工業4.0之發展模式與關鍵成功因素分析 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學. 企業管理研究所(MBA 學位學程). 碩士學位論文. 政治大. 立工業 4.0 之發展模式與關鍵成功因素分析. ‧ 國. 學. The Development Model and Key Success Factors of. ‧. Industry 4.0. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 指導教授：洪為璽博士研究生：蘇仕豪撰. 民國一零七年九月 I. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(2) 摘要工業 4.0 以智慧製造為出發點，能妥善運用生產數據與資訊整合，進行產線的動態彈性調配，且整合式資訊系統亦能使資訊便於流通，使經理人能夠更準確快速進行判斷與決策，加速產品生產流程。然而台灣目前尚未有完整的轉型策略，本論文嘗試以歐洲製造強權的發展經驗，根據其工業 4.0 實際做法，找出其中的關鍵成功因素，並歸納一套發展模式以供台灣企業借鏡。本論文主要以多重個案比較法，經由建構西門子、艾波比、施耐德電機三間領導企業的工業 4.0 發展歷史，透過主題式分析，比較其發展的相同因素與相異因素，找出工業 4.0 發展的. 政治大循一套特定的發展模式，在本論文中詳述了各項因素的特點，並解釋因素之間的立關鍵成功因素。經由解析各項因素之間的連結關係，能夠發現工業 4.0 的發展遵. ‧ 國. 學. 因果關聯性，最終形成一套完整的發展模型。根據本論文提出的工業 4.0 發展模式，台灣製造業得以思考企業的發展策略，並建構數位轉型計畫。. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 關鍵字：工業 4.0，製造業，產業轉型，發展模式，關鍵成功因素. IV. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(3) Abstract Industry 4.0 can use production data and integrated information to make a production line perform dynamically and flexibly. Industry 4.0 can also make information circulate easily and enable managers to make decisions more accurately and rapidly. The production process can be accelerated by those benefits. However, enterprises of Taiwan do not have complete transformation strategies for Industry 4.0 yet. This thesis tries to find out the key success factors and conclude a development model. 政治大 development histories 立 of Siemens, ABB and Schneider electric were. from the cases of European manufacturing enterprises. In this thesis, the. ‧ 國. 學. constructed through multiple cases comparisons. The same and the different factors were compared to find out the key success factors of. ‧. industry 4.0 development through thematic analysis. By analyzing the. sit. y. Nat. links among various factors, it could be found that the development of. al. er. io. industry 4.0 follows a specific development model. The characteristics. v. n. of factors were discussed, and the causal correlation between the factors. Ch. engchi. i n U. was explained to form a complete development model. In accordance with the industry 4.0 development model proposed, Taiwan's manufacturing industry is able to construct the development strategy and transformation plan.. Keywords：Industry 4.0, manufacturing, industrial transformation, development model, key success factors. V. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(4) 謝誌時光荏苒，重回到研究所進修的這一年半歲月，不知不覺就要過去了。遙想剛進 MBA 的時候，懷抱著渴望的心情追求知識，歷經嚴厲的訓練，最終帶著滿載而歸的知識，揚帆前往人生的下個階段。能完成這篇論文，首先要感謝我的指導教授洪為璽副教授，在我研究遇到瓶頸的時候，能夠給予我寶貴的建議，指引我朝向正確的方向前行，終而完成這篇得來不易的研究論文。其次我要感謝志帆、盈意、仁凱、嘉益、意翔、中維、峻廷、冠今以及其他. 政治大我許多的幫助，並且一起度過許多歡樂的日子。立. 所有 MBA 的學長學姊同學們，在繁忙的課業裡，在討論不完的小組報告裡，給予. ‧ 國. 學. 最終要感謝我的父母，在我工作多年後，仍願意支持我離開職場繼續進修，你們的支持，是我撐過這段艱困研究生活的支柱。. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. VI. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(5) 目次書頁................................................................I 博碩士論文上網授權書...............................................II 學位考試委員審議通過書............................................III 中文摘要...........................................................IV 英文摘要............................................................V 謝誌...............................................................VI 目次..............................................................VII. 政治大第一節研究背景與動機..........................................01 立. 第一章緒論........................................................01. ‧ 國. 學. 第二節研究目的與內容..........................................02 第三節研究範圍與限制、方法.....................................03. ‧. 第二章文獻探討....................................................05. sit. y. Nat. 第一節工業 4.0 之定義與內容....................................05. al. er. io. 第二節虛實整合系統............................................10. v. n. 第三節煎蛋模型................................................13. Ch. engchi. i n U. 第四節關鍵成功因素............................................16 第三章研究設計與方法..............................................20 第一節研究方法................................................20 第二節研究架構................................................22 第四章研究結果與分析..............................................24 第一節工業 4.0 個案公司發展模式................................24 第二節工業 4.0 發展模式建構....................................39 第三節工業 4.0 發展模型與關鍵成功因素..........................45 第五章結論與建議..................................................51. VII. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(6) 第一節研究結論與貢獻..........................................51 第二節未來建議................................................53 參考文獻...........................................................55 中文部分.......................................................55 英文部分.......................................................57 附錄文本分析引用來源..............................................63. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. VIII. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(7) 表次表 4-1 西門子在千禧年以後的重點發展事件.............................25 表 4-2 感測器比較表................................................40 表 4-3 工業雲平台比較表............................................41 表 4-4 合作企業比較表..............................................43. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. IX. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(8) 圖次圖 1-1 製造業自動化發展歷程.........................................02 圖 2-1 工業革命沿革歷程.............................................06 圖 2-2 虛實整合系統的示意圖.........................................11 圖 2-3 CPS 的 5C 架構................................................13 圖 2-4 煎蛋模型.....................................................14 圖 2-5 工業 4.0 與 6M+6C 架構........................................16 圖 4-1 西門子自動化工業解決方案....................................27. 政治大圖 4-3 西門子 Mindsphere 立示意圖......................................29 圖 4-2 西門子 Mindsphere 層級架構....................................28. ‧ 國. 學. 圖 4-4 艾波比 Control Room 架構圖....................................33 圖 4-5 艾波比 Control Room 實體示意圖................................34. ‧. 圖 4-6 工業自動化事業體占比........................................35. sit. y. Nat. TM 圖 4-7 ABB Ability 運作示意圖......................................36. al. er. io. 圖 4-8 EcoStruxureTM架構圖..........................................38. v. n. 圖 4-9 工業 4.0 發展模式架構圖.......................................44. Ch. engchi. i n U. 圖 5-1 煎蛋模型要素關聯性..........................................51. X. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(9) 第一章緒論第一節研究背景與動機一、研究背景我國自民國 70 年以來，開始進行製造業自動化發展，經歷過資本密集、技術密集與創新密集三個階段，締造了良好的製造業基礎，並在先進科技的發展面向上，以卓越技術與低成本的優勢，成為近代科技產品的重要零件供應國。程式化、整線化、電子化是台灣製造業自動化的重要進程，起先透過可程式. 治政大整線化，最後引進將企業管理與製造 e 化，將生產資訊電子化。台灣製造業以成立. 化控制器使機器設備的自動化得以實現，再應用電腦數值控制高度精密機械設備. 板製造等主要產品輸出，為台灣帶來科技榮景。. 學. ‧ 國. 功的自動化生產模式，展開了產品代工營運模式，包括晶片設計、晶圓製造、面. ‧. 然因產品的生命週期縮短，國際產業趨勢逐漸轉向少量多樣的客製化發展，. y. Nat. 傳統整廠整線化的生產模式難以對應客制化生產的需求，成本的控制不再如大量. er. io. sit. 批次生產時容易；在客製化發展的模式下，針對產品的開發的重心也將從產品價值本身，轉換為以客戶價值導向為主。同時間開發中國家也努力的搶進量產市場，. al. n. v i n 而先進國家也致力於發展高端技術製造業，台灣正面臨嚴峻的競爭環境。以目前 Ch engchi U. 國內的形勢分析，人口分布逐漸邁向高齡化，加上少子化現象，未來勞工人口預期將會減少，且人均產值成長均緩，台灣必須進行新的產業轉型計畫。我國在民國 104 年，參考先進國家如德國之工業 4.0 計畫與美國 AMP 計畫，擬定「生產力 4.0」發展策略，期望透過物聯網、智慧機器人與大數據等技術，與精實管理，來達到新一波的製造業自動化躍進(行政院，2015)。. 二、研究動機當前對於「生產力 4.0」發展策略的進行，仍處於「戰略」階段，國內製造業對於發展新的製造業自動化雖然有濃厚的興趣，但多苦於不知從何下手改善公. 1. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(10) 司，亦即未有確切的發展「戰術」，對於不同產業實際而言應該引進何種改進方法，仍未有具體方向。他山之石，可以攻錯，台灣的專長在於硬體製造強勢，與歐洲製造強權如德國、瑞士等國產業性質相近，本研究寄望透過探索自歐洲企業發展出的工業 4.0 實際做法，為台灣國內如何進行轉型提供參考方向。. 圖 1-1 製造業自動化發展歷程. 學資料來源：(經濟部工業局，2015). io. er. n. al. sit. y. Nat 第二節研究目的與內容. 一、研究目的. ‧. ‧ 國. 立. 政治大. Ch. engchi. i n U. v. 針對工業 4.0 的發展模式，目前僅有提出的煎蛋模型架構裡，6M+6C 結構的理論能系統性地用來描述發展所需的 12 個面向，6M 包括材料(Material)、機器(Machine)、方法(Methods)、量測(Measurement)、維護(Maintenance)、模型 (Modeling)，6C 包括連接(Connection)、雲端(Cloud)、網絡(Cyber)、內容(Context)、社群(Community)、客製化(Customization) (李傑，2016)。本論文藉由探索施行工業 4.0 的企業其實際發展作為，以煎蛋模型作為分析參考，探討每個面向裡的關鍵成功因素，以期未來台灣企業能藉此研究結果，規劃生產力 4.0 的轉型藍圖(Roadmap)。. 2. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(11) 二、研究內容本論文之研究內容將分為以下幾章：第一章內容包括研究背景與動機，研究目的與內容，以及研究範圍與限制、方法。第二章介紹研究所需的文獻探討，包括工業 4.0 的定義與內容，虛實整合系統的概要，以及煎蛋模型的架構，關鍵成功因素的說明。第三章說明本研究設計流程，所使用的分析方法以及整體研究架構。第四章則以煎蛋模型為主，分析工業 4.0 企業的各個關鍵成功因素，與透過. 政治大第五章將會以研究所得出的結果，大膽的建議台灣於生產力 4.0 的發展方立. 歸納法檢視此煎蛋模型是否適用於工業 4.0 的發展模式。. ‧. ‧ 國. 學. 向。. 第三節研究範圍與限制、方法. y. Nat. er. io. sit. 一、研究範圍與限制. 本論文的研究範圍以歐洲工業 4.0 企業為主，主要是台灣製造業結構與歐洲. al. n. v i n 製造業較為類似，適合做為學習參考的對象。其他先進國如美國、日本其發展重 Ch engchi U 心在於運用其先進的軟體優勢，以網路經濟服務來推動製造業發展，其模式相較之下可能並不完全適宜台灣企業參考。本論文的研究以文獻探討為主，因經費、時間以及能力之不足，本論文將不親自拜訪實施工業 4.0 的歐洲企業逐一訪談，進行實地考察，而是以各著者發行的書籍之資料作為分析討論使用，透過學術論文、政府文稿、專刊著作等資料的收集予以資料的彙整與歸納。. 二、研究方法本論文主要是以「多重個案研究法」與「次級資料分析法」進行。採用多重. 3. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(12) 個案研究法的主因是針對工業 4.0 企業發展的資料所牽涉的範圍很廣，難以用量化的數據資料做科學化的數據分析，因此本研究主要針對工業 4.0 發展特性比較的質性研究為主；且具一定規模的企業發展的面向較為全面，故針對少數幾家大企業做多重個案研究的質性研究較為適當。為深入了解歐洲為何發展工業 4.0 的動機，探究其企業背景與發展沿革是至關重要的，此處以次級資料分析法切入，透過網路購書以及國家圖書館資源，廣泛蒐集歐洲企業工業 4.0 的發展資料，再透過文獻分析法與歸納法，與煎蛋模型作質性比較，驗證其理論是否完備，以及歸納工業 4.0 的發展模式。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 4. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(13) 第二章文獻探討第一節工業 4.0 之定義與內容一、工業 4.0 的源由「工業 4.0」一詞最早出現於 2011 年德國漢諾威(Hannover)工業博覽會，並於 2012 年 10 月由博世(Bosch)帶領的工業 4.0 小組，向德國政府提出一套完整的工業 4.0 發展建議，最終於 2013 年 4 月漢諾威工業博覽會上正式提出最終報告《工業 4.0 策略執行建議》(Recommendations for implementing the strategic. 政治大. intiative INDUSTRIE 4.0)，正式宣告工業 4.0 進入人類工業發展歷程，2013 年被稱為工業 4.0 元年。. 立. 上個世紀末，先進國家逐漸邁向虛擬經濟，以美國為首的國家傾向於發展金. ‧ 國. 學. 融業與服務業，試圖將製造業轉移至開發中國家，進行「去工業化」，並不斷的. ‧. 發展以網路為主的虛擬經濟體系，唯有德國堅持以工業為基礎的實體經濟，透過. y. Nat. 強健的製造業結構與卓越的硬體研發能力打穩根基，當 2008 年全球因金融風暴. er. io. sit. 陷入經濟危機時，全歐洲僅有德國屹立不搖。然而正也因為金融風暴，其他先進國家開始意識到去工業化造成的製造業空洞化，正是造成經濟不穩的元兇，美國. al. n. v i n 的網路巨頭開始收購具有創新能力的新創公司與製造業公司，試圖以其強大的網 Ch engchi U 路資源進行虛實經濟整合，試圖進行「再工業化」，重啟經濟發展。. 德國政府意識到如蘋果、亞馬遜此類的網路經濟巨頭，如果再持續將製造業併購於其下，則總有一天將會成為製造業領域的新龍頭，屆時德國的製造業優勢將不復存在。在此情形下，德國不僅在網路經濟上輸給其他先進國家，長久以來引以為傲的工業科技也將不再強勢，有鑑於此，德國政府與學產業界決定合作，主動發起虛擬與實體經濟結合的工業製造轉型計畫，冀望全新的工業革命能為德國再度帶來繁盛，這場工業革命被稱為「工業 4.0」。「工業 4.0」的命名界定來自於，德國將工業革命的進程區分為幾個階段。第一個階段是以蒸汽動力為主，大量的機器設備被運用於製造生產上，是為「工 5. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(14) 業 1.0」；第二個階段以電氣化為其特徵，工廠開始能大規模化生產為其主要特色，批量生產式的生產模式為此時期的代表，是為「工業 2.0」；第三個階段的特點在於控制與資訊技術，使產品品質得以大幅提升，降低了管理成本，且工廠生產的精細度與複雜度也得以提升，是為「工業 3.0」。自工業 3.0 以來，產品的生產流程日趨複雜，其對應的產業供應鏈與商業活動的複雜度幾乎已超越人腦所能勝任的範圍，在此需要引進智慧化流程協助管理層進行分析，讓智慧化系統進行龐大的決策運算與樹狀模擬，經理人得以從中得到輔助並進行最終的決策，這就是「工業 4.0」期望達成的目標。換言之，工業 4.0 的核心在於智慧化，透過將虛擬網. 治政大體物理環境中發生的狀況，透過虛擬網路系統裡的模擬，判斷可能會發生的問題立路與實體物理環境合併的「虛實整合系統」(Cyber-Physical System, CPS)，將實. 或狀況，管理者再根據分析得出的資料，做出更快速、正確的決策。. ‧ 國. 學 ‧. 圖 2-1 工業革命沿革歷程. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 資料來源：(Recommendations for implementing the strategic intiative INDUSTRIE 4.0，2013). 6. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(15) 二、工業 4.0 的智慧製造在智慧製造的展望情境裡，當產線的儀器出問題時，替換的零件馬上就可以送到，不再需要等待而讓儀器停擺，損失產能；在另外一個情境下，當客戶的產品開始出現問題時，供應商可以馬上到府維修，更甚者，可以根據客戶的使用狀況，針對其作產品最佳化的服務。這樣即時回應需求的生產模式，幾乎達到零等待零無謂消耗，以求生產效率最大化，這是工業 4.0 於製造上所追求的目標。欲達到此項最佳生產效率，其流程須從將人、設備、產品、物料嵌入感應器，然後大量採用自動化設備，結合 MES 與 ERP 系統，將採集所得到的生產模式進. 政治大屬困難的部分，當屬智能分析的部分，常見在實務協助企業改造過程裡，裝設了立行智能分析，可以預測設備故障、產品生產良率與客戶使用狀況。這當中發展最. ‧. ‧ 國. 最佳化。. 學. 大量的感測器到自動化設備上，卻不知道該如何運用這些數據，以協助達到產能. 欲解決以上問題，虛實整合系統在智慧製造領域裡亦起了關鍵作用。虛實整. sit. y. Nat. 合系統原理在於從現實物理環境裡，取得大量數據後，透過將資料到資訊的轉化，. al. er. io. 配合網路空間的數理模型，建構實體空間的分析模型映射，人員再透過分析模型. v. n. 研究各種工程狀態的模擬實驗結果，來將製程最佳化。換言之，將虛實整合系統. Ch. engchi. i n U. 應用於工業 4.0 上，是一種資料創造價值的過程，最終目標是達到預測式生產系統，在問題發生前就透過模型預測達到預防效果，從現有的問題預防式生產，轉變成問題預測式的生產模式。. 三、工業 4.0 的特徵在《工業 4.0 策略執行建議》報告書裡提到，工業 4.0 並不僅僅是針對單一工廠或產業進行智慧化，而是透過物聯網技術，將整個產業價值鏈透過連結，進行縱向與橫向的高度整合，將整個社會的工業生產邁向合同智慧化生產模式。其主要的三個特徵詳述如下： (1) 透過價值網絡達成水平整合 7. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(16) 工業 4.0 透過價值網絡，將不同的商業模式與迥異的企業文化進行橫向整合，從而改變產業整體的商業模式。 (2) 端對端工程整合橫跨整個價值網在工業 4.0 發展模式下，企業得以透過網絡進行端對端的工程連結，同時間建模(modeling)技術能在複雜的科技系統管理上發揮良好的作用。 (3) 垂直整合與網路化的製造系統此處垂直整合主要是指智慧工廠，智慧工廠的製造流程不再是事先固定的，而是先建構一系列資訊技術組合，再根據不同產品所需不同的生產流程，自. 治政大結合以上三個構面，工業 4.0 企業才能在不斷變動的產業環境下，持續保持立動生成最佳生產組合流程。. 競爭優勢。. ‧ 國. 學. 四、先進國家的新製造業發展情形. ‧. 自德國發表工業 4.0 以來，此股製造業革新的風潮席捲全球，各個先進國家. sit. y. Nat. 為了保持在製造業的領先地位，以及解決現有的製造業問題，紛紛根據各國的競. (一)德國. al. n. 其發展策略。. er. io. 爭力條件，設定自己的新製造業發展策略。以下將就德國、美國、日本簡略介紹. Ch. engchi. i n U. v. 作為傳統工業強國，德國的競爭力來自於其紮實的技術研發能力，以及完整的製造業產業結構。基於網路經濟落後於美日等國的因素，其新製造業的要點在於，將網路技術應用於傳統的生產管理上，並發展智慧製造技術，將製造業全面升級為數位化與網絡化生產。透過所有生產要素物物相連的智慧管理機制，以期使整個產品與服務結合產生全新的商業模式(林士蕙，2015)。工業 4.0 此概念在德國當地已經獲得政界、學界以及產業界的普遍支持，德國政府將「工業 4.0」列入《高科技策略 2020》十大發展專案之一，而學術單位 Frauhaufer Institute 亦將「工業 4.0」列入旗下研究所的研究範疇，業界如 Simens、. 8. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(17) Bosch、BSF 等均紛紛投入「工業 4.0」研究發展，預期在 2020 年將會帶來約 8.1% 的製造業成長(林蒧均，2015)。 (2)美國美國的優勢在於擁有全球最強大的網路經濟，以及數據資料與分析能力，然因「去工業化」浪潮的影響，美國本土的製造業漸漸外移至海外，形成製造業空洞化的現象。在 2008 年金融海嘯後，美國政府深深感受到僅有網路經濟是不足的，實體製造業經濟仍為支撐一國之重要根基，興起「再工業化」趨勢。 2011 年美國總統歐巴馬發布了《先進製造夥伴聯盟》(ADVANCED. 治政大投入資金來強化國土安全製造業的開發(2)縮短先進材料的開發與應用週期(3)美立. Manufacturing Partnership, AMP)計畫，其中的重點包括四個項目：(1)美國政府需. 國國家科學基金會與美國太空總署等部門須聯合投資新一代智慧型機器人的研. ‧ 國. 學. 發與製造(4)研發新的技術與材料以削減製造成本與能源消耗。隨後美國更在境. ‧. 內成立「國家製造創新網路」(National Network for Manufacturing Innovation,. y. Nat. NNMI)，試圖集合境內科技創新力量，在美國本土形成新的製造業競爭力。. er. io. sit. 雖然目前美國的製造業不若德國發達，然而美國在很早就為了生產透明化發明虛實整合系統，就大數據分析與平台技術的成熟來看，美國在新製造業所需的. al. n. v i n 智慧製造系統開發已有相當的基礎。當前美國已經研發出一套智慧預測工具，能 Ch engchi U 夠將機台產生的資訊進行分類與建模，且能針對設備進行健全性評估，以及預測設備故障並排除，上述功能相累加便能達成局部的製造透明化與智慧化，由此來看，美國在新製造業上將有著非常驚人的潛在競爭力(韋康博，2015)。 (3)日本. 日本自泡沫經濟以後，長期處於經濟疲乏的狀態，再加上人口結構已然邁向高齡化，當前日本的發展目標則是以智慧化的無人工廠為主，希冀能大幅提升效能與節省人力。由於日本是僅次於美國的資訊產業大國，其發展重點也是透過卓越的網路資訊技術，以實現人工智慧產業。相較於其他國家是由政府政策規劃方案並推動新製造業，日本則是由企業自 9. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(18) 主發起「產業價值鏈主導權」聯盟，透過產業之間的互助合作，以跨產業與跨公司的商業模式，將各個企業串連起來，使得整個產業形成一個巨大的價值網，以達到產業互聯網化。雖然日本政府並未主導新製造業的產業規劃，但在「日本製造業白皮書」中，對於工業 4.0 的發展仍給予深切的重視，並在後續陸續給日本企業許多建議如引進機器人、資訊技術等，作為監督者協助日本企業發展新製造業(陳佳安，2015，中山淳史，2015)。日本強大的地方在於，網路資訊技術不僅發達，其製造業也並未偏廢，且日本擅長快速吸收外來的技術，跳過繁瑣的基礎研究，轉化成屬於本土特色的技術. 政治大. 創新體系。在此根基上，日本將在智慧化製造領域裡，找出一條適合高齡社會的製造業之路，值得借鏡。. 第二節虛實整合系統. 學. ‧ 國. 立. ‧. 一、虛實整合系統的內容. y. Nat. sit. 在邁向製造業智慧化的過程中，其最核心的關鍵是「虛實整合系統」. n. al. er. io. (Cyber-Physical System, CPS)，此系統是一個具有清晰架構與完整流程的技術體. i n U. v. 系，自資料蒐集起始，能進行分類、排序、歸納、解析、決策等製造業流程處理，. Ch. engchi. 並能夠根據設備維護、廠端整合、商業模式等應用進行彈性的規劃，是智慧化發展的必須要素。整個虛實整合系統分為虛擬網路環境與實體物理環境。在實體物理環境裡，透過感測器盡可能蒐集各式各樣的數據，將大量的資料輸入至虛擬網路環境，經由模型建構一個能夠反映真實環境狀況變動的模組。透過實體環境持續的資料輸入，虛擬環境能夠不斷的自我修正模型，當實體環境需要解決未知的問題時，便能夠由虛擬環境模擬進行沙盤推演，提供可能的最佳解決方式，並且再經由實體環境實施解決方案後的回饋，持續反覆地將模型自我學習至最佳化。換言之，虛實整合系統的目的在於建立網路-實體的相互映射，並實現網路-實體的交互作用， 10. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(19) 在網路-實體持續的相互指導下，使得整個智慧化系統逐漸趨於至善，以達充分提升用戶的整體價值。. 圖 2-2 虛實整合系統的示意圖. 政治大. 立. 資料來源：(Design World，2015). ‧ 國. 學 ‧. 二、工業 4.0 下的 CPS 架構. sit. y. Nat. 美國 Intelligent Maintenance Systems研究中心根據工業 4.0 所需的智慧. al. er. io. 化要素，於 2015 年提出了建構工業 4.0 所需要的CPS架構，其中包括了 5 個層. v. n. 次的建構模式，自底層到頂層分別是(1)智慧感知層(2)資訊挖掘層(3)網路層(4)認. Ch. engchi. 知層(5)配置層，以下再分別依各層次進行說明：. i n U. (1) 智慧感知層這個層面是一切的基礎，在機器與零件上，如何以高效率與高穩定度來進行資料擷取與傳輸，目前全世界正在建立更具穩定性的擷取網絡，諸如 WiFi、LoRa、 LPWAN 等無線通訊技術研發正如火如荼的進行中。資訊的蒐集也並非是盲目地蒐集各種資料，在資料蒐集階段，即必須考慮專案目標與資訊分析的需求進行具有選擇性的資料蒐集，形成以分析目標為導向的蒐集策略。 (2) 資訊挖掘層在實務上，各個資訊系統彼此之間可能互不相聯通，如企業資源規劃(ERP) 、. 11. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(20) 製造執行系統(MES) 、供應鏈管理系統(SCM) 、客戶關係管理系統(CRM)等，經常是各自獨立運作的。經由橫向的資訊連結網絡，將這些系統彙整成一組有意義且實際的資訊，是此階段的要務。 (3) 網路層這個層面的重點在於網路內容的管理，例如單一機台每天會產生一組資訊內容，當使用者能夠將同一機台不同天數的資訊，或者同一天生產但所有類似機台的資訊進行統整與比較，使用者便能對整個系統的變化情形與狀態預測有更深入的了解。. 治政大此層面著重於匹配模型的運用，大量的資料於此已經建構能夠模擬實際機台立 (4) 認知層. 運作的模型，透過此模型來檢視每次輸入的資料，能夠偵測到異常的狀況，或根. ‧ 國. 學. 據累積資訊確診機台故障的可能性，提出可能事先預防故障的方案。此階段已能. y. Nat. (5) 配置層. ‧. 用來進行簡單的不良狀況認知，進行系統健康狀態識別。. er. io. sit. 此層面為決策階段，系統能夠早期故障檢測報告，由此發送相關資料給與系統管理人員，管理人員便能根據報告書所提供的資訊與建議方案，做出相對應的. n. al. i n 正確決策，以達到事先預防，減少成本損耗的目的。 Ch engchi U. v. 資料經過這五個自底層到頂層的結構，再經由資訊分析以及預測功能，最終. 能夠達成系統自我調整與自我最佳化的能力，並減低管理人員的負擔，達到更智慧化生產的階段。. 12. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(21) 圖 2-3 CPS 的 5C 架構. 立. 政治大. 學. ‧ 國. 資料來源：(Behrad Bagheri, NSF I/UCRC for Intelligent Maintenance Systems (IMS)， 2015). ‧. 第三節煎蛋模型. sit. y. Nat. io. al. er. 一、煎蛋模型. v. n. 工業 4.0 的目標除了透過智慧化製造來協助經理人進行複雜的決策，更為重. Ch. engchi. i n U. 要的特點在於產線針對個別客戶要求能進行快速回應的特質，使得少量多樣的客製化在未來的製造業將會成為主流。傳統製造業大量生產，著重的是產品本身的價值，而在未來工業 4.0 主導的製造業，著眼的將是從客戶的價值出發，客製化的產品如何做出符合客戶需求的價值，甚至找出客戶尚未察覺的需求缺口，在產品設計時就將隱性需求包內其中。製造業的價值延伸，可以煎蛋模型來描述。傳統製造業做到的是蛋黃的部分，亦即硬體產品，然而產品本身所具備的功能，其所帶來的服務延伸性，這塊蛋白的部分才是在未來主宰的關鍵。以智慧型手機為例，智慧型手機屬於蛋黃部分，本身的獲利狀況其實有限，然後智慧型手機背後的 APP 等聯通的各式各樣服務，. 13. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(22) 為這個產品帶來了無窮的商機，真正導致龐大商機的，是後續的大數據加值服務，這也正是一代手機巨人 Nokia 被後繼者超越的主因，因 Nokia 無法提供蛋白部分的創值服務。. 圖 2-4 煎蛋模型. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 資料來源：(《工業大數據：工業 4.0 時代的智慧轉型與價值創新》，2016). al. er. io. sit. y. Nat. 二、6M 與 6C 架構. v. n. 如果將煎蛋模型再仔細往下細分，蛋黃的部分是屬於硬體製造部分，蛋白的. Ch. engchi. i n U. 部分則是軟性服務範疇，6M+6C 模型架構正可以用來形容智慧化製造的具體內容。6M+6C 的智慧製造設計理念，最早由李傑博士於 2012 年提出，以做為未來製造業參考的依據方向，此模型的具體描述如下， 6M，指的是製造業中 6 個硬體面向，其具體內容包括： (1) Material(材料)：透過智慧生產規劃，使原物料的耗損達到最小化。 (2) Machine(機械裝備)：機器與機器之間能透過 CPS 進行自我運作最佳化，降低人力的介入需求，提升生產效率。 (3) Methods(方法)：針對客製化產品，產線能彈性搭配因應，以自動化產生製程並最佳化。. 14. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(23) (4) Measurement(測量)：透過即時的數據監控，系統能自動識別不良訊號。 (5) Maintenance(維護)：在設備達到故障前，即能預測使用的衰退狀況並提供應對方案，使設備故障時即能立即進行維護，達到零停機時間。 (6) Modeling(建模)：將生產流程與資料轉化成虛擬網路模型，此步驟為連結以上 5M 與 6C 的橋樑。 6C，指的是製造業中 6 個軟性服務面向，其具體內容包括： (1) Connection(連接)：強化物聯網連結的效率與穩定度。 (2) Cloud(雲端)：能在任何時間按需求獲取儲存與運算的能力。. 治政大 (4) Context(內容)：如何決定資料間的關聯性與有效資訊的決定。立 (3) Cyber(網絡)：分析模型的建構空間。. (5) Community(社群)：相異系統間的溝通與協同合作。. ‧ 國. 學. (6) Customization(客製化)：針對客戶需求滿足其所需的服務價值。. ‧. 現今的製造業可以經由這個架構進行強化，企業需要更加深入了解製造過程. y. Nat. 中產生的資料所隱含的資訊意義，再將這些資訊轉化為能夠指引生產方向的系統，. er. io. sit. 透過系統的判斷來進一步創造價值。. 雖然這個設計理念經常被引用，但目前尚未有系統性的探討如何運用. al. n. v i n 6M+6C 架構協助企業進行轉型。本論文的目的在於，深入了解先進國家的企業 Ch engchi U. 在工業 4.0 進展有何作為，並嘗試使用 6M+6C 架構分析其中的關鍵成功因素，以期能透過系統化的方法，將工業 4.0 的轉型要素實踐於當今的製造業中。. 15. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(24) 圖 2-5 工業 4.0 與 6M+6C 架構. 資料來源：(製造業專家李傑，2016). 政治大第四節關鍵成功因素立. ‧ 國. 學. 一、關鍵成功因素定義. 關鍵成功因素(Key Successes Factor, KSF, or Critical Successes Factor,. ‧. CSF)的概念，最早是由麥肯錫公司的D. Ronald Daniel於 1961 年所定義「成功. y. Nat. sit. 因素」，再經由Jack F. Rockart在 1979 年重新定義流程，透過系統化的方式探. n. al. er. io. 討「關鍵成功因素」。. i n U. v. 關鍵成功因素首先要定義何謂「成功」，亦即達成原先企業所設定的目標與. Ch. engchi. 願景，而「成功因素」即是達成目標所需要條件，「關鍵」則是在所有條件中必備之條件。在現實的系統裡，存在著許多的條件影響系統目標的實現，尋找關鍵成功因素的目的在於，透過針對這些關鍵成功因素的識別，找出邁向成功的所有因素的集合，再由這些因素決定企業進行開發時各項因素的優先次序。當管理者掌握該企業於該產業的關鍵成功因素後，便應該針對這些因素進行特別的注意與管理，一旦企業確保關鍵成功因素的實行，則能確保企業在產業裡能保有一定程度的競爭力，否則將無法達到預定的目標。. 二、關鍵成功因素的來源關於關鍵成功因素來源的探討有許多專著探討，其中較為廣泛引用的是由 16. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(25) Rockart (1982)所提出，針對整個產業發展關鍵成功因素的四個來源，其內容包括： (1) 產業的特殊結構：不同的產業其關鍵成功因素也隨之不同，這項因素取決於產業本身的經營特性，如製造業與服務業的關鍵成功因素有著相當明顯的差異。 (2) 企業的競爭策略，與在產業中的地位與地理位置：企業因其規模大小與競爭地位的不同，也存在者關鍵成功因素的差異，如產業中的領頭大公司其關鍵成功因素可能是新市場的搶占與開發，然而其他小公司或供應. 治政大 (3) 環境因素：企業因為外在環境變化時，隨之變化的關鍵成功因素，如金立商的關鍵成功因素就會變成是否能夠跟上大公司帶來的商業潮流。. 融風暴後全球整體不景氣帶來的需求下降，或政治環境進行原物料進口. ‧ 國. 學. 或商品出口限制等。. ‧. (4) 暫時性因素：大多是組織內的特殊需求而來。. sit. y. Nat. 三、關鍵成功因素的分析方法. al. er. io. 針對關鍵成功因素的分析的方法，最初由 Hofer & Schendel (1978)於「策. v. n. 略形成：分析觀點」(Strategy Formulation :Analytical Concepts)一書中所. Ch. engchi. 提出，主要可以整理成以下幾點步驟：. i n U. (1) 確認企業的戰略目標。 (2) 識別所有的成功因素，確認影響戰略目標的所有主要成功因素，以及主要成功因素底下的子因素。 (3) 確認關鍵成功因素，在不同產業，或是在產業裡不同產業地位均會影響關鍵成功因素的歸屬。 (4) 明確各個關鍵成功因素的評估標準。 (5) 根據分析出的關鍵成功因素，企業執行實施計畫。 Satty (1980)提出層級分析程序法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）. 17. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(26) 法來分析關鍵成功因素，透過彙整專家與事件參與者的意見，將複雜的資訊轉換為簡明的各項因素階層，再計算各個組成因素的比重與貢獻，提供層次的概念使決策者得以透過這項明確的架構，清晰的辨別其中各關鍵因素的相對重要性。其主要分析步驟分為以下四點： (1) 建立層次結構模型：針對欲解決的問題進行分層，透過清楚地層次結構瞭解各項因素的相互關係。 (2) 構造成對比較矩陣：將各項因素進行兩兩對比以後，評價各項因素的相對優劣順序，構造出評價的相對矩陣。. 政治大. (3) 計算權重優先與特徵值：透過幾何平均法或規範列平均法來計算矩陣的特徵值。. 立. 未通過一致性檢驗，則需重新構築矩陣。. 學. ‧ 國. (4) 進行一致性檢驗：若檢驗通過，則可照原設計的比較矩陣進行決策，若. ‧. Leidecker & Bruno (1984) 認為關鍵成功因素則是由產業的層面來分析，. y. Nat. 認為可以透過環境分析、產業的結構分佈、競爭分析、領導廠商與跟隨廠商、企. er. io. sit. 業本身的SWOT分析、市場因素等，若這些因素被適當的維護與管理，則能夠幫助企業在特定產業裡取得競爭優勢。. al. n. v i n Aaker (1984)將企業的關鍵成功因素定義延伸為可持續競爭優勢 Ch engchi U. （sustainable competitive advantage, SCAs），企業需維持為求在市場上持續獲利所具備的優勢，且此優勢需擁有獨有價值並在市場上形成差異性，並在競爭者試圖進入市場時能夠有反擊的能耐。吳思華 (1984)主張要找出關鍵成功因素，最簡潔的方法應該是，可以從企業在產業價值鏈裡提供的附加價值來進行判斷。在企業活動各階段裡附加價值高且在競爭者裡具有相對優勢的那些活動，可以認定為企業關鍵成功因素的來源；即使附加價值高但不具有相對獨佔優勢，則不能被認定為關鍵。 Tillett (1989)從動態組織系統觀點來切入關鍵成功因素的判別，企業必須把握其所擁有的最豐沃資源所帶來的關鍵優勢，並避免缺乏的資源帶來的劣勢。 18. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(27) 大前研一 (1992)提出市場剖析法來分析關鍵成功因素，透過產品與市場這兩個要素進行市場區隔，再根據市場區隔分析與辨別哪個市場具有策略上的重要性，進行戰略布局後再依據企業當前所擁有的資源進行投資分配。從以上學者的主張可以知道，關鍵成功因素的判別可以從環境層面、產業層面與企業資源層面來進行分析。在環境的識別裡，需要辨識當前整體環境的狀況，以本研究為例，當前製造業的背景遇到何種困境，整個世界的趨勢又將往何種方向前進，從當中判別需要擁有何種優勢才能獲得成功。從產業構面來看，企業在整個價值鏈裡能提供何種附加價值，面對其下游的市場是否能夠切中企業客戶的. 治政大素之一。再從企業資源層面，為達到獨有競爭優勢，企業進行了什麼行動使其能立需求以提供獨有的服務，這些服務是否容易被其他競爭者取代，都是關鍵成功因. 取得特定資源，且這些資源可能形成先佔優勢造成後進者的進入障礙，這些識別. ‧ 國. 學. 項目亦是關鍵成功因素。. ‧. 關鍵成功因素是組織必須識別且進行的各項活動，透過尋找這些關鍵的活動. y. Nat. 要素，企業需投入資源於其中，才能取得競爭的資源與地位，進而邁向成功，擁. n. er. io. al. sit. 有能持續獲利的競爭優勢。. Ch. engchi. i n U. v. 19. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(28) 第三章研究設計與方法第一節研究方法本研究主要從歐洲工業 4.0 沿革歷史為主軸，探索其在工業 4.0 發展過程中的策略布局，佐以現有的發展模型，探討模型裡各個因子的關聯性，以期建構發展模式，與探討其中的關鍵成功因素。本研究主要使用質性研究的設計，其中使用了個案研究與主題式分析作為資料蒐集與分析的方法，研究方法說明如下；. 一、質性研究. 治政大零年代晚期才逐漸開始被學術界採用並有了較為明確的定義，並持續精確其內涵立質性研究一詞由來已久，主要泛指各種非「量化」的研究方式，直到一九六. 的描述。Flick (2006)在其論述裡表述了質性研究是，將研究社會本體作為實驗. ‧ 國. 學. 對象，透過各式文本作為研究材料，探討社會參與者的觀點與日常大眾觀念的關. ‧. 聯性，經由廣泛的觀察，探討一致性的釋義。DenZin and Lincoln (2005)給質. y. Nat. 性研究給了初步且一般性的定義為，質性研究是一種將觀察者置於所處的環境，. er. io. 象意義。. sit. 探究的目的為自然狀態裡的各種事物，試著透過人們的觀察，解釋並賦予這些現. al. n. v i n 從以上的論述，質性研究可以說是一種重視社會事實詮釋的研究方式，實際 Ch engchi U. 上，質性研究還具有其他特性，例如：(1)研究問題並非是一開始就定義好，而是在資料摸索中逐漸成形(2)資料的內容可以是文本、訪談等擁有豐富資訊的軟性資料(3)研究問題並非是操作特定的變項，而是在研究過程中逐步形成具體的概念(4)研究的現象必須深入了解被研究者的內部觀點，再進而追求一般性的詮釋(5)資料收集可能透過與被研究者的日常互動，在長期接觸中來收集全面的資料。具有以上特性的研究，普遍來講都可以歸類到質性研究的範疇裡。. 從實行層面來講，質性研究會先規劃研究主題的大範疇，再根據主題選擇適合的質性研究方法，其次再規劃蒐集資料的方式，之後再透過歸納法進行資料分析，釐清資料當中的各種脈絡與觀點的邏輯聯繫，進而建構概念。換言之，質性 20. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(29) 研究最終的結果將會建構一獨特概念，再將概念的延伸進行觀念陳述，而得到理論的建立。. 二、個案研究個案研究是一種針對特定問題進行確實深入的認識，了解問題中的背景與狀況，整理與事件相關的細節，全盤瞭解系統裡的各項交互作用的研究方法。 Eisenhardt (1989)在個案研究裡重視個案背景的動態系統，認為需要從多重資料系統裡進行連結與歸納。Yin (1989)則認為個案研究需深入調查社會現象與真實生活，尤其是現象與社會脈絡不容易區別的情況下；此外個案裡的變數，來自. 政治大總和來說，個案研究須從多重資料蒐集來源獲得資料，以確保假設的完整性，立. 於不同的資料來源，如果這些資料呈現一致性的結果，即可建構理論的原型。. ‧ 國. 學. 並且沒有參數的操弄與控制，旨在解決當下現存的問題。個案研究適合運用在探索性階段的問題，從各種環境或內在變數進行整理，並深入釐清各項變數的交互. ‧. 作用，進而歸納成假設以及命題的提出，因此針對尚未有足夠理論基礎的問題，. sit. n. al. er. io. 三、主題式分析. y. Nat. 個案研究提供了適切的研究方法。. i n U. v. 主題式分析是一種從大量文本中，系統地觀察其發展脈絡，不斷反覆出現的. Ch. engchi. 某些特定元素，這些具有共通性的元素被稱為「主題」，而「主題式分析」是探索這些元素間關聯性的分析步驟。不同的主題會因不同的概念假設基礎，其分析程序會有些微的差異，但大體的分析過程差異不大，目前廣為接受的主題式分析方法是由 Virginia Braun 和 Victoria Clarke 所開發，主要分為六個分析步驟 (Braun & Clarke，2006)： (1) 熟悉數據：反覆閱讀文本的內容，同時注意特定元素的出現。 (2) 產生初步譯碼：將相似的特定元素進行編碼分類，再根據內容進行概念化的命名，在編碼的過程需要謹慎的比較與檢視，將看似相同概念的現象歸納成同一類。 21. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(30) (3) 尋找主題：將上個步驟的編碼組合成主題描述，過程中需要注意如何解釋與適切的組合編碼形成主題。 (4) 檢視主題：透過已經形成的主題，再回過頭去研究主題如何支持資料與整體文本的內容，是否能夠達到完整的詮釋，如果主題的詮釋能力不完善，則需要再回到前述步驟尋找遺漏的部分，並重新界定主題的內容。 (5) 定義主題：經過重新分析文本與主題的再建構的反覆過程，最終應能確認完整的主題內容，此時研究者須為主題進行精確的描述。 (6) 撰寫報告：透過撰寫決定哪些主題能夠對文本的內容作出整體性的詮釋，. 政治大. 並將這些主題連貫成具邏輯性的脈絡，最後再由合作團隊協助主題檢證與反思。. 學. ‧ 國. 立. 第二節研究架構. ‧. 一、尋找研究個案. y. Nat. sit. 研究個案選擇. n. al. er. io. 工業 4.0 一詞自 2013 年定義以來，雖然陸續有專家學者針對其內涵進行不. i n U. v. 少擴充，但多屬於願景規劃。本研究的目的主要在探討實際上企業的工業 4.0. Ch. engchi. 進程，在企業個案目標的選擇已經有實際行動，且已具備規模與成效的企業。本研究主要目的在於研究發展模式，在個案選擇上，選擇從大型數位轉型供應商的層面出發。供應商所提供的轉型服務，不僅發展模式成熟，且已經經過許多企業客戶的轉型經驗回饋，是經過多個個案淬煉後的發展模式，相較於研究單一企業客戶的個案，從供應商層面的個案來發展模式更具有泛用性與成熟度。在工業 4.0 的發展裡，進行智慧化所需的數位轉型，其導入成本與複雜度非常高，需要充沛資源與豐富經驗。大型供應商能夠提供資源完整的數位轉型方案，且其企業客戶均經由其服務而成功轉型，透過研究供應商的關鍵成功因素，這些因素能夠反映整個供應鏈的完整發展模式，具有代表性。 22. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(31) 研究個案確認工業 4.0 企業的候選清單裡，本研究選擇了西門子、艾波比、施耐德三家企業進行分析，其原因有以下幾點標準：1.這三間企業是工業自動化的前幾大公司，具有代表性。2.地緣位置相近，相較於美國的 GE、日本的 Hitachi，這三間企業均處於歐洲，其主要企業客戶也是歐洲企業居多，競爭市場相近。3.這三間企業均是傳統的製造業供應商，同樣都是從硬體轉向軟體，轉型背景與歷程相近。4. 已有完整的工業 4.0 初期發展進程以供對比分析。. 二、關鍵成功因素分析. 政治大本步驟根據所有可能的次級資料進行蒐集，蒐集來源與步驟如下：(1)透過立次級資料蒐集步驟. ‧ 國. 學. IEEE 數位資料庫、個案公司產品白皮書與新聞稿、夫朗和斐協會，以三間個案公司與工業 4.0 為關鍵字，進行文獻蒐集，初步得到五百多篇文獻，其內容包括. ‧. 期刊文獻、官方年度報告書、官方新聞稿、產業專刊、報章雜誌訪談紀錄。(2). sit. y. Nat. 針對其中相關聯內容進行交叉比對，以確認資料來源的可靠度與重複程度，經過. al. er. io. 篩選後得到一百零三篇有效文獻。(3)同時針對個案公司發展沿革時間進行資料. v. n. 排序，以時間縱軸分析個案公司的變革脈絡，並配合世界的環境趨勢進行分析。資料整合分析過程. Ch. engchi. i n U. 本研究透過主題式分析法將研究內容進行主題編碼，在資料交叉比對的過程中，透過不斷浮現的關鍵字，將具有相同性質的活動進行分類，並根據因果關係找出主題間的關聯性，釐清主題之間的先後次序，最終連貫成完整的發展模式。. 23. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(32) 第四章研究結果與分析本論文研究結果與分析部分，主要透過研究對象的官方報告書，與產業分析者的分析資訊，以及相關企業發展新聞稿，根據企業發展歷史為主軸，撰寫企業發展個案，並進行發展模式的比較，以歸納出一工業 4.0 的發展模式。資料來源則主要透過 IEEE 數位資料庫，個案公司產品白皮書與新聞稿， Startseite Fraunhofer-Gesellschaft(夫朗和斐協會，歐洲最大的應用科學研究機構)進行實體與數位資料延伸蒐集，並進行分析、統整與歸納成一完整論述，文本分析引用來源附於附錄與引用編號，以供參考對照。. 治第一節工業政 4.0 個案公司發展模式大. 立. 工業 4.0 的概念發源於歐洲，而後先進國家諸如美國、日本盡皆參考工業. ‧ 國. 學. 4.0 的基本理念發展出適合該國的工業發展計畫。本研究選定的企業個案為歐洲的工業龍頭公司西門子(Simens)、艾波比(Asea Brown Boveri, ABB)、施耐德電. ‧. 機(Schneider Electric)，探究從工業 4.0 的核心概念開始，歐洲企業針對工業. y. Nat. al. n 一、西門子序言. Ch. engchi. er. io. 工業 4.0 的發展模式藍圖將清晰可見。. sit. 4.0 的發展進行了哪些布局，透過歷史脈絡的沿革為經，企業的組織活動為緯，. i n U. v. 西門子股份有限公司是德國的一家跨國企業，其總部設於慕尼黑與柏林，主要業務範圍為電子與電機相關領域，而其在能源、醫療、工業、基礎建設、城市業務等事業也有相當活躍的表現。西門子除了在傳統工業有著領導級的地位，近年來在數位化與智慧化領域也頗有進展，尤其在德國發表工業 4.0 概念後，西門子與博世這兩間企業對於此概念有著積極的響應。2014 年為因應工業 4.0 的發展，將其部門劃分為十個事業單位，並投入大量的研究與在智慧化領域裡取得許多專利，以期在工業 4.0 的發展企業裡有著卓越標竿的表現(附錄編號 1)。傳統上，西門子給予人們的印象是各種硬體設備的生產公司，然而最近幾年 24. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(33) 在越來越多的場合，西門子都宣稱自己是「歐洲第二大的軟體公司」，僅次於思愛普(SAP)公司。大企業這種由硬體轉軟體的經營策略，並非是少數個案，如 IBM、 Cisco、GE 這些傳統硬體大廠其核心業務都已轉為提供軟體與雲端服務，其主要原因為硬體公司取得利潤的方式，是透過平衡產品營收與各項成本，然而，軟體公司則是透過服務模式，透過軟體升級與持續的維修，靠著經常性收入獲利。隨著硬體生產的毛利不斷的萎縮，再者軟體具有幾乎接近於零的生產邊際成本，企業的經營轉為以軟體服務為主，硬體銷售為輔已是未來製造業的大趨勢，軟體實力的提升勢在必行(附錄編號 2)。. . 西門子推出 65 系列行動電話，雖然因為良好的使用者介面設計廣. 學. ‧ 國. 2004. 治政大表 4-1 西門子在千禧年以後的重點發展事件立. 受歡迎，然而因為軟體的缺失導致消費者的抗議，最終西門子不得. 西門子以 35 億美金收購產品生命週期軟體(Product Lifecycle. y. sit. . Nat. 2006. ‧. 不招回手機，此事件使西門子決意發展軟體(附錄編號 3)。. io. er. Management, PLM)及其開發商 Unigraphic，這是西門子歷史上第一件購併軟體事件，為其軟體轉型的濫觴，此部門即為後來的. al. n. v i n Ch Simens PLM software，為西門子的軟體核心部門(附錄編號 2)。 engchi U. 2011. . 收購軟體公司 Vistagy(主要開發將電腦設計場景轉為實際應用場景的軟體)與 emeter(為 B2C 提供能源管理方案的公司) (附錄編號 4，5)。. 2013. . 收購 TESIS PLMware(同為 PLM 軟體的開發廠商) (附錄編號 6)。. 2014. . 收購 Camster(為 MES 開發廠商) (附錄編號 7)。. . 出售所有家電股份，退出家電市場，專注於 B2B 市場(附錄編號 1)。. . 宣布「2020 願景」，將原先的 16 個業務集團精簡縮編並新增數位集團，合計總共 10 個業務集團：發電與天然氣集團、風力發電與. 25. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(34) 可再生能源集團、發電服務集團、能源管理集團、樓宇科技集團、交通集團、數位化工廠技術集團、過程工業與驅動技術集團、金融服務集團、醫療業務集團(附錄編號 1)。 2016. . 收購 Materials Solutions(3D 列組件開發商) (附錄編號 8)。. . 收購 Mentor Graphics(為 IC 設計自動化與電子系統設計系統供應商) (附錄編號 9)。. 2017. . 在德國漢諾威工業展上，首次推出工業雲平台 Mindsphere。. . 工業雲平台 Mindsphere 已成為西門子最重要的核心技術，且已有. 政治大立(資料來源：本研究整理). 50 多種工業用 App 被開發應用。. ‧ 國. 學. 在工業 4.0 發展裡，首重系統智慧化，西門子於 2016 年推出的 Mindsphere. ‧. 工業雲平台是其最關鍵的技術。自 2006 年起，西門子大筆收購了產品生命週期. sit. y. Nat. 軟件與服務商 Unigraphics，之後更陸續收購各種工業軟體公司，逐漸將公司從. io. er. 硬體轉為軟體驅動的製造業。. 從西門子近十年的發展歷程不難看出，透過不斷的購併與整合，去蕪存菁將. al. n. v i n C h B2B 的商業模式。西門子十年磨一劍，最終推事業群整併到少數領域，專注進行 engchi U. 出自己專屬的工業雲平台 Mindsphere，而在旗下所花的功夫，則是多年耕耘所取得的各式工業軟體工業雲平台 Mindsphere. 在西門子為客戶提供的解決方案裡，有著名為數位雙胞胎(Digital Twins, Twins Model)的概念。在生產製造過程裡的所有參數、實際步驟，實質物理系統的所有要件，將被設計、模擬並模組化，在虛擬世界裡建立一個鏡像般的雙胞胎系統。此項步驟就是建模的過程，西門子透過協助企業客戶進行數位雙胞胎系統的建立，協助客戶模擬實況，並針對真實的產能調配做出建議(附錄編號 10)。. 26. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(35) 圖 4-1 西門子自動化工業解決方案. 政治大. 資料來源：(Siemens Mindsphere Whitepaper，2017). 立. ‧ 國. 學. 企業能夠透過安插專屬的 MindConnect 感測器，此裝置具有隨插即用的特性，能使客戶快速進行偵測安裝，同時具備能夠相容的第三方資訊系統的能力，因此. ‧. 非西門子所產的硬體設備也能運用 Mindsphere 的功能，且整個過程可以做到無. sit. y. Nat. 需停機，客戶僅需設定需要傳送至 Mindsphere 的資料，接著使用 Fleet Manager. al. er. io. 觀看目前製程的運作狀況與建議改進方案。. v. n. 從不同的系統收集數據以後，Mindsphere 會協助處理相異系統的數據成為. Ch. engchi. i n U. 具關連性的資訊，以提供企業客戶做預測性維護，以及資源配置最佳化的決策參考。Mindsphere 並提供 Fleet Manager 讓企業客戶觀看目前製程的運作狀況與建議改進方案，客戶能夠輕易透過此裝置，感受大數據分析如何協助改進原本的製造流程。除了 Mindsphere 本身提供的數據分析服務，企業客戶也能夠使用 Mindsphere 裡的應用程式設計界面(Application Programming Interface,API) ，就像 Apple 的 iOS 系統得以允許參與者使用 Swift 程式語言設計自己專屬的 App，這項設計介面名為 MindsApp，企業使用者得以利用數位資源設計適用於自己公司的軟體，同時西門子會協助企業客戶進行專業工業管理軟. 27. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(36) 體的技術支援，透過深厚的工程經驗提供數位化輔助，使客戶在數位化轉型過程裡，能有適切的轉型顧問諮詢，並大幅降低開發成本(附錄編號 10)。. 圖 4-2 西門子 Mindsphere 層級架構. 立. 政治大. ‧ 國. 學 ‧. 資料來源：(Siemens Mindsphere Official Website，2018). y. Nat. er. io. sit. 在 2016 年德國漢諾威工業博覽會上，西門子展示了虛實整合系統的相關技術，除了關鍵的工業雲平台 Mindsphere，還提出了 Closed Loop Manufacturing. al. n. v i n 與 Integrated MechatronicsCEngineering for Automation 兩個重要方案。 hengchi U. Closed Loop Manufacturing 此方案的重點在於整合數據資料使其達到一致性，使得不同資訊系統間的整合速度加快，讓產品從設計到銷售的循環速度更快，減少產品生產的 life cycle；Integrated Mechatronics Engineering for Automation 則用於建造新廠房設備時，能將各個部位零件都整合進同一資訊模組裡，一個組件的資訊僅需輸入一次即可在各個資料庫間流通，能減少需要重複輸入造成的人力成本，並且具有系統自行偵測除錯的功能(附錄編號 11)。截至目前為止，已經有五十餘種的工程應用 App 被開發出來，並且已有許多歐洲的中小企業透過西門子 Mindsphere 的協助轉型為智慧工廠。舉例而言，德國加工具製造機 Fooke Gmb 的困境在於個機台之間具有機差，因此生產前均須經 28. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(37) 過試機時間測量機況，浪費了實際生產時間；經由西門子軟體 VNCK 協助，達到 90%的虛實整合率，即時監控所有機台的健康狀況，並減少了 70~80%的試機時間與增加 20%的生產效率。航空發動機製造商 MTU Aero Engines 經由軟體 Sinumerik 優化，將所有數據集中由中央系統整合管理，使各機台能得到一致的生產品質，也增加平均產出率。德國齒輪工具機製造商 Kapp Niles 則受益於 MCD 技術，將生產所需的機構整合並且數位化管理，經過虛實整合後，減少不同部門的溝通成本，開發效率增加了 65%(附錄編號 12)。從以上的案例可以得知，即使是數位化程度不高的製造業，也能夠透過感測. 治政大虛實整合系統決定有效的數據運作內容，並進行全方面的管理，從而提升效率。立器進行連結，使用 Mindsphere 的資源協助建模，將資訊統合數位化管理，透過. ‧ 國. 學. 圖 4-3 西門子 Mindsphere 示意圖. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 資料來源：(Siemens Mindsphere Whitepaper，2017). 工業雲平台 Mindsphere 的優勢工業雲平台並不是嶄新的概念，實際上最早是由 GE 的 Predix 開創了工業雲平台，同時也有許多後進者如惠普、思愛普、百度、華為等公司紛紛加入這塊極具潛力的市場，更遑論亞馬遜、谷歌這些網路雲端企業早已在雲端技術深耕多年，擁有先進的技術優勢。西門子的競爭優勢為何? 29. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(38) 問題在於工業雲平台的客戶，相較於電商與新創公司，傳統製造業的資訊化程度並不深入，管理方式還是使用作業管理的概念，資訊管理在製造業並不算普及，甚至較為老舊的設備完全沒有聯網功能。資訊管理的導入如果沒有與工廠管理進行適切的融合，對於製造業而言反而是場大災難，因此從製造業企業主的觀點來看，具有資深製造經驗加上完整工業軟體應用體系能力的供應商，會是進行工廠智慧化最好的選擇。相較於其他的雲平台，西門子的 Mindsphere 有幾大特點：1.由底至頂，從底層的零件作為連結的起始點，再逐步連結到頂層的整合系統。2.對垂直整合有. 治政大的服務。3.獨特的開放特性，提供了很好的相容性，使得第三方的設備的資料也立全盤深入的了解，西門子能針對企業客戶在供應鏈裡所在的位置，提供其所需要. 能被整合進平台裡。可以這麼去思考 Mindsphere 平台，那是一個操作系統，向. ‧ 國. 學. 下能夠將所有相異的系統通通整合，向上則提供企業客戶能夠取得各式應用軟件，. ‧. 設置自行開發軟體，就像人們在智慧型手機平台上取得 App 與設計一樣簡單。. y. Nat. 針對垂直整合的部分，西門子秉持著德國製造的精神，在產品本身的品質上. er. io. sit. 做到最深最精，這種特質是德國中小企業能夠產出世界上最多隱形冠軍的原因，而面對製造業少量多樣化的趨勢，這種能針對特定產品做到專業化程度深的精神，. n. al. Ch. 是工業 4.0 未來所需的要素(附錄編號 13)。. engchi. i n U. v. 西門子工業 4.0 未來的佈局與發展. 企業在智慧數位化過程裡，最害怕的莫過於資訊外漏與系統控制權被奪取，儘可能一次駭客攻擊就造成難以估量的損失。儘管西門子以德國引以為傲的工業安全標準進行工業雲平台建構，而且針對不同客戶需求訂製相異的客製化服務，從而使整體系統風險降低，但資安問題依然是工業雲平台最急切也是最關鍵的議題所在。魏伊伶 (2017)指出資訊安全的設置，多以針對企業內部資料儲存系統進行防護，在工業雲平台商業模式發展裡，雲端的資料防護則主要以即時性的資料監控，作為主要開發方向，並且透過資料分類技術(Data Classification)，針對 30. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(39) 不同重要程度的資料，進行資料管理優先順序的分類，提供不同程度的資料控管措施，分散資料外洩時的風險。長遠來看，魏伊伶 (2017)認為區塊鏈技術的發展由於其難以竄改的特性，亦能作為資安防護的重點開發技術。資安防護是永不止息的任務，工業雲平台必須使用最先進的防護技術，並提供最即時的問題解決服務，如此方能增強企業客戶的信任感。 Mindsphere 目前的收費方式類似於一般的雲端收費，按照數據使用量來進行收費。Mindsphere 的定價模型主要透過三個部分構成，連結要件(Mind Connet) 、固定月費率(Monthly Fee)、數據模型(Data Model) ，由這些要素產. 治政大成本相較自己開發系統，顯得較低且減少摸索時間，這種協作模式有利於加速工立生的總數據傳輸量來決定企業的收費標準。企業透過雲端的方式進行轉型，這種. 業 4.0 的進程(附錄編號 14)。. ‧ 國. 學. 從西門子觀察其在美國專利佈局方面，2010 年以前的趨勢主要在醫療機械. ‧. 與智慧製造方面，但 2010 年以後逐漸偏重與產品生命週期(life cycle)相關的. y. Nat. 專利，此外與無線通訊、資源巡迴、CAD 系統與早期預警等相關的專利也是近年. er. io. sit. 來的重點。從這幾點來看，西門子現階段已完成 Mindsphere 智慧化整合平台，下一步應該是將從當前的有線通訊移轉至無線通訊，並且將預測性維護與資源利. al. n. v i n 用最佳化，前者是轉為真正工業物聯網的關鍵，而後者是將目前提供的服務品質 Ch engchi U 再更進一步的行動(附錄編號 15)。. 二、艾波比序言艾波比(Asea Brown Boveri, ABB)是一家總部位於瑞士蘇黎世的工程公司，其主要範疇為電力、能源、機器人、自動化，屬於較偏向傳統工業的經營範圍。長期以來，艾波比對機器人在製造業上的協作功能開發，有著亮眼的成績，致力於透過智慧機械系統，協助其他製造工廠進行自動化的流程。相較於其他競爭對手，艾波比在工業軟體的開發方面切入稍慢，在工業 4.0. 31. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(40) 的浪潮興起後，其在 2015 年後開始進行組織重整與併購，新增機器人與運動控制事業單位與工業自動化事業單位，加強工業 4.0 發展的重點事業。在 2016 年漢諾威工業展上提出工業雲平台 ABB Ability，並在 2017 年為進一步加強工業雲平台裡的工業軟體內容，對貝加萊(B&R)進行併購，於 2018 年對 KEYMILE 這間寬頻通訊公司進行併購，補強資訊通訊系統。分析艾波比的工業 4.0 發展歷程，艾波比長久以來在機器人與工廠自動化方面有著豐富的經驗，在具備提供強大的機械性能的優勢下，艾波比近幾年也透過併購補強工業軟體與通訊能力，以期進一步成長為軟硬服務皆備的企業。. 治政大製造業用的機器人大體上可以分為兩類，其一為工業機器人，其二為協作機立機器人與人機協作. 程改變彈性，適合少量多樣的生產模式。. 學. ‧ 國. 器人，前者能夠適用於規模量產，高度重複性的製造工作，後者則具有高度的製. ‧. 工業機器人具有高度技術專業性，通常需要對專業機器人工程師進行參數設. y. Nat. 定，配合廠商的生產流水線設計，在廠房規劃好的各個生產定點進行不同功能的. er. io. sit. 配置生產，當所有的設置就緒，工業機器人就可以進行高度精密且重複的工作。此種機器人的導入成本很高，需要專業的供應商人員進行維護與設置，而且機器. al. n. v i n 人的工作內容一旦設定，就不容易由使用企業自己的人員進行調配，工作內容更 Ch engchi U 動的彈性差，但在規模量產的生產模式下，能夠大量的生產同樣品質的商品且不會像人類因疲累而操作失誤的特點，使其在大量生產的代工製造業非常受歡迎，固定成本也規模生產降低。協作機器人的興起，在於客製化的需求逐漸增加，少量多樣的生產模式變得更為重要，需要更加彈性的產線規劃。協作機器人的特性，在於製造人員能夠根據客戶需求，靈活進行產線的設計與調配，而需要快速準確精密度的工作，就由協作機器人來執行，製造人員可以根據不同製造目的，使用不同的機器人進行設定完成所需的產品數量，而且協作機器人的設計不要求製造人員會程式設定這種高階能力，而是具備友善的使用者設計，製造人員透過協作機器人本身的介面設 32. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(41) 定就可以進行製程的改變。製程的靈活調配是工業 4.0 的重點要素之一，艾波比在機器人領域的多年耕耘，為進展到工業 4.0 奠定了良好的基礎。 Control Room的概念與ABB AbilityTM 當前製造業雖然能夠藉由蒐集機台的生產資料，進行全面品質管理來提升良率，但資訊系統的穀倉效應現象，使得知識工作者大多工作時間都花在不同系統間蒐集數據，並整理成分析所要的資訊，而非花在解決實質的工程問題上。為了改善這種現象，艾波比提出 Control Room 的架構，主要構成是透過資訊整合系統，使得不同系統的工作者能夠更快速的協同合作(Collaborative. 治政為了達到上述的資訊整合目的，艾波比在 2016 大年提出了自己的平台系統ABB 立. operations)(附錄編號 16)。. TM Ability ，這個平台可以協助製造業客戶到現場安裝設備來收集數據並分析，並. ‧ 國. 學. 為客戶設立遠端監控中心，再進行連線到協作營運中心，使客戶能夠根據分析數. ‧. 據，以預測分析與提升盈利狀況。這個系統剛推出時還不是現在的工業雲平台型. y. Nat. 態，其運作模式比較像是建立一個能夠讓所有資訊系統得以加入，並且溝通聯絡. 學者交流，以縮短溝通的時間成本(附錄編號 17)。. n. al. Ch. engchi. er. io. sit. 的平台系統，讓資訊的流通變的透明化，同時能夠在線上透過與不同領域的專家. i n U. v. 圖 4-4 艾波比 Control Room 架構圖. 資料來源：(ABB Official Website，2016). 33. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(42) 從 Control Room 的功能與設計配置來看其初期的規劃構想比較類似於，數位化的戰情室(War Room)系統。現階段製造業在進行跨部門解決問題時，還是依賴在實體的戰情室進行開會討論，而且可能是每天固定早班晚班的時間，人員難以即時通報產線問題的現況，問題難以解決時也不容易從其他單位取得協助，況且大多數工廠也無法同時雇用所有領域的技術人員。 Control Room 的概念主要在解決連結的問題，讓不同專業工作人員能夠透過此系統協同工作，降低溝通的時間成本，打破資訊的不流通性，使製程問題的解決效率提升。. 治政圖 4-5 艾波比 Control Room大實體示意圖立 ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. al. v. n. 資料來源：(ABB Official Website，2016). Ch. engchi. i n U. 工業雲平台ABB AbilityTM 艾波比推出自有平台系統後，進一步進行併購計畫，於 2017 年四月收購貝加萊(B&R)。艾波比之所以收購貝加萊，主要是艾波比雖然在自動化的硬體設備提供方面有著豐富的經驗，然而其在數位化部分幾乎可以說是產業新手，在工業 4.0 發展需要的數位自動化軟體整合部分，沒有太多的資源。貝加萊擁有許多自動化解決方案，是全球最大的工業軟體供應商，其事業範圍專注於產品與軟體的開放式架構解決方案，且擁有強大的工業雲平台 AutomationStudio。這次的併購交易是艾波比發展的重要里程碑，在收購之前，艾波比只能做到. 34. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(43) 提供資訊的連結平台，在收購之後，艾波比自身即具備了提供完整技術與軟體解決方案，成為能夠同時提供軟硬體整合的供應商。透過收購貝加萊，艾波比的平台ABB AbilityTM才能真的算是工業雲平台，在提供數位化解決方案的同時，也能提供貝加萊強大的工業應用軟件，透過艾波比豐富的廠務安裝經驗，能給客戶完整的量身訂製方案(附錄編號 18)。由此次收購可以看出，在發展工業 4.0 的過程中，工業雲平台的發展是首要事項。艾波比在收購貝加萊後，將ABB AbilityTM與貝加萊強大的工業雲平台進行的整合，使其數位化與工業自動化的解決方案能力更進一層，得以成為全球大二大的自動化解決方案供應商。. 立. 政治大. 圖 4-6 工業自動化事業體占比. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 資料來源：(Leadership in industrial automation-ABB to acquire B&R report，2017). TM ABB Ability 的平台運作方式是透過工業雲平台與雲基礎架構軟體服務，為. 企業進行裝置安裝並收集數據，並在進行數據分析後進行問題層級的分類與優先解決順序，使企業客戶能夠安全的收集數據與整合資訊。之後艾波比透過為客戶設置遠端技術監控中心，再將資訊統合至協作營運中心(Collaborative Operations Center) ，達成客戶總部、技術監控中心、協作中心三者的運作系統，讓客戶能夠透過艾波比的分析協助進行決策(附錄編號 17)。. 35. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.

(44) 圖 4-7 ABB AbilityTM運作示意圖. 立. 政治大. 資料來源：(ABB Official Website，2016). ‧ 國. 學. 艾波比工業 4.0 未來的佈局與發展. ‧. 在收購數位自動化軟體供應商貝加萊之後，艾波比緊接著收購了 KEYMILE. y. Nat. n. al. er. io. 訊傳遞系統。. sit. 這間寬頻通訊公司，打算借助 KEYMILE 在通信領域的專長，建構穩定且快速的資. i n U. v. KEYMILE 是歐洲當地能源、鐵路、石油與公共事業等企業主要網路供應商，. Ch. engchi. 工業 4.0 對無線網路的可靠性有著無比的依賴性，準確的決策有賴於資訊即時而正確的傳遞。未來艾波比在針對現有數位解決方案客戶，將能提供更穩定的資訊運作，對 KEYMILE 現有的客戶也能提供轉型資源，通訊能力的加強對工業 4.0 的發展有推波助瀾的作用(附錄編號 19)。. 三、施耐德電機序言施耐德電機是一家法國的跨國公司，其主要範疇為能源管理，並致力於提供最佳管理解決方案。於西元 2000 年以後，其業務範圍主要傾向於發展人機對話、遠端控制、傳感偵測、工程自動化與安全等。 36. DOI:10.6814/THE.NCCU.MBA.082.2018.F08.