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PanBooks/未來「無人工廠」並不是淘汰工人,而是更要求工人素質

第四次工業革命是網路技術與先進製造技術的完美融合。無論是最先提出工業 4.0 的德國,還是致力發展工業網際網路的美國,都把智慧生產與智慧工廠視為工業 4.0 時代的核心。

科學界曾在 20 世紀預言,智慧型機器人將在未來完全代替人類工作,高度數位化的無人化工廠會成為生產製造業的主流。然而,在以自動化生產為主的工業 3.0 時代,再高度自動化的生產設備也無法脫離工人的操作。隨著第四次工業革命的降臨,這個夢想將不再是科幻電影中的美好願望,而變成活生生的現實。

根據西門子洛斯福的解釋:工業 4.0 時代的工廠將變得高度智慧化,甚至連產品零組件也會獲得智慧。智慧生產線會根據產品零組件中事先輸入的需求資訊,自動調節生產系統的配置,指揮各個機器設備製造出千變萬化的個性化訂製產品,這就是未來的智慧生產與智慧工廠的概況。

在德國,智慧生產被定義為「數位化生產」。工程師的繪圖技術在智慧工廠中將變得不再那麼重要。因為在「數位化生產」模式中,產品的設計研發、零組件製造、生產組裝,都是在同一個大數據平台上完成。「先研發,後生產」的傳統製造節奏不會出現在智慧工廠中,研發與生產幾乎是同步進行的「數位化生產」,已經不再需要紙本的設計圖。

不用紙本設計圖的「數位化生產」模式,不僅節約大量紙張,也大幅壓縮產品的研製週期與上市時間。此外,這種智慧生產模式讓工人的工作方式也產生很大的變化。在未來的智慧工廠中,負責產品零組件裝配的工人無須再親自動手,他的工作台上會有若干不同類型的零件盒,每當智慧生產線上的自動引導小車運來某種待加工產品時,電腦就會從大數據平台中擷取相關資訊,生產線的智慧感測器會自動掃描待加工產品的條碼。然後,該待加工產品會經過智慧生產線上的數十個品質監測節點,被智慧機器人安裝上各種所需的零組件。

工人的主要任務就是對產品加工流程進行「視覺檢測」。經過智慧生產線的多次裝配與品質檢測後,加工完畢的成品就會被傳送到進行包裝的位置。

在工業 3.0 的自動化工廠中,產品的包裝與裝箱仍然未能完全脫離人工。但是,在工業 4.0 的智慧工廠裡,這些工作都會由智慧型機器人來完成,機器人把裝好的產品用升降梯與傳送帶發往企業的物流中心。依照傳統的生產流程,要完成這一系列任務需要數十名,甚至上百名工人;而智慧工廠的工人不需要手工完成上述工作,其主要任務就是對產品加工、包裝、分配流程進行「視覺檢測」,監督智慧生產線的運作狀況。

一個人能達成過去上百人的生產效率,而且保持更好的產品品質,將操作失誤降到最低,這便是智慧生產模式與智慧工廠的魅力。

網路經濟的發展,讓全世界形成一股虛擬經濟與實體經濟跨界整合的潮流,這也對製造企業提出更高的要求:

首先,企業必須縮短產品上市的時間。

網路技術的發展,讓社會發展節奏不斷加快。在這種大環境下,更新速度成為各種企業克敵制勝的法寶。假如研發與生產週期還停留在原有水準的話,企業就會不敵產品更快上市的競爭對手。

其次,企業必須改變提高生產效率的方式。

傳統工廠提高生產效率的辦法,主要是讓工人嚴格按照經過反覆研究的標準化操作規範來作業,並且不時地加班。這種高投入、高耗能的工作方式,已經愈來愈難以提高工廠的生產效率。

最後,變幻莫測的個性化市場需求,促使生產製造流程必須具有更高的靈活性。

立足於大量標準化生產的流水生產線,是第二次工業革命最重要的發明之一,這使得人類的工業製造水準大幅提升。儘管第三次工業革命催生自動化生產線、數控工具機、彈性生產線,但大量標準化生產依然是製造業的主要生產模式。隨著個性化消費日益成為市場主流,生產大量、多種類的個性化訂製產品將成為製造企業的主要任務。這就要求生產製造流程必須具有高靈活性,以適應個性化生產的要求。

融合虛擬生產與現實生產的智慧工廠,就是被市場需求新形勢催生而出的。以網路化生產與數位化製造為特徵的智慧製造模式,正在成為決定企業發展成敗的關鍵。

智慧工廠的運作,無法脫離創新的軟體與強大的硬體,其中最重要的就是產品生命週期軟體。產品生命週期包含最初的方案設計、技術測試、生產規劃,以及流水線上的加工組裝、外形包裝、裝箱等環節。產品經過物流配送到最終使用者手上時,才算完成一個週期。隨著工業 4.0 體系的進一步完善,產品生命週期甚至會延續到產品報廢回收的階段。

智慧生產模式可以借助產品生命週期軟體來最佳化產品生產流程,這也將促使企業改變原有的生產管理方式,並調整自己的組織結構。

從根本上來說,工業 4.0 策略之所以會把智慧生產與智慧工廠視為核心發展內容,是為了在生產者與最終使用者之間建立直接聯繫。若想要實現這個目標,製造業就需要在三個層面上努力升級:

第一,建立靈活的生產網路。

所謂靈活的生產網路,指的是融入先進網路技術的個性化生產體系。美國的「工業網際網路」就是以此為重點研究對象。傳統的 C2B(Customer to Business,顧客對企業)商業模式是先下訂單再生產。物聯網發展成熟時,消費者與工廠的智慧生產線就可以透過同一個大數據平台實現直接連結。

例如,在工業 4.0 時代的智慧工廠裡,消費者可以對汽車等產品進行「客製化」預訂。從提出需求開始,智慧型網路能隨時把生產商的資訊傳達給最終使用者,最終使用者也可以借助虛擬視覺化等技術參觀智慧工廠的「模擬生產」,見證靈活高效率的智慧生產流程。智慧工廠已經能做到自主生產,省去工廠管理階層、研發部門、生產部門開會協調工作的環節。如此一來,消費者就能更快、更便宜地獲得自己想要的個性化產品。

第二,工業大數據的運用將為製造業帶來巨大的商機。

工業大數據的價值主要體現在三個方面:首先,大數據技術能提高工廠的能源利用率;其次,大數據技術讓工業設備的維護效率提高,又實現品質的突破;最後,大數據可以最佳化生產流程,並簡化營運管理方式。

例如,智慧工廠可以在工業大數據的幫助下製造出智慧汽車引擎。智慧汽車引擎上安裝多種微型智慧感測器,這些感測器會自動蒐集汽車在行駛狀態下的各種數據。智慧感測器與智慧工廠的工業大數據平台保持聯網狀態,可以即時將蒐集的數據傳輸到大數據中心。大數據中心的智慧軟體分析系統可以自動對汽車運行狀況進行精確檢測,甚至預測汽車在未來可能發生的故障,從而增加汽車安全性與智慧引擎使用的壽命。

第三,智慧型機器人與智慧生產線將被製造企業廣泛應用。

西門子曾在 2014 年德國漢諾威工業博覽會上展出新研發的智慧生產線。在圍觀觀眾的讚嘆聲中,兩個智慧庫卡(Kuka)機器人進行完美協作,熟練地裝配福斯第七代 Golf 汽車的車門。

智慧型機器人最令人心醉的並不是精準快捷的裝配技術,而是可以實現 M2M 模式的「機器對話」。智慧生產線將人、機器、資訊融為一體,其中最主要的是機器與機器之間的「溝通」。假如前一個智慧型機器人加快速度,後一個智慧型機器人就會自動收到前者發送的資訊。如此一來,兩個機器人即可靈活而有默契地改變工作內容。前幾分鐘自動安裝車門,後幾分鐘變成合作安裝方向盤,並且噴漆。這種立足於「機器談話」的智慧生產,是對工業 3.0 自動化生產的跨越式升級。

由此可見,工業 4.0 時代的智慧化生產模式,將為人類的生產與生活帶來前所未有的巨大變化。例如,生產線上的工人將會愈來愈少,可以相互「溝通」的智慧工業機器人愈來愈多。

截至目前為止,全球製造業裡的工人與機器人比例還遠遠未能達到「無人化工廠」的標準。日本工廠平均每一萬名工人占有 306 個機器人,這是全世界的最高紀錄,相較之下,韓國工廠只有 287 個,德國工廠 253 個,美國工廠 130 個,而中國工廠僅有 21 個。從這個角度來看,工業 3.0 時代的自動化生產尚未完全讓製造業擺脫人海戰術。特別是擁有「世界工廠」之稱的中國,對工業機器人的需求十分迫切。

在機器人發展史上,工業 4.0 時代對應著機器人 2.0 時代。2.0 時代的機器人不再完全受制於按鈕操控的自動化設備,而是可以與工人進行人機合作,並且對環境與任務進行靈巧的感知。

隨著人口優勢的逐漸消失,中國對智慧型機器人與智慧化無人工廠的需求將會愈來愈大。

但洛斯福指出,未來的「無人工廠」並不是完全淘汰工人,而是把工人從體力勞動與簡單腦力勞動中完全解放,扮演更有創造性和挑戰性的角色。例如,技術創新、策略規劃、生產監督及協調維護智慧型機器的正常運作等。可見,以智慧生產與智慧工廠為重心的工業 4.0,將會對工人的素質有更高要求。

 

封面圖片來源:pixabay

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