制造之各观点、发展趋势与潜在效益；而于访谈后参观业者场域与制程，过程中再进行一轮深度讨论，以期能反映真实。本文从网宇实体系统之内涵着眼，欲探索智慧制造相关议题业者现况与未来方向，系采用质性研究深度访谈方法进行，访谈大纲设计如下表所示，其问项设定之理由说明如后：

R1. 贵公司迈向智慧化生产过程中，需要特别关注的面向—了解业者对于智慧化生产之理解程度及当前经营挑战之所在。

R2. 贵公司有意愿本研究团队进一步访厂请益与交流吗？—了解业者是否重视智慧圈之建立，对于开放式创新模式之理解与接受度。

图3. 智慧制造策略解析

由于受访业者遍布台湾，交通往返时间颇不经济，及业者经营决策主管之行程紧凑，因此并不合适多次受访，故每次访谈均须控制时间进度；然而受访者对智慧制造相关议题甚感兴趣，业者经营决策主管均邀集其他同仁共同参与讨论，常因讨论热烈而延误应有进度；另外，在进行场域观察时，又因场域大、动线长，与制程细等原因，致使每次访视时间均超过4小时以上；于事后尚再需2小时以上，将录音笔之纪录转成文字与编码整理，但往往现场收音讯号不佳，故仍需要使用笔记补充逐字稿。

6. 访谈分析与发现

6.1. 贵公司迈向智慧化生产过程中，需要特别关注的面向

Continued

6.2. 贵公司有意愿本研究团队进一步访厂请益与交流吗？

据受访厂反应，过去相关研究机构已有多次类似访视，甚至派团驻厂辅导，但皆成效不彰，其原因有：1) 访视动机与业者期待落差甚大，以致于虚应故事；2) 访视内容方向与业者现况或未来发展关联性小，以致于回响小；3) 访视者虽学有专长，但其实务经验与业者现况所需关联性不大，以致于阐述访视内容方向时，常有隔靴搔痒之感；4) 业者接受访视动机不一，有期待政府补助者，有视为免费教育训练，以致于访视成效未如预期。多数受访者坦言，除非访视内容方向与业者策略对齐，且访视者熟稔制造过程与经营实务，能对业者有实质帮助外，否则均不愿再接受进一步交流。

7. 发展智慧制造之障碍原因分析

本文提出制造业者欲迈向智慧制造，必需具备九种互为因果之能力：1) 制造力——在推动智慧制造策略上，可根据比较优势(Comparative Advantage) 订定导入智慧制造项目之优先顺序，并采用最小阻力原则逐步推进，以厚植智慧制造能力提高竞争门槛为思考原则 [4] ；2) 转型力——制造业借创新服务获取顾客之认知价值，再转化此认知价值为价格，故必须以商业模式为核心，思考产品价值论述，要能克服各环节之潜在利益冲突，客户对服务化产品之接受程度、成本结构是否一致之综合能力 [5] ；3) 市场力——智慧制造须与经营目标对齐，要能掌握智慧化产业技术与市场趋势，方能透过智能制造所致之效益，使能快速部署产品与服务至新市场 [6] ；4) 创新力——除生产机具设备外，其他如机器人、工业物联网、云端运算平台、巨量资料分析、机器学习、积层制造、扩增实境、网宇安全、数位设计与模拟等，均须跨领域整合研发，并借此实现多元化创新商业模式，方能拓展智能化制造经济效益 [7] ；5) 分析力——推动智能制造并非资料本身，而是资料之分析技术，提供全新看智能制造活动之全景视角所能带来之潜在优势，成为驱动创新之核心动力来源 [8] ；6) 设计力——智慧制造发展进程中，需要业者具备充分之设计能力，方能为制造业者实现技术创新，提高产品研发与设计能力，优化产品制造过程，缩短产品设计与制造周期，提高产品品质，提高制造资源利用率等之目的 [9] ；7) 绩效力——以生产力成熟度(Readiness)指标进行制造业者现行生产力之状态评量，分别针对顾客、财务、作为与组织等构面设定各发展进程之绩效目标，集中有限资源一鼓作气实施 [10] ；8) 价值力——智慧制造是业者价值之体现，唯有本身具有互补独特性之价值，包括服务与产品应用之设计价值，到高品质生产与及时运筹规划等，方能纳入智慧制造价值链体系之中 [11] ；及9) 需求力——智慧制造目标之达成有赖于是否能连结未来成长新动能，配合少量多样之客制化需求，提高制造业者之应变能力，以快速有效掌握终端消费者多变之需求，再透过高度软硬体整合及自动化来提高生产效能，获取智慧制造所致之商机 [12] 等构面；将受访者对发展智慧制造之意见，及自访谈互动观察发现，整理发展智慧制造之障碍原因，依各构面分别说明，如表1所示：

表1. 智慧制造发展障碍分析

Continued

8. 结论

综合以上访谈分析可知，特别是中小制造业者，受限于自身品牌力、生产规模，与资源不足影响，对于智慧制造之投资，目前首重于建立制造智慧化正确观念，从充实人才着手，扩大视野积极探索新市场，最为务实可行；同时制造业智慧化不仅在于制程之改良，而其产品服务需要不断地创新以刺激消费者，更需要形成服务生态圈丰富服务内涵，此涉及内外组织间合作，彼此经营目标也未必相同下，如何纠合共识，紧密合作，早早面向市场；特别是政府推出各项产业升级策略；更重要者，是要能建立“智慧圈”，透过“开放式创新模式”，一方面将外部专家与伙伴纳入创新过程之中，为企业注入新观念与新技术能力；另一方面积极实施内部教育培训，运用科学管理方法，降低资讯不对称所致之风险；至于政策推动上，业者仍期待能有效地减轻新市场进入非技术因素之阻力，能有实作型技术人才，能满足智慧制造人力缺口；再来便是应尽早建立产品生命周期管理机制，从市场需求寻求技术缺口，同时机动调整生产，为狭义智慧制造明确投资方向，以提高智慧制造之效益。

最后从政策推动与执行上，应先依照制造业态与生产模式先行分类，再制定智慧制造适配之相应政策，例如是否结合他国驻台经济贸易办事处资源，由台湾海外经贸单位针对市场商情做有系统之搜集，透过前述知识管理机制，缩短产业需求与政策执行之迟滞时间，甚至与产业公协会在目标市场成立在地商务公司，负责行销与贩售台湾产品等。因此，应如何将产业价值链融入开放式创新政策之中；并以市场需求为导向，使价值链成员充分运用通透积累之智慧制造相关技术与知识，协助业者建立产品生命周期管理机制，以策略实践一体之战术思维，设计与制造出高精确度、高可靠度，高品质之创新产品，作为创造价值转换为价格之活体机制，方能使台湾制造产业因智慧化而能从当前艰困之竞争环境中胜出。

文章引用

李 智. 智慧制造发展策略解析—以台湾中小制造业为观点
The Strategic Analysis of Smart Manufacturing Initiative—A Small and Medium Taiwan Manufacturers’ Perspective[J]. 商业全球化, 2017, 05(03): 46-55. http://dx.doi.org/10.12677/BGlo.2017.53007

参考文献 (References)