工業 4.0 概論

一、工業 4.0 源起

所謂的工業革命，意指可讓經濟結構發生重大變化，科學技術上有了 重大突破，進而使國家社會等各方面產生進步的動能。回顧工業革命的歷 史，第一次工業革命是 18 世紀英國帶起的技術革命，它以蒸汽機發明帶 動的動力革命，從此動力機器取代手工勞動的時代。第二次工業革命是指 1870 年至 1914 年間的期程，1860-1870 年間電器發明開始蓬勃的出現；1866 年德國西門子研發出發電機，1870 年比利時格拉姆發表了電動機，電力開 始改變機器作動方式，變成替補蒸汽動力的能源新技術。產業科技由電力 應用帶動的能源革命，製造方式改變為生產線大量製造模式，1970 年代，

更新一代的發電機發明出現，帶來了電能和機械能量的變換。之後，電鑽、

電焊機等工業電氣產品開始大量的出現市場上。電力工業和電器製造業快 速的發展，世界進入了「電氣時代」，全球經濟更是蓬勃的發展。第三次 工業革命是在蒸汽技術和電力技術革命出現之後，由電腦資訊技術帶動的 IT 革命，資訊應用的數位化技術使傳統製造工業更加自動化，進而降低工 作成本。工業 4.0 也就是第四次工業革命，是人類正在進行中的一場革命，

以虛實整合系統(Cyber Physical System, CPS)及物聯網(Internet of Things, IoT)為核心概念，透過網際網路通訊科技、連結設備端轉換資訊端(虛擬化) 科技、大數據分析科技、物聯網科技等，大幅提升生產效率，藉由智慧工

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廠(Smart Factory)，提供產品與客製化服務的供應能力，串聯企業價值與商 業夥伴，如圖 2-1 所示(行政院科技會報辦公室，2015)。

圖 2-1 工業革命與臺版生產力 4.0 產業發展演進歷程 資料來源：行政院科技會報辦公室(2015)

二、工業 4.0 在各國的發展狀況

「工業 4.0」指的是以智慧製造為主導的第四次工業革命，各國對此 次工業革命的稱呼有所不同，底下探討世界各強國對工業 4.0 的發展策略 與狀況。

德國：2011 年德國漢諾威工業展開幕典禮時，梅克爾總理宣布德國 將進入第四次工業革命時代，這是工業 4.0 名詞最早出現的時候，2012 年 由德國國家科學與工程院院長(Henning Kagermann)和全球最大汽車零件 廠 Robert Bosch GmbH 為代表，組成工業 4.0 工作小組，於 2013 年 4 月 8 日向德國政府提出「工業 4.0」發展建議的完整報告，正式向世人宣告工

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業 4.0 的時代已經來臨，德國聯邦政府也將工業 4.0 納入「高科技戰略 2020 行動計畫(High-Tech Strategy 2020 Action Plan)」的十大未來計畫，將投資 2 億歐元，讓德國繼續在全球的製造產業保有領先優勢。

在民間企業積極配合下，預期德國官方投入資源會持續增加。德國聯 邦經濟能源部在 2015 年報告，預估 2020 年時，透過工業 4.0 可提升國 家經濟效益，製造業整體成長約 8.1%，其中汽車、機械、電子、資訊及通 訊等產業皆會有高於 13%的成長幅度，且至 2025 年時，物聯網、雲端智 慧、自動化機器人等產業將會成為支持德國產業的重點（林蒧均，2015）。

德國提出的工業 4.0 計畫，強調其高階產品的製造工業，例如汽車、

航空、基礎建設、化學製程、能源、交通控制、健康、娛樂和消費性電子 產品等，以 CPS (Cyber-Physical System, CPS) 為核心技術，而人則升級為 掌控操作者，強調利用其扎實的工業基礎，結合 CPS 新一代的技術，進 而變成新一代智慧工廠。

工業 4.0 將會造成勞動力向高附加價值服務端的轉移，低技術的工作 會減少，高端技術的作業會增加，包括研發設計、控制作業和 IT 相關的 工作；研究設計方面則變得更為複雜，跨功能機構及跨公司夥伴網路的需 要會不斷增加。

美國：2009 年 4 月，剛剛上任的美國總統歐巴馬演說中，提出將重振 製造業作為美國經濟長遠發展的重大戰略。同年 12 月，美國政府提出「重 振美國製造業框架」，歐巴馬一上任便提出一系列「再工業化」政策，吸 引長期外移之製造業回流，其中最重要的是「工業網際網路」（美國工業 4.0），儘管稱呼不同，但這兩個概念的基本理念一致，就是將虛擬網絡與 實體連接，形成更具有效率的生産系統，藉由網路經濟服務推動「先進製 造業」。

2011 年，美國總統的科學和技術顧問委員會（President’s Council of Advisors on Science and Technology, PCAST）提出「確保美國先進製造領導

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建議報告」，並組成先進製造夥伴委員會（AMP Steering Committee）。2011 年 6 月，美國總統歐巴馬宣布啟動先進製造夥伴（AMP），並預計 4 年間 投入 5-10 億美元。此計畫的目標有四點: （1）強化國家安全產品的美國 本土製造能力；（2） 縮短先進材料由開發到推廣上市的時間；（3）聯合 NASA 等部會開發下世代智慧機器人；（4）研究開發創新的製造技術與材 料以節能製造成本與能源消耗。

2012 年 3 月，再宣布「先進製造業國家戰略」，通過積極政策，鼓 勵製造企業回歸美國，準備設立約 15 個區域性製造創新研究中心。上述 計劃包括兩條主線，一是調整、提升傳統製造業結構及競爭力，二是發展 高新技術産業，提出發展包括先進生産技術平臺、先進製造工藝及設計與 數據基礎設施等先進數字化製造技術。綜觀一連串政策，從歐洲國家近來 的說法，稱之「再工業化」，旨在提升製造能力，使製造業回流美國，進 而創造就業機會。

美國的「再工業化」其實較早於德國提出的工業 4.0，但在後續研究 計畫中，也有許多智慧製造的概念在其中。從「再工業化」整體看，長期 目標是建立一套符合節能環保計畫，同時又擁有高效率的全新製造工業化 體系，企圖取回全球製造業龍頭的地位。因美國的政策計劃在加深擴大製 造業的基礎，工業 4.0 作為製造業升級的重要策略，必然對「再工業化」

有廣泛的助益影響。(汪建南、馬雲龍，2016)

日本：相較其他強國的製造業國家級政策，日本並沒有相對應的工業 4.0 版本，不過 2014 年日本製造產業白皮書，首次提到德國工業 4.0 的議 題，指出日本製造業必須嘗試建立可提升獲利的新興產業，才能使企業不 斷成長進步。重點產業有如 3D 列印技術、機器人、再生醫療健康、新一 代環保車等新興產業。未來須加速新興技術使其達到經濟規模的商業模 式。

隨著德國工業 4.0、美國的先進製造夥伴（AMP）等計畫的如火如荼展

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開，日本因應經濟成長下滑與高齡人口化社會，以發展網路資訊技術與人 工智慧產業為日本工業智慧化（日本工業 4.0）重點策略。日本版工業 4.0 計畫是由企業界所組成的「工業 4.1J」與「產業價值鏈主導權」兩大聯盟。

日本「工業 4.1J」不是一個日本政府主導計畫，而是由 VEC 與 NTT Communications 於 2015 年 3 月所發表啟動的一項試驗計畫。日本「工業 4.1J」的試驗結果將開放給所有企業使用，而非僅是 VEC 會員與 NTT Communications。根據日經報導與 NTT Communications 新聞稿指出，日本

「工業 4.1J」取名的定義為：”4.1”表示安全等級比”4.0”高，而”J”

表示源自於日本（Japan）。

日本最近也由日產汽車、三菱電機等近 30 家企業組成聯盟，組成的名 稱為「産業價值鏈主導權（Industrial Value Chain Initiative，簡稱：IVI）」，

為共同探討未來智慧工廠與生產的技術標準化。此次日本企業組成的聯盟 的名稱為「産業價值鏈主導權（Industrial Value Chain Initiative，簡稱：IVI）」。 表 2-1 為研究者對兩大聯盟差異整理的彙整表:

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表 2-1 日本工業 4.0 兩大聯盟 Communications 、 Azbil 、 Azbil Security Friday 、 OSIsoft Japan、太陽電子、

JT Engineering、Schneider Electric 日 本 、 立 花 ELETECH 、 Digital Electronics 、 BellChild 、 富士電機、邁克菲日本、村 田機械、安川電機等。

「産業價值鏈主導 權（Industrial

Value Chain Initiative，簡

工程、九大任務、十大重點領域」，進一步說明如表 2-2 分析。

項目 政策簡介

十大重點領域

十大重點領域包括(1)新一代資訊通信技術產業、(2)高 檔數位控制設備和機器人、(3)航空航太設備、(4)海洋 工程設備及高技術船舶、(5)軌道交通設備、(6)節能與 新能源汽車、(7)電力設備、(8)新型材料、(9)生物醫藥 及醫療器械、(10)農業機械設備。

資料來源：中國國務院（2015）及本研究整理

「中國製造 2025」是中國政府強力領導民間的工業 4.0，為邁向製造業 由大到強的重要計畫，中國總書記習近平曾指出創新技術決定了製造業的 未來命運，推動製造產業數位化、智慧化與網路化，使工業化與資訊化結 合邁入製造強國境界。在各國競爭越趨激烈的情況下，需積極充分把握此 次變革所帶來的未來機會。

韓國：韓國版的工業 4.0，是由韓國產業通商資源部於 2014 年 6 月提 出「製造業創新 3.0」（Strategy for Manufacturing Industry’s Innovation 3.0）。

韓國透過推動「韓國製造業創新 3.0」，尋求 2012 年朴槿惠總統上台 後所提出的「創造經濟」政策。「韓國製造業創新 3.0」最大的重點在於整 合 IT、軟體實力創造出新興產業及提高產業附加價值，企圖將韓國從後進 國家的追趕型產業策略，轉變為領導型策略，提升韓國製造業的全球競爭 力。近期計畫的重點目標如下，可以發現策略聚焦「汽車、電子、機械、

時尚」四大產業。其中電子產業數量最多，汽車產業次之，整理如表 2-3。

表 2-2(續)

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表 2-3 韓國智慧工廠短中長期目標

時程 內容目標

2017 年前，投資 一萬億韓元研發

物聯網、3D 列印、智慧雲端

2015 年開始建立 350 家 ICT 智慧 工廠

電子產業目標 120 間:如三星集團、LG 集團。

汽車產業目標 100 間:如現代汽車。

機械產業目標 50 間:如曉星集團、斗山集團。

時尚產業目標 50 家:如 Jell texture。

2017 年建構新興 產業和研發技術

目標前瞻產業，如智慧機器人和智慧汽車。

2020 年創建一萬

家 ICT 智慧工廠 中小企業。

資料來源：中華經濟研究院（2015）及本研究整理

台灣：因應德國工業 4.0 政策及中國大陸「中國製造 2025」政策，台 灣也推出台版的「生產力 4.0」計畫。十年期計畫上路初期，將優先在 3C、

醫療、工具機、金屬加工、物流、食品與農業為七大應用領域產業，導入 物聯網、大數據及智慧機器人。為快速反應全球趨勢並協助國內產業轉型 升級，我國推出的「生產力 4.0」策略，是藉由德國工業 4.0（智慧機械）

及美國 AMP 計畫（資通訊）結合整理出的優勢，再加上精實管理，運用

及美國 AMP 計畫（資通訊）結合整理出的優勢，再加上精實管理，運用