文章出處 ITIS智網 出版單位 中華經濟研究院 出版日期：2017-04-28 14:19
中華經濟研究院國際經濟研究所/全球化產業競合與創新治理計畫產出 林蒧均
德國工業4.0的發展源起與路徑
「工業4.0」自2011年漢諾威工業博覽會（Hannover Messe）提出，迄今已經屆滿六年。
當時德國為提早因應解決未來資源短缺、人口老化和勞動人口不足等議題，希望經由推動智慧工廠和智慧製造，最後實現製造模式的改革。本文將在於觀察近期德國政府所推動的政府輔導計畫與亮點個案，以借鏡洞悉德國政府發展智慧工廠的政策作法。
德國工業4.0發展路徑
德國出口產品結構以汽車及零組件、機械設備、化工產品等為主力。
故德國主要從「工廠設備」切入，針對工廠設備、機具及系統，提高智慧製造能力，並推動網宇實體系統（Cyber-Physical System, CPS）發展與導入，讓原本就具有製造優勢的德國工業，在製造效率與良率可以更上一層樓，大幅提升製造供應鏈的設備、產品製造、銷售與售後服務能力。表1為德國工業4.0發展過程中所關注的目標與相關重點。
表1 德國工業4.0發展路徑
資料來源：引自李傑（2016），工業大數據－工業4.0時代的智慧轉型與價值創新。
德國政府計畫的概況
現階段德國工業4.0的政府計畫主要有三項目標：
第一、不急於建立新商業模式，重點在於找到落實工業4.0的新選擇；
第二、為產業和政府提供合宜建議；
第三、活化中小企業。循著上述目標，德國政府推出一系列工業4.0計畫（請參見表2），期待透過多元化的創新政策工具，逐步引導業者累積工業4.0的創新能量，提昇國家競爭力。
表2 近年德國工業4.0的重要計畫
資料來源：中經院(2016年/12月)整理。
德國經濟能源部Autonomik fur Industrie 4.0計畫
Autonomik fur Industrie 4.0計畫，是德國工業4.0計畫一開始就力推的大型計畫，主要以德國標竿廠商作為領導者，如Bosch集團、奧迪汽車、愛迪達，和慕尼黑工業科技大學，建立指標性的示範工廠個案（請參見圖一），產業領域包含生產、物流、機器人等，具體研究項目有工廠架構設計、物流自動化、產品研發等。目前計畫中的亮點個案也成為德國海外宣傳的重點，值得觀察與學習。
資料來源：Autonomik für Industrie 4.0 (2015年)。
圖1 Autonomik fur Industrie 4.0計畫的標竿廠商與科研單位
計畫項目
Autonomik fur Industrie 4.0的第二期計畫，執行期間從2010~2017年，共計四年，補助經費為3,910萬歐元，主責單位為德國聯邦經濟與能源部（BMWi），推動重點為協助供應鏈上各階段間的ICT介面能互相溝通與標準化，包括15項重點子計畫：1. InnoCyFer：基於仿生生產控制系統的客戶定製化生產；2. Smart Face：智慧工廠精益生產計畫；3. GEMINI：工業4.0的商業模式變革；4. InSA：共同工作環境下人機協作的防護和安全方案；5. MANUSERV：工業機器人作業時的計畫和決策支持；6. Smartsite：道路施工中自主互聯的工程機械和設備；7. ReApp：促成靈活的機器人自動化方案；8. Speedfactory：高速工廠；9. FTF out of the box：手勢和語音辨識的無人駕駛運輸車輛；10. CultLab3D：高速3D掃描系統；11. Appsist：人機交互的實現；12. CoCos：資訊通訊基礎平台；13. Opak：即插即生產；14. InventAiry：實現快速精確的庫存盤點管理技術；15. motionEAP：以人為本的自主人機互動技術。
亮點個案-高速工廠
以Speedfactory高速工廠為例，該計畫是愛迪達鞋廠（Adidas）落實工業4.0的重要示範計畫，計畫的推動亮點在於落實「製鞋過程全面自動化」，實現製鞋加工過程無人化。圖2可見，其生產設備所占使用面積小，便於工廠規劃時靈活布局，以及在必要時移至它處。此外，高速工廠示範計畫也節省原物料庫存與物流環節所佔用的時間，可以大幅加快速度製作成品。
該計畫並希望未來能將製鞋業的產能由亞洲遷回德國，重振德國本土運動鞋、服裝產業。
基於該計畫所建立成功範例，愛迪達已經和高科技設備領導製造商Manz集團，宣布共同開發Speedfactory的基礎設施；依據2015年底的合約，由Oechsler AG擔任Speedfactory的實際營運方，目前已經在德國打造第一座Speedfactory，以試驗產線進行高品質運動鞋的生產製程測試。
資料來源：Adidas – Speedfactory“ als Revolution?
網址://www.youtube.com/watch?v=pi1ytHfICbI（搜尋日期：2017.04.20）。
圖2 愛迪達高速工廠的生產製造設備
亮點個案- 無人駕駛運輸車輛
以FTF out of the box計畫為例，該計畫重點是為物流場域，研發一款具智慧功能的無人駕駛運輸車輛。該車輛可根據供貨指令和人工控制的引導路線，自主在工廠內活動，並且可快速適應並熟悉周圍的環境。因此，只要透過語音，手勢等方式，管理人員即可下達任務指令。主要應用場域在汽車、航空、食品和運輸業中，進行實際地功能測試，測試功能包含運輸車輛自動定位，貨物自動升降等。
最終目標是使得一個管理人員可以同時控制多輛運輸車，降低自動化物流系統操作的複雜性，為客戶節省成本（請參見圖3）。
計畫合作夥伴包括Basler AG（工業相機製造廠商）、Götting KG（車輛自動化公司）、Jungheinrich AG（自動化倉儲設備廠商）、IPH漢諾威（語音/手勢識別的人機介面）、Universität zu Lübeck（呂北克大學）等。該計畫的技術整合挑戰在於，目前技術只能實現部分自動化的瓶頸，因為貨物的升降過程還需要操作員人工控制，且要有特殊技能。然而，全自動化系統的投入成本很高，加上技術困難，其中還需要搭配3D相機和智慧地圖軟體，讓車輛可以收集周圍環境的資訊。
如果測試驗證成功後，未來相關場域就可導入Jungheinrich AG（自動化倉儲設備廠商）的解決方案，協助倉儲工廠自動化無人化。
資料來源：https://www.iti.uni-luebeck.de/forschung/mobile-robotik/ftf-out-of-the-box.html （搜尋日期：2016.10.28）。
圖3 無人駕駛運輸車輛場景
小結
德國工業4.0計畫初推動時，均希望在實際產業現場中，找出符合個別產業需求的「智慧工廠」解決方案。而Autonomik fur Industrie 4.0就是一個政府引導標竿廠商，建立示範工廠案例，藉此將解決方案推到商業化的推動模式。
在該計畫下的推動案，必須初步具備一定成熟度的智慧製造特徵，並且被賦予「系統演化」的能力與期待，政府推動單位希望參與計畫的廠商，也可以藉由計畫盡早為商業化預作準備。
例如，愛迪達的高速工廠計畫，在規劃試點計畫之前，就提早安排商業化的前期準備工作，測試驗證過程中就已經鏈結具有量產能力的生產設備製造商，一旦測試驗證成功，就可擴大應用規模，早日完成在2017年在德國本土正式量產的目標。