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驅動製造業邁向數位轉型
.2018/05/25
摘要 製造業數位化多著重於智慧製造,智慧製造則來自於許多技術的出現與成熟,包含高效能計算(high-performance computing, HPC)得以高速運作電腦輔助設計(computer aided design, CAD)與電腦輔助工程(Computer-Aided Engineering, CAE)軟體、雲端運算、物聯網(IoT)、先進感測器技術、3D列印、工業機器人、資料分析、機器學,以及無線連結使機器與機器(Machine to Machine)間得以進行資料交換。
ITIF論述如何驅動製造業邁向數位轉型,下列將介紹製造業導入數位化的主要因素,以及擬定智慧製造投資決策的流程,並於驅動製造業邁向數位轉型(續)中摘錄主要國家協助中小企業推動智慧製造的相關政策。

一、製造業導入新技術的考量要素
產業類型與企業規模差異並非製造業導入新技術的唯一考量,報告提出了六種可能影響企業決策的因素。
(一) 產量與種類:
1.產量高且種類少的製造業者:大量生產相似度高的產品,例如尿布與刮鬍刀產品的產業,對於機器人與相關自動化技術的興趣相當濃厚,因其需要大幅縮減工廠作業時間並確保可重複性(repeatability),這類製造業需要精密的製造執行系統(Manufacturing Execution Systems, MES)來控制工廠運作,智慧製造需要高度自動化要素,透過機器相互溝通、調整適應產線停機情況並最適化表現。例如,寶僑的尿布工廠每分鐘能製造1000個尿布,透過高速整合30種不同材質,並利用感測器、攝影機與數位影像快速進行每片尿布所需15-20項的品質確認。
2.產量低且種類多的製造業者:這類工廠的產量少但生產高度客製化產品,特別著重於生產彈性與單位生產經濟性移轉的應用。例如義肢,CNC、CAM與3D列印等數位製造技術對此相當重要,自動化在這類製造業中的重要度則較低,因為產量相對較低。
3.產量高且種類多的製造業者:數位技術與製造的融合促使第三種產量與種類的典範出現-產量高且種類多。例如過去特斯拉的加州工廠生產線僅生產單一類型的車輛,但目前產線系統的自動化並使機器人與員工能動態地調整不同車款生產。先進的製造技術使生產過程更為靈活,技術創新更有助於大量生產客製化產品,透過企業資源規劃(ERP)與製造執行系統(MES)協助客製化訂單下單,利用自動化機器生產,在產線設備建置物聯網讓機器間能夠互相溝通,確保產線是以最佳的方式運作,並回報產線的情況予MES與ERP,讓客戶得以追蹤目前的訂單進展。
(二) 產品策略:商業模式或市場區塊不同使企業採取不同的生產策略。
1.接單後設計(Engineered-to-order, ETO):依據特定顧客要求而設計且通常是小量生產,需要緊密整合業務、設計與製造單位。
2.接單生產模式(Make to Order or Build to Order;MTO or BTO)/接單後裝配模式(Assembly to Order, ATO):依據客戶訂單來生產或組合產品,主要著重於整合業務與ERP系統以回應與滿足客戶需求。
3.存貨式生產模式 (Make to Stock, MTS):通常是大量生產,製造商推估將產品銷售至消費者手上所需的整個生產流程的成本,製造商需要更多技術協助推估未來需求與最適化庫存與供應鏈。
4.將訂單標準化(Standard-Manufactured Upon Order):綜合上述兩種生產策略,道康寧公司(Dow Corning)建立的新商業模式-XIAMETER網站將矽販售予低利潤、價格驅動的小型顧客,而不會蠶食自身的頂級顧客(high-end customer)市場。Xiameter的訂單規模與產品種類相當有限,顧客僅能就網站提供的規格做選擇,且銷售方式僅限於網路,此商業模式讓企業能夠獲得低獲利區塊的客戶,以及提高客戶需求與獲利。
(三) 供應鏈廠商的技術導入程度:中小企業對於新技術導入的其中一項因素為顧客或最終消費者,以及產業鏈對於供應鏈企業的要求,且更繁複的供應鏈網路將使企業面臨更強烈的新技術導入壓力。
(四) 進入市場(go-to-market)商業模式:小型且更多製造商正轉向產品服務化(products-as-a-service)的商業模式。許多設備廠商受到提供售後服務市場(After Market)的壓力,如預測性維修、監測與最適化表現。當企業的商業模式從銷售產品轉向以服務為基礎,對於技術的需求將可能驅動生產環境中的智慧製造應用。
(五) 政府對產業的規範:許多受法令嚴格限制的產業,如航空、國防、製藥(pharmaceutical)與化學業,發現維護完整生命週期的數位產品資訊對於快速且具經濟性的審查、認證與回收的反應相當重要,意指了解產品設計者、生產設備與製造工廠等資訊需求,將成為導入智慧製造技術的主要因素。
(六) 投入成本:高額的勞動成本使自動化設備的設置與其他智慧製造技術在高薪資水平的產業與國家來說越來越具吸引力。至於高能源密集度的製程或是能源成本高昂的地區,相關單位通常會提供誘因予這些業者進行降低能源使用的技術研究。

二、企業擬訂自動化生產決策的過程
依據前述影響企業導入智慧製造的主要考量因素,下列將論述企業將如何評估投資於智慧製造的投資報酬(Return on investment, ROI),將評估方式分為下列兩種類型。
(一) 固定型前瞻技術 (fixed technology frontier)的投資:所有的技術皆被認為是資本。在固定技術的環境下,短期經濟的投資決策主要取決於整體的產品需求與經濟情況,以及新資產的資本投入回收期,僅在一定期間的淨收益超過固定成本,並獲取合適的投資報酬,才會進行投資。
(二) 擴張型前瞻技術 (expanding technology frontier)的投資:製造業生產力和創新聯盟(Manufacturers Alliance for Productivity and Innovation, MAPI)報告描述此類評估方式為動態生產-新技術投資的決策指標,意旨自動化執行融合了資本投資與創新投資,設置機械裝置在生產線時,具有設備的資本投資特性,但不被視為是短期的資本投資,更像是以降低成本與改善產品品質為目標的創新流程。新技術的投資並不僅評估其未來立即的財務回饋,更常被視為是一種發現元素(discovery element)。主要驅動投資新技術的原因並非市場條件的短期變動,而是商業壓力的長期改變,決策要素包含生產成本與品質壓力,以及產業供應鏈的整體新技術,因此現在的成本需考量勞動力調整、套牢成本(stranded cost)與未知技術的風險,收益則包含了競爭力、供應鏈的可行性、勞動生產力與資本生產力。特別是投資報酬的評估必須考量若投資失敗可能會嚴重損害企業的競爭力,同樣的,企業必須在成為技術的早期導入者或是採取觀望的方式間取得平衡,且隨著具有提高生產力、降低成本與緊密整合製造商至供應鏈的新技術不斷出現,採取觀望策略的風險將越來越高。
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資料來源 Information Technology and Innovation Foundation