以服務設計思維建構專業代工緯創的未來 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學商學院經營管理碩士學程碩士學位論文. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 立以服務設計思維建構專業代工緯創的未來 The Future of Wistron through the Service Design Lens. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 指導教授：苑守慈博士研究生：劉昌奇撰中華民國 106 年 7 月.

(2) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v.

(3) 誌謝. 苑守慈博士感謝指導教授從授課開始到論文口試這段時間的殷切指導與啟發，尤其是對商學知識與服務設計專業知識。. 劉明傑先生感謝在論文發想之初，無私的提供學生對市場、對產業與對公司的現狀與未來的分析，並且對論文的方向與內容提供了重要建議。. 政治大. 立親愛的妻子惠珍. ‧ 國. 學. 感謝在我就讀政大這三年當中，一直在背後支持著我，讓我可以專心的完成修課與論文。. ‧. 103 文科資創的同學們. n. al. er. io. sit. y. Nat. 能夠無私的分享經驗、教學相長、互相支持鼓勵、一起完成學業。. Ch. engchi. i. i n U. v.

(4) 中文摘要. 「台灣的代工製造產業應該如何發展」的問題，是困擾 PC 產業的管理難題，特別是在公司面臨產品成熟、訂單驟減、毛利下滑的時刻。所有台灣的代工製造產業亟思轉型的方法和方向，但是轉型到的新的產品市場或產品也是非常複雜、動態、多重因素多相互依存及影響。屬於複雜難解的問題(Wicked Problem)、問題本身都還需要定義及釐清。本論文將列出想解決的議題並定義為服務設計的議題。因此本研究的服務設計議題(Service Design Challenge)可定義如下:「以服務設計思. 政治大系統公司和工業 PC 的公司，研究過程藉由運用服務設計(Service 立. 維建構專業代工緯創的未來」。本論文經由訪談傳統 PC 產業的品牌公司、IC 供應商、作業 Design)手法並發掘洞見. (Insights)與價值，據此將真正符合客戶需求，在找出表面及深層需求後、設計新的服務模. ‧ 國. 學. 式，得到其反饋之後再修正設計；接著結合最新科技趨勢，例如：物聯網、工業 4.0、感測器和機器手臂，以提供客戶安心的代工服務；最後希望藉由改變運營模式，達到緯創成功轉. ‧. 型的目標。. y. Nat. n. al. Ch. engchi. er. io. 彈性，能充分利用的資源，進行個別化差異設計。. sit. 雖然新的科技尚未成熟，只要方向正確，這些模式或能力成熟後，可以快速讓公司保持. i n U. v. 關鍵字: 服務設計、洞見(Insights)、代工製造產業、物聯網、工業 4.0. ii.

(5) Abstract “How to develop the ODM (Original Design Manufacturer) industry in Taiwan” is plagued by PC industry management problems, especially for those companies facing product maturity, orders plummeted and the decline in gross margin. The ODM in Taiwan is trying to change the way and direction, but the transition to the new product market or product is very complex, dynamic and involves multiple inter-dependent factors. It is a complex problem (Wicked Problem), and the problem itself also needs to be defined and clarified. The aim of this thesis is to address and define the issues through the lens of service design.. 治政大 with traditional PC industry brand through the Service Design Lens". This thesis, through interviews 立systems companies and industrial PC companies, adopts the companies, IC suppliers, operating. Therefore, our Service Design Challenge Problems can be defined as: “The Future of Wistron. ‧ 國. 學. research process of the service design approach and explores the insights and value, which will truly meet Customer needs, identify the surface and deep demand, attain the design of new service model,. ‧. and integrate the latest technology trends, such as Internet of things, industry 4.0, the sensor and the robot arm, in order to provide customers with reliable and assured ODM services. Our final hope is. Nat. sit. y. to change the operating mode and achieve a successful Enterprise Transformation of Wistron.. n. al. er. io. Although the new technology is not yet mature, as long as the direction is correct in light of. v. these models or abilities to mature, the company can remain flexible, make full use of resources, and. Ch. create individualized design differences.. engchi. i n U. Keywords: service design, insight, Original Design Manufacturer, Internet of things, industry 4.0. iii.

(6) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v.

(7) 目錄第一章緒論 ..................................................... 1 第一節研究背景 ............................................... 1 一、. 個人電腦產業 ........................................... 1. 二、. 工業電腦產業 ........................................... 4. 第二節研究動機 ............................................... 7. 政治大. 第三節研究目的 (Design challenges) ..........................10. 立. 第四節論文結構與研究步驟 .................................... 11. ‧ 國. 學. 第二章文獻探討 ................................................ 13. ‧. 第一節物聯網 ................................................ 15 物聯網之架構與關鍵技術 ................................19. 二、. 物聯網趨勢產業轉型升級之模式 ..........................26. er. io. sit. y. Nat. 一、. n. a. v. l C 第二節工業 4.0 ............................................... 30 ni. hengchi U. 一、. 智慧工廠 .............................................. 34. 二、. 智慧生產 .............................................. 36. 三、. 智慧互聯 .............................................. 38. 第三節設計思考 .............................................. 39 第四節商業模式設計 .......................................... 42 第三章研究方法 ................................................ 45 第一節探索機會（DISCOVER OPPORTUNITIES）.....................45 iii.

(8) 一、. 服務設計問題 ..........................................45. 二、. 決定本服務的價值主張（Value Proposition）範圍 ..........45. 三、. 脈絡洞察與理解 ........................................47. 第二節服務定義（DEFINE） ....................................55 一、. 捕捉衝突（Capture Contradictions）.....................55. 二、. 發掘洞見（Identify Insight） ..........................63. 三、. 深入觀點（POV，Point Of View）.........................71. 四、. 我們可以怎麼做（HMW，How Might We） ....................72. 立. 政治大. 第三節服務發展（DEVELOP） ...................................72. ‧ 國. 學. 定義價值生態系統（Value Ecosystem） ....................73. 二、. 定義系統服務藍圖（Service Blueprint） ..................79. ‧. 一、. Nat. sit. y. 第四章研究結果 ................................................81. er. io. 第一節服務交付（DELIVER） ...................................81. n. a. v. 一、. l C 風險評估（Risk Analysis） ............................. 81 ni. 二、. 商業模式（Business Model） ............................84. hengchi U. 第五章結論與建議 ..............................................90 第一節物聯網設計 ............................................90 第二節工業 4.0 ...............................................91 第三節策略和組織 ............................................93 第六章參考文獻 ................................................95. iv.

(9) 第一章. 緒論. 第一節. 研究背景. 一、. 個人電腦產業. 隨著 PC 產業的日益成熟，傳統 PC 市場的購買行為正在被打破當中，即使因為 Intel 或 Microsoft 再推出新一代的產品，導致舊產品進入汰舊週期，或是來到銷售旺季卻也激不起消費者熱情。所以以往廠商賴以技術驅動消費的模式，不足以推動市場的復甦，使得整體個人電腦市場從過去幾年到未來一段時間都一直呈現停滯或. 治政大主角。更何況愈來愈多年輕人將智慧型手機或平板電腦當成其主要裝置，而不是 PC，立也就是說，許多年輕人不再用 PC 了。因此隨著這群世代不斷長大的同時，PC 出貨量者衰退狀態。反觀目前 PC 廠商投入研發的經費愈來愈少，所以 PC 外觀的創新變成. ‧ 國. 學. 只會往下走，不會往上走，這些都是導致 PC 出貨量逐步下滑的因素，如下表 1-1 所示，根據國際研究暨顧問機構 Gartner 初步統計，2017 年第一季全球首季 PC 出貨量. ‧. 年減 2.4%。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 表 1-1、全球 2017 年第一季 PC 出貨量，Gartner 估年減 2.4%. 回顧 2016 年，如下表 1-2 所示，根據 Gartner 資料顯示，2016 年 PC 出貨量達到 2.70 億台，比起 2015 年的 2.88 億台，年成長率也衰退了 6.2%。其中以 Apple 和 Acer Group 各衰退了 8.7% 和 9.9%最為嚴重。 1.

(10) Company. 2016. 2016 Market 2015. 2015 Market 2016-2015. Shipments Share (%). Shipments. Share (%). Growth (%). Lenovo. 55,888. 20.7. 57,274. 19.9. -2.4. HP Inc.. 52,458. 19.4. 52,548. 18.3. -0.2. Dell. 39,378. 14.6. 38,371. 13.3. 2.6. Asus. 20,613. 7.6. 21,157. 7.4. -2.6. Apple. 18,612. 6.9. 20,377. 7.1. -8.7. Acer Group 18,276. 6.8. 20,291. 7.1. -9.9. Others. 64,492. 23.9. 77,657. 27.0. -17.0. Total. 269,717. 100.0. 287,675. 100.0. -6.2. Source : Gartner，2017 年 1 月. 立. 政治大. 表 1-2 全球 2016 年全球 PC 出貨量，Gartner 估年減 6.2%. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 1-1、2014 年至 2017 年桌上型與筆記型 PC 出貨量預估 (單位：百萬台). 往前回顧到 2014 年到 2017 年，如圖 1-1 所示，根據市場研究機構 IDC 預測指出幾乎年年衰退，尤其以 2015 年的 10.6% 衰退最為嚴重。2016 年全球傳統 PC 出貨量將可達 2.56 億台，年成長率衰退 7.2%，接下來 2017 年年成長率衰退幅度縮小至 2.

(11) 2.1%，出貨量為 2.51 億台。2017 年最值得觀察的是桌上型電腦的出貨量將跌破 1 億台出貨量的關卡。如表 1-3 所示，而根據資策會預測指出 2015 年到 2021 年全球傳統 PC 出貨量將在 2020 年跌破 2.5 億台關卡。. Worldwide PC Shipment Volume, 2015- 2021 2015 2016 2017(e). 2018(f). 2019(f). Unit: Thousand 2020(f) 2021(f). 277,572 259,825 253,922 252,432 249,837 244,782 237,834. Shipment Volume. -8.7%. YoY Growth. -6.4%. -2.3%. -0.6%. -1.0%. -2.0%. -2.8%. Source: MIC, April 2017 Thousand Units. 300,000. 0% -1%. 250,000. 政治大. 200,000. 立. 150,000 100,000. -4% -5% -6% -7%. 2015. 2016. 2017(e). 2018(f). -9% 2020(f). 2021(f). -10%. YoY Growth. io. sit. 表 1-3、2015 年到 2021 年全球傳統 PC 出貨量. n. al. er. Nat. y. Shipment Volume. 2019(f). -8%. ‧. ‧ 國. 0. -3%. 學. 50,000. -2%. i n U. v. 反觀各大 PC 品牌公司隨著 PC 產業的日益成熟，除了日本廠商不敵市場競爭被. Ch. engchi. 邊緣化，慢慢的在 PC 領域轉型無力而被淘汰。在 PC 產業大者越大趨勢明顯，在飽和成熟期能提供高性價比，例如 DELL 和 HP 等達到規模經濟的廠商才能成為市場贏家下，卻也著重於轉型，IBM 退出市場由聯想接手、DELL 下市重整，企業私有化後，轉型混和雲市場步調積極、Acer 巨幅虧損後，除了力求鞏固核心事業營收，同步拉高雲服務新事業含金量，以及 HP 的再度大裁員後也積極調整業務。而處理器大廠 Intel 在 2016 年的 IDF 2016 大會將展示重點由傳統電腦轉而到物聯網市場等相關新興運用情境供使用者體驗。過去，台灣對於代工製造業發展的思考，深受微笑曲線的影響與指導，業界普遍認為轉型品牌與深化研發是提高附加價值主要的兩條道路。台灣 PC 產業已經順利. 3.

(12) 從 OEM 轉型 ODM，但是只有少數轉型到自有品牌，所以不論國際品牌大廠出貨量排名如何變化，台灣仍然是全球品牌公司策略性委外佈局的首選。除了受到中國大陸與南韓品牌公司調整委外生產比例的影響之外。2015 年天下雜誌 11 月 2 日的名為：「台灣的「代工」不應被污名化」提到: 個人電腦（PC），世界九成以上的 PC 都是台灣製造，無論 Dell、HP、IBM、Apple、聯想、Toshiba 等都是台灣代工，但是「代工」絕非只是複製，按圖施工、組裝而已。今天台灣電子業的代工多是 ODM，即從產品設計、原材料、零組件開發，到製程創新均自主研發。同時台灣 ODM 公司將製程效率發揮到極致，即使在過程中經過優勝劣敗的淘汰，及規模經濟大者恆大，也只剩下少數 3~4 家壟斷市場，目前國內外也看不出有那些廠商可以取而代之，台. 政治大. 灣在電子製造已經建立獨步全球、不可撼動的地位。. 立工業電腦產業. ‧ 國. 學. 二、. 工業電腦在過去聯網應用下較為封閉體系。一般來說，需要依照客戶需求設計. ‧. 不同的硬體規格，屬於少量多樣市場；隨著物聯網不斷提升之下，包括智慧城市、. sit. y. Nat. 智慧家庭、汽車與安全監控等不同的應用領域，工業電腦市場規模也隨之被帶動。. er. io. 此外工業自動化、機器人與雲端運算等趨勢成形，2015 年起每年工業電腦營收. al. v i n Ch 其中工業電腦銷售對象與一般 PC 不同，工業電腦通常銷售給系統整合廠商，較少單 engchi U n. 年成長率皆維持 5~10%，相較前一段的消費型個人電腦的逐年衰退，更具發展潛力，. 獨直接銷售給終端使用者。. 4.

(13) 政治大表 1-3、個人電腦與工業電腦特性比較立. ‧ 國. 學. 傳統工業電腦最常被應用在工廠生產線控制，包括供料和排程等工業自動化系統；然而隨著工業電腦應用範圍逐漸擴大，圖 1-3 所示，在各產業也都有工業電腦. ‧. 的影子如金融、通訊、醫療與航太等，並且也慢慢的充滿在一般民眾的生活環境，例如提款機、捷運票卡機、收銀機、銀行叫號系統、電子病歷與數位看板等；但是. y. Nat. sit. 因為工業電腦長期暴露在外，所以需要有在更多不同環境下的穩定性要求，甚至達. n. al. er. io. 到防水、防塵、防靜電與高散熱等，因應使用情境不同有不同的規格。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 1-3、工業電腦應用領域. 5.

(14) 由於客製化特性，涵蓋各個層面如功能規格、設計與服務等，即每個工業電腦系統整合商都具備自有的專攻領域對應特定顧客，新進者難以長期累積產業經驗，新產品的設計和測試有可能需要廠商投入較長的時間完成，再加上解決方案往往廠商重要資訊，例如產線機密、資訊安全與獲利行為等、都造成客戶的轉換成本高，同時也形成產業技術門檻，所以客戶很少因為成本的關係而更換供應商；此外開發新客戶通常需要 3~6 個月，只要產品品質獲得客戶認定，客戶再購率和忠誠度遠高於一般消費性電子產品，長期來說，客戶訂單來源穩定。隨著工業 4.0 時代的來臨，面對智慧製造和智慧工廠強勁的市場需求，工業電腦廠商紛紛布局工控技術和自動化設備領域，進一步提供軟硬體整合的整體解決方案。. 立. 政治大. 圖 1-2 所示，2013~2017 年全球工業電腦市場規模持續成長，自 2015 年工業電. ‧ 國. 學. 腦毛利普遍高於傳統 PC 廠商平均 1~2%，台灣前三大工業電腦廠平均毛利率更高達 35%~40%；2016 年工業電腦市場仍持續擴大，工業電腦廠更是以持續強化物聯網布. ‧. 局，並擴大營運規模和市占率，以提供系統服務為目標。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 1-2、2013~2017 全球工業電腦市場規模 6.

(15) 第二節. 研究動機. 緯創資通股份有限公司(http://www.wistron.com.tw/)為一具備創新技術服務的公司，提供全球領導企業端對端的產品開發服務。從初期的產品概念設計、量產到售後服務，緯創提供給客戶的產品及服務在創新及品質上，都達到國際標準。其在資訊及通訊科技產品的深入專注，更賦予客戶差異化的競爭優勢。 •. 專注於資訊及通訊科技產品的創新技術服務. •. 產品包括個人電腦、伺服器和存儲系統、網路產品、顯示器及通訊設備. 政治大. •. 提供全方位的設計、製造和售後服務. •. 員工超過五萬人. ‧ 國. 學. •. 立. 年營收超過兩百一十億美元. 在設計方面，為因應愈來愈複雜化的產品引進市場，緯創提供全方位的整合性. ‧. 設計服務。憑藉在工程和整體設計的專業技術，緯創在開發產品上的思維，從材料、. Nat. sit. y. 樣式，更加入了符合環境需求的設計理念。緯創提供整套的產品系統整合開發，包. al. er. io. 括電子、機構和工業設計，結構功能測試、產品原型製作及代理認證服務。規模龐. n. 大的實驗室除了整套達到業界標準的設備，也包括緯創自行開發的設計工具及測試設備。. Ch. engchi. i n U. v. 在製造方面，緯創具備豐富的電子產品製造經驗，在資訊及通訊科技產品方面擁有領先的技術和方法。從元件到拆箱檢驗，整套測試和分析皆以獨步業界的設備和程序處理。緯創提供包括從 PCB 到系統組裝（包括 BTO／CTO）的一整套服務。完備的 IT 系統包括整個製造和品質管理報告，而供應商資料庫也涵蓋所有採購的相關活動，以確保供應商的績效管理。在服務方面，緯創擅長提供全面化及客製化的售後服務方案。為支援服務流程鏈中的各個環節，緯創提供詳盡的服務方案，包括元件及系統維修、逆物流、全球物流服務中心和庫存管理、產品生命周期規劃以及綜合 IT 解決方案，例如客戶電子資料交換鏈結與資料流自動化。緯創在服務過程的每個階段都對品質管制進行有效 7.

(16) 的管理，將維修訂單、目前維修狀態、終端用戶資訊和測試結果匯集於一個功能完備的服務管理 IT 系統中，有效整合與庫存、客戶訂單、採購、收貨/出貨的協同運作。但是由於 PC 產業在台灣內部競爭激烈、產品 BOM 表清晰可算、設計服務日趨同質、大廠採購的議價能力，以及現存生產規模的依賴限制。產品研發能力可能是品牌公司成長的關鍵，但是對於不能決定產品架構與定義市場需求的代工廠商而言，不僅研發的方向受限，研發的績效還要取得品牌公司的認可。這些限制條件，讓台灣代工產業無法進行破壞式創新，進行新興市場或低階市場的發展，只能跟對品牌公司，在品牌公司的設定的產品發展路徑之下，進行非常有限的研發設計。. 政治大. 緯創從宏碁分家後發展總計有 3 階段，2001 年分家時外界對緯創相當不看好，. 立. 是緯創的艱困期，客戶不信任，競爭者描述也不正確，後來緯創克服。2003 年是緯. ‧ 國. 學. 創第二階段，也可稱為上市症候群，因為放鬆了，開始陷入困難，歷經 2004~2005 年的困境，直到 2011 起開始思考轉型。. ‧. 在 2014 年普遍認為 PC 是生產工具，如今來看，手機與平板電腦的功能越來越. sit. y. Nat. 強大，對 PC 來講是危機。但是目前智慧型手機或平板，對使用者的需求舒適性依然. io. er. 還不夠，然而過一陣子，PC 必定會被行動與廣義的物聯網給取代。. al. v i n Ch 商業自動化設備、醫療、網通設備，手持設備和新策略產品為主。 engchi U n. 所以緯創成立了一個工業電腦的 BU，圖 1-2 所示，這個 BU 以工廠自動化設備、. 8.

(17) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 y. Nat. n. al. er. io. sit. 圖 1-2、緯創工業電腦產品線. Ch. i n U. v. 雖然緯創從傳統 PC 產業跨出了腳步，如圖 1-3 所示，但是緯創仍然把客戶還是. engchi. 鎖定在一線大公司上，而且以硬體提供者自居。雖然希望轉型，還是無法跳脫硬體製造的框框。. 9.

(18) 圖 1-3、緯創工業電腦產品生態. 學. ‧ 國. 立. 政治大. ‧ y. Nat. PC 市場一定萎縮，這不是秘密。萎縮過程中，品牌會集中，供應商也會集中，. io. sit. 但這不是世界末日，代工廠必須要找出路，未來 10 年，緯創該如何轉型，才能不只. n. al. er. 追求個別公司利益，而是要變成能夠成為解決方案的提供者。. 第三節. Ch. engchi. i n U. v. 研究目的 (Design challenges). 「台灣的代工製造產業應該如何發展」的問題，是困擾 PC 產業的管理難題，特別是在公司面臨產品成熟、訂單驟減、毛利下滑的時刻。所有台灣的代工製造產業亟思轉型的方法和方向，但是轉型到的新的產品市場或產品也是非常複雜、動態、多重因素多相互依存及影響。屬於複雜難解的問題(Wicked Problem)、問題本身都還需要定義及釐清。以下列出想解決的議題並定義服務設計的議題。 1. 先盤點緯創的核心競爭力，並訪談傳統 PC 產業的品牌公司、IC 供應商、作業系統公司和工業 PC 的公司，找出表面及深層需求、設計新的服務模式提供給受訪. 10.

(19) 者，得到其反饋之後再修正設計，嘗試提供有別於現行的制度或方式，激發使用者的回應及參與，重新檢視資源是否有效運用，進而重新分配，改變運營模式，達到緯創成功轉型的目標。 2. 如何結合最新科技趨勢，提供使用者高價值的設計，例如：物聯網、工業 4.0、感測器和機器手臂，並增加使用者需求滿意度及解決問題。 3. 最新的科技尚未成熟後，緯創的轉型尚在進行中，但只要方向正確，這些模式或能力成熟後，可以快速讓公司保持彈性，能充分利用的資源，進行個別化差異設計。. 政治大「以服務設計思維建構專業代工緯創的未來」立. 因此本研究的服務設計議題(Service Problems)可定義如下:. ‧ 國. 學. 第四節. 論文結構與研究步驟. ‧. 本論文共分成五章，在第一章緒論中介紹本研究之研究背景、研究動機與研究. y. Nat. sit. 目的；第二章文獻探討中先定義傳統電腦、工業電腦和產業電腦的範圍，以及說明. er. io. 物聯網，工業 4.0 的概念以及簡要說明設計思考的方法；第三章研究方法中說明採. al. v i n Ch 高成長性的未來趨勢產業，最後緯創需在未來具備那些技術能力或流程以符合趨勢 engchi U n. 用設計思考的方法，進行由緯創的核心競爭能力和成熟的 PC 產業出發，發現新興且. 潮流的科技化服務設計，從需求發掘、反覆檢視以找出創新的洞見，並且定義出發展雛形的想法；第四章研究成果中則針對第三章所發展的服務雛形進行使用者意見回饋調查以及服務實現與測試，以及服務系統的可用性分析；第五章為結論與建議，包含未來的公司和研究方向建議。研究步驟採取幾個大步驟來進行，第一先定義研究動機與研究目的，透過國內外案例調查與文獻探討，了解如何來建立具備產業特色的服務設計。接著採用設計思考的四個步驟(Discover/ Define/ Develop/ Deliver)來進行科技化服務分析與設計，本論文將發現的服務設計標準作業流程的雛形的 Deliver 放在研究成果中討. 11.

(20) 論，最後是以符合產業特色的服務設計的可用性目標評估作為總結，整體研究步驟如下圖 1-4 所示。. 研究動機研究目的文獻探討設計思考 Discover 探索. Define 定義. 立. Deliver 服務實現. Develop 發展. 政治大. 研究成果. ‧ 國. 學. 結論與建議. ‧. 圖 1-4、論文研究步驟. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 12. i n U. v.

(21) 第二章. 文獻探討. 激烈的競爭迫使參與者不斷導入最精實的技術，並將生產力推向最高點，自這個點上，每多生產一單位商品的邊際成本，都已達到近乎零的水準。也就是說，額外生產每單位產品的實際成本等於零，產品也因此變得幾乎免費。如果那個情況發生，所有的利潤將測底萎縮。幾乎零邊際成本的現象，讓數十億人得以在幾乎免費的情況下，取得越來越多資訊。如今，全世界有超過三分之一的人類，經常性的用手機和電腦來製造自己的資訊，同時透過視訊、語音和文字，在幾乎沒有花費任何邊際成本的情況下，分享. 政治大務的時代。儘管未來幾乎免費的商品和服務將變得越來越普遍，但這些商品和服務立到網路世界。這場零邊際成本革命也影響到製造領域，跨入一個近乎免費商品與服. ‧ 國. 製造其他商品和服務，從而順利維持成長。. 學. 同時也開啟一些新的機會，讓企業思考如何在可以在獲取足夠邊際利潤的情況下，. ‧. 在整個歷史上，每當人類新的能源管理機制，並創造出新的溝通媒介來組織這. y. Nat. 些能源機制後，經濟就會大幅度轉型，如十六世紀開始有小型製造商將水車磨坊和. er. io. 1. 第一次工業革命：. sit. 風車磨坊融入生產流程而產生的經濟規模，開始了擁有工人和機械的小型製造廠。. al. n. v i n C h Watt)發明以燃煤現代蒸汽引擎，並申請專利。 1769 年，詹姆士˙瓦特(James engchi U. 棉花產業業成為第一個採用這項新技術的產業，它的生產力出現驚人的成長。而燃煤動力蒸氣技術引進了全新的通訊和能源組合式基礎架構(蒸氣印刷和蒸汽火車頭)，這個組合式基礎架構成為第一次工業革命的技術平台。 2. 第二次工業革命：石油的發現，內燃式引擎的發明以及電話的導入，催生的一個支配二十世紀的新通訊和能源組合。全新的發電系統，讓每樣工具都能配備專屬的電動馬達，電動馬達讓工廠的效率提高一倍。 3. 第三次工業革命：. 13.

(22) 通訊網路(Communication Internet)、尚處於初步發展階段的能源網路(Energy Internet)和物流網路(Logistic Internet)在二十一世紀在物聯網的支持下結合再一起。物聯網是透過一個高度整合的全球網路，把所有事物和每個人全部連結在一起。舉凡人、機器、天然資源、產品線、物流網路、消費性、回收流程以及經濟和社會生活中的幾乎所有面向，都透過感測器和軟體連接到物聯網平台，而且會持續不斷的即時對每個節點(企業、家庭、汽車等)提供巨量資料(Big Data)；接下來，再用先進的分析學，將巨量資料轉化為預測性的演算法(algorithms)，並將它編製能改善效率；所以巨量資料、先進分析法、演算法、人工智慧和機器人等將大幅提升生產力的自動系統程式，正逐漸取代傳統製造產業。 4. 第四次工業革命：. 立. 政治大. 第四次工業革命率先由德國人提出，稱為工業 4.0。工業 4.0 最初用於描繪製造. ‧ 國. 學. 業的未來，工業 4.0 以網宇實體系統為依託，打造包含智慧製造、數位化工廠、物聯網及服務網路的產業物聯網。憑藉智慧技術的力量，虛擬模擬技術與機器生產得. ‧. 以結合融合，整個生產價值鏈都能完成密切交流。簡言之，第四次工業革命就是工. n. al. er. io. sit. y. Nat. 業 4.0，就是智慧化生產的時代。(物聯網革命，2014). Ch. engchi. 14. i n U. v.

(23) 圖 2-1、歷次工業革命. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. n. a表l 2-1、四次工業革命的起源和意義 v i n Ch engchi U. 第一節物聯網「Internet of Things」這個詞最早是由麻省理工學院研究 RFID 的 Auto-ID 中心主任 Ashton 教授於 1999 年提出來的。同年，在美國召開的行動運算與網路國際會議也提出：「感測網路是下一個世紀人類面臨的一個新發展機遇」。歐巴馬總統在競選期間提出「Change」口號的演講中提到「世界的基礎設施系統性的低效率問題需要解決」、「讓我們的地球變得更智慧」的說法。同一時期， IBM 也提出「智慧地球」口號。而歐盟在 2009 年布拉格會議的一個報告中，對物聯網 (IoT) 的定義是「IoT is a global network infrastructure, linking physical and virtual 15.

(24) objects through the exploitation of data capture and communication capabilities. This infrastructure includes existing and evolving Internet and network developments. It will offer specific object-identification, sensor and connection capability as the basis for the development of independent federated services and applications. These will be characterized by high degree of autonomous data capture, event transfer, network connectivity and interoperability.」，這個定義比較宏觀和抽象。聯網網（Internet of Things，縮寫 IoT）是網際網路、傳統電信網等資訊承載體，讓所有能行使獨立功能的普通物體實現互聯互通的網路。物聯網一般為無線網，而由於每個人周圍的裝置可以達到一千至五千個，所以物聯網可能要包含 500 兆至一千兆個物體。在物聯網上，每個人都可以應用電子標籤將真實的物體上網聯結，. 政治大. 在物聯網上都可以查出它們的具體位置。通過物聯網可以用中心電腦對機器、裝置、. 立. 人員進行集中管理、控制，也可以對家庭裝置、汽車進行遙控，以及搜尋位置、防. ‧ 國. 學. 止物品被盜等，類似自動化操控系統，同時透過收集這些小事的資料，最後可以聚整合大數據，包含重新設計道路以減少車禍、都市更新、災害預測與犯罪防治、流. ‧. 行病控制等等社會的重大改變。. sit. y. Nat. 物聯網將現實世界數位化，應用範圍十分廣泛。如圖圖 2-2，物聯網拉近分散. io. er. 的資訊，統整物與物的數位資訊，物聯網的應用領域主要包括以下方面：運輸和物流領域、健康醫療領域範圍、智慧環境（家庭、辦公、工廠）領域、個人和社會領. n. al. Ch. 域等，具有十分廣闊的市場和應用前景。. engchi. 圖 2-2、物聯網應用範疇. 16. i n U. v.

(25) 雖然物聯網概念於 1998 年出現，但技術價格昂貴，因此「只聞樓梯響，不見人下來」，直到 2007 年，iPhone 出現才為物聯網拉開序幕。「物聯網起飛最重要的因素就是智慧型手機，我們使用手機控制智慧車、智慧家庭與智慧手環，手機是物聯網裝置的操控中樞。」除了智慧型手機，10 年內各類感測器價格從 1.3 美元滑落到 0.6 美元，RFID 標籤（無線射頻識別技術）的價格也下滑到 0.1 美元。全球家庭 WiFi 通訊協定覆蓋率已達 25％。根據 BI Intelligence 估計，到 2017 年連網裝置出貨量將超越智慧型手機，連網裝置正在急起直追。而 Harbor Research 也調查，2020 年將有 100 億個以上的連網物體，潛藏商機超過 1 兆美元。據美國 Forrester 也預測，2020 年，世界上「物. 政治大來可達到 100:1 甚至 1000:1，總數將以兆計，立. 與物互聯」的物的數量跟「人與人通訊」的人的數量相比，將達到 30:1 的比例，未. ‧ 國. 學. 物聯網（Internet of Things, IoT）被喻為電腦、手機等改變人類生活的十大科技之一，其市場發展潛力具備無限想像空間，許多研究調查機構都看好物聯網商. ‧. 機，像市場調查機構 IDC 在 2015 年的調查報告中指出，物聯網市值將從 2013 年的. y. Nat. 422 億美元，成長到 2018 年的 989 億美元，年複合成長率高達 19%，且全球半數以. er. io. sit. 上企業都已經準備好發展 IoT 解決方案。. 如下圖 2-3，工研院 IEK 預測，2025 年，全世界物聯網應用在九大應用領域上. n. al. Ch. 產值就上看 10 兆美元以上。. engchi. i n U. v. 圖 2-3、物聯網應用及產值. 17.

(26) 因為物聯網時代的崛起，正在引領以資料應用為主的「資訊經濟（Information Economy）」之全面興起，不但將透過科技應用促進智慧生活產業的成長，同時也會透過網宇實體系統（Cyber-Physical System, CPS）的整合，加速催化以工業 4.0 領軍的智慧製造革命。因此，如下圖 2-4，物聯網未來將會加速驅動五大產業競爭要素變革： 1. 生產方式從目前的集中式大量生產，因為客製化及產品開發速度加快的市場需求，強化以滿足長尾效應之眾多應用市場的少量多樣式製造。 2. 以往以壓縮成本和低價競爭為主的市場競爭力，將會透過資料分析及應用的加值. 政治大. 服務，建構在對產業價值創造的基礎上。. 立. 3. 產業結構會從以往較封閉的垂直供應鏈，透過開放式合作平台，形成較具彈性的. ‧ 國. 學. 開放性產業生態體系。. 4. 價值鏈主導力量過去以多由產品品牌領導者主導，未來將經由更多解決方案的提. ‧. 供者，轉為由軟硬整合系統服務廠商來主導。. 5. 未來的產業生態系結構，將從現有的垂直分工，改成水平整合及異業結合，逐漸. y. Nat. n. al. er. io. sit. 形成新一代的服務型應用生態體系。(蘇孟宗 IEK 產業情報網). Ch. engchi. i n U. v. 資料來源：IEK 產業情報網圖 2-4、物聯網加速驅動五大產業競爭要素變革. 18.

(27) 一、. 物聯網之架構與關鍵技術. 物聯網是架構網際網路上更為龐大的網路，相較於網際網路僅僅是人與人之間的資訊交換，物聯網更結合了各種末端設備(Devices)和設施(Facilities)，包括嵌有各式感知元件的行動終端設備、工業系統、大樓安全系統、家庭智慧設施和智能視訊監視系統等，而這些嵌有「智慧」元件的設備或設施再透過各種無線或有線、長距離或短距離之通訊網路，實現互聯互通、應用整合(Grand Integration)，和以雲端運算為基礎的 SaaS 營運等模式，在內網(Intranet)、專網(Extranet)、網際網路(Internet)環境下、採用適當的資訊安全保障機制、提供安全可控乃至個人化的即時線上監測、定位追朔、警報連動、指揮調度、專案管理、遠端控制、安全防範、. 政治大. 遠端維護安全、線上升級、統計報表、決策支援、領導桌面等管理和服務功能，實. 立. 現對「萬物」的「高效、節能、安全、環保」的「管、控、營」一體化。. ‧ 國. 學. 組成一個完整物聯網體系通常具備三種不圖的工作內容：第一是「全面感知」，透過 RFID、感測器、二維條碼等感測元件對特定的場景進行資料收集或者是監控的. ‧. 動作；第二是「可靠傳輸」，透過各種網路技術，將感知元件上所獲得的資料、傳. sit. y. Nat. 遞到特定的人、事或物上；最後則是「智能處理」，透過有效的分析處理，使得雜亂無章的資料形成有用的資訊，作為有效率的應用。如圖 2-5，歐洲電信標準協會. io. n. al. er. (European Telecommunication Standards Institute, ETSI)將物聯網劃分成三個. Ch. i n U. v. 階層：「感知層」為三層中最底層，用以感知數據資料、「網路層」為第二層，用. engchi. 以接收感知層的數據資料，並傳送至應用層、「應用層」為最貼近現實生活中的層次，將接收到的數據資料，做最有效的應用。以下就詳細介紹感知層、網路層和應用層的架構與發展的關鍵技術。. 19.

(28) 學. 圖 2-5、物聯網的三個層面. ‧. 感知層 (Device). ‧ 國. 立. 政治大. sit. y. Nat. 感知層事物聯網發展與應用的基礎，包括 RFID 技術、感應技術、控制技術及短. io. er. 距離無線通訊技術等，這些技術都是感知層所需要的關鍵技術。感知層在物聯網中就像是人體的皮膚和五官、針對場景進行感知和監測，用以收集許多不同的資訊。. n. al. Ch. i n U. v. 感知層包含了許多具有感知、辨識及通訊能力的設備，例如 RFID 標籤及讀寫器、二. engchi. 維條碼標籤及讀寫器、GPS、影像處理器以及紅外線、溫度、濕度、光度、亮度、速度、特殊氣體、音量壓力等各種感測器，設備間利用感測能力對資料加以收集，接著透過彼此相互通訊將不同的資訊進行聚合，最後再將資訊傳至網路層，致使物與物亦或物與人之間產生連結與互動。其中，在感知層也包含了各種關鍵技術，如無線射頻技術、無線感測網路和嵌入式技術。 1. 無線射頻技術 (Radio-frequency Identification, RFID) 無線射頻技術是一種無線通訊技術，通常是由讀寫器(Reader/Writer)與標籤 (Tag)組成的硬體系統，讀寫器透過無線電的訊號，識別特定的標籤並讀寫相關數據於標籤，而在識別過程中，無須建立機械或光學的接觸。在日常生活中，無線射頻. 20.

(29) 技術隨處可見，如交通工具上，作為標籤的悠遊卡及做為讀寫器的讀卡機，或是圖書館借還書用的圖書證及高速公路上的電子收費裝置(ETC)等都是標籤的一種。無線射頻技術的優點，包括：低成本、低耗能便利性高、安全性高、壽命長及易於應用在不同的場合中或物品上，綜合上述優點，無線射頻技術在物聯網發展中，扮演著舉足輕重的腳色。 2. 無線感測網路 (Wireless Sensor Network, WSN) 無線感測網路是由一群佈建在空間中，擁有不同感知元件的感測器所組成，如下圖 2-6。感測器間透過 Zigbee 無線通訊技術，彼此分享著感測的資料，並形成連通的網路環境。無線感測網路用於感知環境的變化，應用的環境也非常廣泛，譬如：. 政治大. 嵌有二氧化碳元件的感測器散佈建於工廠附近，檢測污染氣體的排放、嵌有音量偵. 立. 測感測元件感測器常佈建於件的附近，用以評估工地所製造的噪音、嵌有視覺感測. ‧ 國. 學. 能力的感測器常佈建於暗巷或樓梯間，用以防範可疑人士、亦或將三軸加速度感測器做為手錶掛在老人手上，做為意外發生時的通報等等。以擬人化的方式來說明無. ‧. 線感測網路在物聯網中所扮演的腳色，假設物聯網為人的身體，則無線感測網路就. y. Nat. 好像是物聯網的手與腳，用以感知、感測、感受這世界不管是有形或無形的資訊，. n. al. Ch. engchi. er. io. 成長也將成為關鍵，大大的影響物聯網的成敗。. sit. 再加上擁有低成本、易佈建、應用廣、效能高等特性，由此可知，無線感測網路的. i n U. v. 資料來源: http://www.playrobot.com/. 圖 2-6、各種感測元件. 21.

(30) 3. 嵌入式技術 (Embedded Intelligence) 嵌入式設備的高速發展對網際網路產生了強烈的需求，進而催生了物聯網的興起。嵌入式技術是綜合了微型電腦、感應器、電路技術及電子應用等多項技術為一體，將軟體結合硬體裝置的複雜系統。該技術主要是針對每樣物品的應用進而設計出一個專用的系統，嵌入式系統，舉凡智慧手機、數位家電、遊樂器等各種類型裝置，都可以透過嵌入式技術使其具備多樣化的功能，亦或是附加強大的軟體處理技術是其成為智慧化的裝置。在感知層中，包含了許多關鍵技術，而這些關鍵技術的整合，形成物聯網最重. 政治大. 要的感知層。事實上，這些技術早已應用在我們的生活中。. 立. ‧ 國. 學. 網路層 (Connect). ‧. 網路層的基礎是建築在大家所熟知的網路上，網路的結構又分為內網和外網，內網即一般所說的區域網路，像是公司或者是學校都會擁有屬於自己的區域網路，. y. Nat. sit. 在區域網路中，每台主機可以相互交換資訊，但是彼此所使用的 IP 位址是不可重複. er. io. 的；外網即是網際網路，是區域網路經由一台伺服器或是路由器對外連接的大型網. al. n. v i n Ch 中一個 IP 上，並透過這個 IP 和其他外網主機交換資訊。因此，在一個環境中，所 engchi U. 路，在外網中，IP 地址是唯一的，也就是在內網中所有的主機都是連接到外網的其. 有的感測器會彼此建立一個內網交換訊息，之後再透過外網將收集的資訊傳送出去。網路層相對於物聯網來說就像人體結構中的神經，負責將感知層所收集到的資訊傳輸至應用層進行處理。由於網路層是建立在數據網路和電信網路的基礎上，因此在網路層中將會依照網路傳輸的需求使用到各種不同的無線網路服務。 1. 異質網路整合在物聯網的應用中，不同的物聯網設備會因應其所使用的不同網路技術連結至網路上，如 Zigbee、WiFi、LAN、WiMAX、GSM...等。然而，不同的網路技術彼此無法相互溝通，也因為各自使用不同的網路規範，導致彼此協調不良使得網路頻道中. 22.

(31) 的某個頻道同時被多個網路技術所使用，產生共同問題，進而無法使用設備，因此，在不同的環境中常會要求各類型的網路能夠互相通訊。此外，在場景應用上還會要求網路設備及智能終端根據自己的應用需求、通訊能力、網路環境選擇適合的互通及連線方式，不同的網路技術必須能夠支援多種終端或網路間相互協同的功能，已達成資料完整傳輸的任務，並且還能夠臨時組成一個動態網路以提高物與物互聯的效率。在物聯網環境中，由於嵌入在物件上面的無線感測平台景有提供 Zigbee 的通訊協定，礙於無線感測平台和使用者的終端裝置之通訊協定不同，如藍牙、紅外線、 WiFi 等，因此需要一台儀器可以將無線感測平台與使用者的終端裝置之間的通訊協. 政治大 (Wireless and Mobile Network Lab)研發的多網合一無線閘道器，能將多種類的通立定做轉換。如圖 2-7 為例，由淡江大學資訊工程學系的無線與行動網路實驗室. ‧ 國. 學. 訊協定互相傳換藉此控制家電，例如使用者可以透過手機的 WiFi 對閘道器發出控制封包，當閘道器收到來自手機的 WiFi 控制封包時，便會將此訊息轉換成 Zigbee 封. ‧. 包再代傳至智慧燈炮，用以控制明滅。自動化的封包轉換，提供使用者舒適又便利的操控性，還可以進一步透過智慧化環境監控的方式來進行能源控管，以減少不必. Nat. n. al. er. io. sit. y. 要的浪費和資源的耗損。. Ch. engchi. i n U. v. 資料來源:物聯網概論. 圖 2-7、多種無線通訊透過閘道器控制 Zigbee 家電. 23.

(32) 2. 雲端運算技術雲端運算是一種基於網際網路的運算方式，是將許多「端」點串聯起來，這些端點也就是所謂的物聯網設備，諸如電腦、手機等，每一「端」及合起來將形成如同「雲」般豐富的運算資源，依照使用者的需求，方便且快速地提供各式各樣的應用服務。透過這項技術，遠端的服務供應商可以在數秒之內，處理數以千萬計甚至億計的資訊，提供如「超級電腦」般同樣強大效能的網路服務。雲端運算對使用者而言，不需了解其所享受的該項服務，是由「雲」中哪台電腦運算、由哪個儲存設. 政治大此外，使用者也不需要花大錢升級電腦或手機等就可連上「雲」中的硬體設備，大立. 備進行資料查詢，只要透過一條網路線連上網路，即可使用龐大的電腦及網路資源。. ‧ 國. 學. 幅的減少硬體成本。如圖 2-8，雲端運算共分為三層架構，分別為：下層的雲端設備(IaaS)、中層的雲端平台(PaaS)以及上層的雲端軟體(SaaS)，以下各自介紹這三. ‧. 層以及其在物聯網上應用。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. 資料來源:物聯網概論. 圖 2-8、雲端運算三層架構. 24. v.

(33) a. 架構服務 Infrastructure as a Service (IaaS) 提供使用者使用「基礎運算資源」，如：處理能力、儲存空間、網路元件或中介軟體，讓使用者能夠掌握作業系統、儲存空間、已部署的應用程式以及網路元件。IaaS 技術對於處理物聯網應用的大量資源與數據處理提供了有效的用途，此外，IaaS 對各種內部不同的資源環境提供了一致的服務介面。 b. 平台服務 Platform as a Service (PaaS) 使用者建立應用程式，其掌握應用程式的環境。其又分為 APaaS 及 IPaaS，. 治政大建立多種應用程式。在物聯網中，由於建構者的應用目的不同，PaaS 的立應用常具有不同的應用模式及應用方向。 c. 軟體服務 Software as a Service (SaaS). 學. ‧ 國. APaaS 主要是為應用程式提供執行環境及數據儲存；IPaaS 是用於集合和. 消費者使用應用程式，是一種服務觀念的基礎。在物聯網中，SaaS 依照. ‧. sit. Nat. 後依用戶的需求提供相對應的服務。. y. 感知層的各種資料的收集大量的數據，並對這些數據進行分析和處理，最. er. io. 網路層包含了相關網路資訊的交換標準與雲端服務的提供，主要是將資訊虛擬. al. v i n Ch 者直接採取其他適當的動作，對於感知層所傳來的資訊做有效的處理與傳遞。此外， engchi U n. 化，讓訊息可以自由地透過雲端存取，並判斷感知層傳來的資訊是要送往雲端，或. 在雲端或者是其他網路計算平台上做大量的數據儲存、分析、亦是網路層重要工作、也是作為應用層上運用的基礎。. 應用層 (Application) 應用層是物聯網與行業間進行的專業技術融合，是依照行業或是用戶的需求對網路層中的感知數據進行分析處理，以提供特地的服務，並實現廣泛的智能化，就像是人類的社會分工，最後構成一個完整的社會。在物聯網中，因為人、事、時、地、物的不同會有各種不一樣的應用領域，因此，如何開發出具有高效能以及快速. 25.

(34) 的軟體整合應用是物聯網發展中不可或缺的必要條件。應用開發環境是在硬體和操作系統上，用來支援應用軟體開發和運作的一種軟體，是操作系統和應用程序之間的通用軟體。應用開發環境能夠使應用軟體相對獨立於電腦硬體和操作系統平台，是操作系統為了適應各種不同的計算而發展出的功能擴充。在應用層上，針對數據做出有效的評估並發出相應的軟體整合應用對於不同的行業及廠商間都會帶來相當龐大的利益，譬如；電力公司針對每天所消耗的電量做出一個能夠及時查看用電量的「智慧電表」，讓人們可以了解家中各種電器的用電耗能情形，並進一步調節用電量，不僅讓用戶獲得服務，也為電力公司帶來許多利益。此外，在健康照護方面，也有供應商在鞋子內嵌入壓力偵測器，以了解居家老. 政治大已確定病人是否有定期服藥；在交通方面，目前世界各大車廠不斷的嘗試把各式感立. 人每日的步行次數，並且可對老人進行室內定位服務，或者是在藥罐中嵌入感測器，. ‧ 國. 學. 測器、具影像處理能力微電腦晶片嵌入於車身，目的是在於改善車輛的性能及安全性。在未來，透過這些不同的服務，能讓使用者及供應商都獲得各自的利益，因此. ‧. 在應用層方面，開發出有用的應用軟體對於不同行業及廠商來說是極為重要的。. y. Nat. 透過以上所提到的各層介紹以及發展的關鍵技術，我們可以知道各層的關鍵技. er. io. sit. 術在未來都將深深地影響物聯網的發展以及人們的生活。(物聯網概論，2013). n. al. 二、. Ch 物聯網趨勢產業轉型升級之模式 e. ngchi. i n U. v. 台灣產業過去累積出十分完整的硬體優勢，包括全面的製造核心能力和垂直分工的產業供應鏈群聚，然而過去二十幾年台灣在網路經濟的發展過程中並未佔有競爭優勢，仍是以傳統硬體為導向的產業思維，在全球新興產業發展脈絡中優勢逐漸弱化。因此在此波物聯網的熱潮上，台灣產業除了要掌握相關產業新商機，更要把握以軟硬整合為主的物聯網趨勢，促進台灣產業轉型升級、創造產業新價值。根據台灣企業在產業價值體系中扮演的角色，如圖 2-9，建議四種以軟硬整合轉型升級的模式，包括服務系統整合者、服務型品牌者、服務型解決方案者以及系統代工者，在端、網、雲、系統整合及服務應用的架構上打造軟硬整合服務平台，. 26.

(35) 期待能提升台灣產業的未來競爭力，在物聯網的驅動之下，掌握商機並增加產業附加價值。. 模式一、服務系統整合者：訂定服務需求規格，整合服務系統提供者雖然物聯網帶來大量新興消費者服務的商機，但是除了掌握消費者需求之外，也要能整合相關之系統解決方案。此模式的重要關鍵在於從原本的對消費者的服務提供者（Service Provider），在直接且完整掌握消費者需求的基礎能力上，進一步學習定義消費者需求的系統解決方案，串聯各終端之即時訊息，並集中處理與分析後，持續提升系統與服務價值，成為服務系統整合者（ Service System. 政治大. Integrator）。其中關鍵系統解決方案可以透過公司內自建的技術，或是與系統整. 立. 合服務業者策略合作。. ‧ 國. 學. 此模式之價值創造在於：引領在地產業的創新與創業，並帶動硬體設備業者透過軟硬整合發展服務業態，連結相關服務擴大服務與產業規模，改變傳統的硬體銷. ‧. 售模式，創造服務整合產業效益。. y. Nat. sit. 舉在台北實施多年的台北 YouBike 為例，在經營者掌握台北市民使用自行車做. er. io. 為大都會短程交通工具的行為習慣之後，可以進一步定義服務流程以及服務需求規. al. v i n Ch 接下來連結城市觀光資訊服務與廣告行銷的商業模式。所形成的整套服務系統與技 engchi U n. 格之能力，包含自行車的技術規格、維修系統、計價模式、付費系統等，甚至可以. 術，可以複製到台灣各地及海外市場，透過服務系統之整合，增加對消費者之服務價值，並引導出新興系統整合服務業者。. 模式二、服務型品牌者：選擇利基型應用市場，結合終端優勢建立服務系統能量過去許多台灣廠商已漸漸從製造代工，轉型走向自創產品品牌（ Product Brand），儘管一路走來舉步維艱，但是品牌這大方向是正確且須要長期經營。但是因為物聯網已催生新一代的服務型應用生態體系，品牌廠商除了以現有之終端品牌優勢，還需要建立系統服務能量，以掌握使用者資料之互通與深入分析，切入應用. 27.

(36) 市場成為服務型品牌者（Service-based Brand）。此模式的重要關鍵在於掌握終端品牌之客戶族群，以軟體能力提升硬體價值，並針對特定利基型應用，連結應用服務之軟體功能展現整體系統價值。此模式之價值創造在於：透過掌握終端品牌之客戶，以服務系統解決方案進入利基型應用市場，帶動終端產品、強化客戶黏著度，提高終端品牌價值。以原本從事公車售票終端設備的的寶錄為例，是一家中小型企業，在逐漸轉成票證系統整合服務者之後，透過建立多媒體電子付費與票證整合系統能力，市場應用面從公車逐漸延伸到高鐵及台鐵售票系統，如今已轉型成為提供智慧型交通運輸系統設備及全方位解決方案，藉由票證系統帶動多類型付費終端設備的銷售。. 政治大. 立. 模式三、服務型解決方案提供者：具備垂直應用解決方案，延伸至跨業應用領域. ‧ 國. 學. 透過建立軟體能量以及策略轉型，從提供標準化解決方案（General Solution. ‧. Provider），跨入垂直應用解決方案，並掌握跨業之專業領域知識，從原有之硬體或零組件供應商，轉型成為服務型解決方案提供者（ Service-based Solution. y. Nat. sit. Provider）。此模式的重要核心在於切入特定垂直應用系統整合，以軟硬體整合之. n. al. er. io. 解決方案，提供特定專業領域之高價值服務。. i n U. v. 此模式之價值創造在於：深化垂直應用解決方案之技術能力與專業領域知識、. Ch. engchi. 改變解決方案銷售模式，從硬體解決方案走向軟硬體整合解決方案；以及提升面對終端客戶能力，從透過系統整合廠商銷售走向直接面對專業領域之客戶提供解決方案。以全球工業電腦領導廠商研華為例，過去幾年一直在耕耘幾個特定的專業應用領域，如智能製造、智慧醫療、智慧交通等應用市場。研華透過與全球各應用市場的在地系統業者密切合作，提供專業的服務型解決方案，幫助各領域系統業者攻城掠地。如今研華定位為全方位的系統整合及設計服務的領導廠商，提供各類廣泛應用與橫跨各種產業的完整解決方案。. 28.

(37) 模式四、系統代工者：驅動 ODM 轉型為 OSM，提供大型軟硬整合系統服務過去台灣製造代工業者（Original Design Manufacturing, ODM），以鎖定國際產品品牌大廠為目標客戶，提供大量少樣、高產值、低利潤的製造服務。但是未來物聯網的價值鏈將轉為由軟硬整合系統服務廠商來主導，台灣 ODM 廠商應該結盟新興國際大廠生態（如 Google、Amazon 等），但是要在現有的硬體設計與製造基礎上，提升軟體能力朝向軟硬整合，轉型成為系統代工者（ Original System Manufacturing, OSM）業者。此模式的重要核心在於在原有以代工模式以掌握硬體製造能力，針對不同應用加上系統軟體技術（如：SDx、IaaS 等），進一步針對特定廠商需求提供彈性化軟硬整合解決方案，形成系統製造能力。. 政治大運商、透過 SDx 能力的深化，加強在硬體系統與管理軟體的整合能力、從單一硬體立. 此模式之價值創造在於：從協助品牌硬體廠商代工升級為直接面對資料中心營. ‧ 國. 學. 的銷售走向資料中心軟硬體整合解決方案的銷售。. 以近年來在雲端伺服器代工頗有進展的廣達為例，未來須要針對新興國際大廠. ‧. 生態的系統設計方向，掌握發展趨勢、並且自我提升在大型系統軟體相關的技術，. io. n. al. y. er. 在地市場規模超越，也可以維持對客戶的附加價值。. sit. Nat. 以軟硬整合平台發展有區隔性的代工服務，才不會被後起之競爭對手以低價及連結. Ch. engchi. i n U. v. 資料來源:工研院 IEK 產業情報. 圖 2-9、四種以軟硬整合轉型升級的模式. 29.

(38) 希望在這一波物聯網引領的「資訊經濟」時代中，台灣產業不僅能洞察已在加速改變的產業競爭要素，也要全體總動員，槓桿台灣累積多年的硬體及製造能力，以軟硬整合服務型系統平台，促進台灣產業轉型升級，融合新一代的產業生態體系，最終創造新的產業價值。(蘇孟宗 IEK 產業情報網). 第二節工業 4.0 美國在 2006 年就提出了 Cyber-Physical System (CPS)，也就是「虛擬網路-時. 政治大. 實體物理系統」，並將此項技術體系作為新一代技術的突破點。CPS 技術的目的和. 立. 意義是，任何產品可以存在於虛擬和實體兩個世界，如何在虛擬世界中將實體的狀. ‧ 國. 學. 態，以及實體之間的關係透明化。基於 CPS 技術的應用使設備具備了自動察覺 (Self-Aware) 、自我預測(Self-Predict)、自我比較(Self-Compare) 和自我配置. ‧. (Self-Configure)的能力。. sit. y. Nat. 「工業 4.0」一詞最早出現在德國 2011 年漢諾威工業博覽會上，德國政府把. io. al. er. 「工業 4.0」列入「高科技策略 2020」大綱的十年未來發展專案之一，成為德國新. n. 一代關鍵工業技術的創新重點。下表 2-2、對德國工業 4.0 與美國 CPS 的發展路徑對比：(工業大數據，2016). Ch. engchi. i n U. 德國. v. 美國. 發揮其傳統的設備設計與製造國家發揮其傳統資訊產業的國家優勢，進目的優勢，進一步提升產品市場適應力一步提升面向終端使用者體系性服務與配套服務能力。. 能力。. 方向注重智慧製造。. 注重智慧服務。. 對象製造業設備。. 系統工程、工業物聯網。. 關注涉及供應鏈的裝置產品製造、銷涉及全產業鏈與生態鏈的技術、產點. 售、售後服務能力提升，即智慧化品、服務完整體系應用能力提升，即生產製造能力。. 30.

(39) 智慧化體系服務能力及顧客價值創造。手段以 CPPS 和物聯網技術為核心，重以 CPS 和物聯網技術為核心，重點在點在設備的自動化和生產流程管理以智慧設備、大數據分析和互聯網為等方面。. 基礎的智慧化服務等。. 目標實現面向產品製造流程和供應鏈的實現面向使用者服務鏈與價值化的一一站式服務。. 站式創新服務。. 借鑑整合縱向智慧化與橫向的服務，透工業應用的工業大數據分析與社群網義意過全產業鏈的資訊同盟實現價值鏈路的傳統大數據分析相結合，實現從. 政治大透明度的智慧生產系統。效整合，為用戶提供全產業完整壽命立週期服務。的協同優化，創造一個高彈性、高設備、系統、集群到社區智慧化的有. ‧ 國. 學. 表 2-2、對德國工業 4.0 與美國 CPS 的發展路徑對比. ‧. 在 2010 年，德國提出「工業 4.0」，根據德國專家的定義、「工業 4.0」指的是以智慧製造為主導的第四次工業革命，或者是革命性的工業生產方法。在德國專. y. Nat. sit. 家的定義中，網宇實體系統、智慧製造、數位化工廠將成為工業 4.0 發展的關鍵。. er. io. 工廠運用這三個系統來研發新一代的關鍵科技，讓生產成本顯著下降，生產效率獲. al. n. v i n Ch 定義與路徑上德國與美國有所側重，但兩者都根據自身優勢去定義智慧化的思想和 engchi U 得大幅提升，同時實現產品型式的個性化與功能的多樣化。由上不難看出，雖然從. 體系，根據自己的技術特點去制定技術發展路徑，並根據自身的戰略需求去規劃實施方案。在這個「工業 4.0」基礎上，創新活動的方式將產生較大的變化，傳統產業的界線漸趨消失，產業鏈的分工也將面臨重組。所以工業 4.0 主要具有三個特徵： 1. 透過價值網路實現橫向整合。工業 4.0 透過新價值網路把商業模型與產品設計等領域進行橫向整合，從而測底改變企業發展模式。 2. 端對端數位整合橫跨整個價值鏈。 31.

(40) 在工業 4.0 時代，企業可以實現端對端數位整合。整個產品價值鏈也將實現數位世界與真實世界的融合，滿足客戶日益複雜化的需求。 3. 垂直整合與網路化的製造系統。所謂垂直整合與網路化的製造系統，主要指的是智慧工廠。在將來的智慧工廠中，製造結構(包含模型、數據、通訊、演算法)不再是事先固定好的，而是開發一系列資訊技術組合規則，始之根據不同情況，自動生成特定的結構。上述三個方面，決定工業 4.0 時代的企業是否能在瞬息萬變的市場中鞏固自己. 政治大. 的地位。工業 4.0 將使得製造業實現迅速。準時、無故障的智慧化工廠，隨時跟上瞬息萬變的市場。. 立. ‧ 國. 學. 而要推動製造業的智慧化轉型，必需實現下列的幾個方面： 1. 全方位互聯。. ‧. 工業 4.0 的核心是萬物互聯。無論是機器設備、生產線、產品、還是工. sit. y. Nat. 廠、供應商、使用者，都將被一個龐大的智慧型網路連結成一體。這個智慧. io. er. 型網路由五個部分組成：無處不在的感測器、嵌入式終端系統、智慧控制系統、通訊設備、網宇實體系統。在智慧型網路的覆蓋下，不同的產品與生產. n. al. Ch. i n U. v. 設備，甚至是整個「數位世界」與「實體世界」都能互連成一體。人與機器. engchi. 也都可以透過智慧型網路，來保持數位資訊的持續交流。 2. 全方位整合。整個工業生產需要有縱向、橫向、端對端三個層次的高度整合。縱向整合主要是指企業內部物流、資訊流、資金流、各個部門、各個生產環節、產品生命全週期的整合。企業內部所有因素的密切結合，是一切智慧化轉型的基礎。. 32.

(41) 橫向整合主要是指不同的企業，借助工業 4.0 這個價值鏈與物聯網，所完成的全方位資源整合。就是企業與企業能夠做到全方位密切合作，從產品研發、生產製造到經營管理，整個流程都實現綜合整合。端對端整合指的是產業鏈各個環節價值體系的重構。透過工業 4.0 整合價值鏈上各個不同企業的資源，如創造整合供應商、製造商、分銷商，並讓各自的客戶資訊流、物流和資金留在價值鏈中整合為一體。 3. 精準的即時大數據分析。在第四次工業革命中，呈爆炸性成長的數據對整個工業體系的價值，遠. 治政大裝置，智慧感測器的普及會源源不斷的產生數據。這些滲透到整個產業鏈與立生產生命週期的巨量數據，正是第四次工業革命的基石。遠超越之前三個時代的傳統工業生產體系。網宇實體系統的推廣與各種智慧. ‧ 國. 學. 4. 層出不窮的創新。. ‧. 從本質上來說，第四次工業革命的轉型過程，正是製造業全面創新升級. y. Nat. 的發展過程。製造技術、產品研發、商業模式、產業型態、組織形式等領域. er. io. sit. 的創新，將會變得層出不窮。 5. 全方位與深入性的轉型。. n. al. 隨著工業 4.0. v i n Ch 的到來，物聯網宇服務網路機全面滲透工業體系的各個角 engchi U. 落，將傳統的生產方式轉變為具有個性化，智慧化色彩的產品及服務的生產模式。傳統的大量客製化將變成多元化的個性化訂製。企業之前採用的是生產型製造模式，但是在工業 4.0 時代，將逐漸轉型為服務型製造模式；而依賴廉價勞動力與資金投入的傳統要素投入模式，將被以創新驅動的發展模式所取代。(工業 4.0 2016). 33.

(42) 圖 2-10，在工業 4.0 的定義中，智慧工廠、智慧生產、智慧互聯、是發展的關鍵，而企業運用這三個系統來研發新一代的關鍵科技。. 政治大. 立. ‧ 國. 學 ‧. 資料來源: 企業通 http://mag.digiwin.biz. 圖 2-10、工業 4.0 驅動變革. sit. n. al. er. io. 智慧工廠. y. Nat. 一、. Ch. engchi. i n U. v. 未來的智慧化工廠，人類依舊是最重要的生產因素，在工業 4.0 的背景之下，可以通過人機合作分配工作、以及使用協助系統，而是將人從單調、繁重的工作中解放出來，而工作負重改革或者終身學習都是可選擇的方法。工業 4.0 意味著應用於智慧工廠生產的新邏輯與品質。智慧產品在生產系統中擔任自主角色。他與機器、工人以及其他系統元件(如生產控制技術)進行交流，以一個自主的非人工要素完成其任務、參與控制生產流程。在智慧工廠的智慧型網路中，人與人、人與機器、機器與機器，甚至零件與機器都可以實現自由「溝通」。智慧工廠的「溝通」並不是把數據從這台電腦傳輸到另一台電腦就了事，而是要讓資訊交換涵蓋整個產業務聯網中的所有細節：. 34.

(43) 在人與人溝通的層次：工人、科學研究人員、產品設計師、管理者及最終使用者在智慧型網路的幫助下，能夠做到全程密切結合，隨時隨地進行交流。在機器與機器溝通的層次：管理者的大數據平台、產品設計師的電腦、智慧生產線上的設備、物流配送中心的控制系統能實現及時數據共享，精準快速的整個智慧生產線，甚至智慧工廠的工作流程與內容。在零件與機器溝通的層次：每個待加工產品和所需零組件，都能與生產線上的智慧感測器進行「對話」，讓所有的智慧型機器人能準確理解個性化生產作業的相關要求。. 治政大構成。從最初的使用者數據擷取到最終的產品回收服務，每一個環節都可以進行智立慧分析。德國夫朗和斐應用研究促進協會的製造設備與生產技術研究院(IPK)和柏林未來的智慧工廠將由智慧型網路、智慧分析、智慧製造、智慧物流等體系共同. ‧ 國. 學. 工業大學工具機與工廠管理研究所，曾聯手打造一個具有生產自我組織能力的示範性智慧工廠。該工廠透過五個技術創新，實現「零件與機器相互交流」的智慧化生. ‧. 產：. y. Nat. sit. 1. 給所有的生產設備、待加工產品與零組件、生產線上的智慧機器人安裝網宇. er. io. 實體系統，使其具備無線連網功能，形成智慧聯網。. al. v i n Ch 制器來進行調配，而是直接和生產設備進行資訊交換，從而根據加工需求自 engchi U n. 2. 採取「部件控制工廠的新型生產模式」。待加工產品與零組件不再由中央控. 動傳送到相關設備之處。. 3. 負責下一道工序的生產設備，獲得直接調用待加工產品與零組件的許可權。工廠在地下鋪設智慧感應線路，運輸小車可以根據接收到的數據，把所需零組件送到智慧型機器人手中。 4. 每一個待加工產品與零組件透過智慧晶片等技術，自行攜帶包括生產銷售文件在內的產品訂製要求資訊。這些資訊涵蓋全部生產工序，讓智慧生產線上的每一台機器設備知道自己要做什麼。 5. 一旦製造出現差錯，或者消費者提出的訂製要求與現有的大數據庫紀錄不符，智慧生產線就會立刻向研發部門的工程師示警。然後，智慧分析軟體就會主. 35.

(44) 動設計一個改進方案，並且馬上在一個虛擬的試驗環境中試行。如果沒有問題，再將新的生產方案與無線網路發給產品的網宇實體系統。若要實現工廠的智慧化，企業應當從以下幾個方面進行： 1. 製造技術要與網路技術充分融合。智慧工廠的先決條件正是生產計劃數位化，並且廣泛應用各種電腦輔助技術，在這個基礎上建立由生產計畫系統、網宇實體系統、數位模型系統、產品生命週期系統等子系統組成智慧生產體系。 2. 產品製造個性化。. 政治大. 生產方式高度靈活的智慧工廠，能夠最大限度的滿足消費者個性化訂製產品的. 立. 需求。為此，智慧工廠必須具備大量生產多種類個性化產品的能力。. ‧ 國. 學. 3. 工作環境與生產方式人性化。. ‧. 智慧化工廠將會大幅減少製造業對勞動力的需求，當工廠完成智慧化轉型之後，在職工人的工作重心將從低階的腦力勞動轉為技術創新，管理創新等高層次的腦力. n. al. er. io. sit. y. Nat. 勞動。(工業 4.0 2016). 二、. 智慧生產. Ch. engchi. i n U. v. 沒有運行良好的生產系統，資訊物理系統型態將很可能運行受阻、效率受限。生產系統作為整體控制系統「須持續專注企業目標的實現。將研究增值鏈上的所有活動，包括供應商及客戶。」對企業的挑戰在於，根據企業的自身狀況，不斷重新定義、不斷的探索智慧生產系統的元素和方法。運行智慧生產系統而收穫的經驗可用於資訊物理系統的研發與應用。重要的是：首先分析過程，發現並消除浪費，然後定義工作系統及流程的標準，檢驗並調試條件的變更。在資訊物理系統中的智慧生產系統應該要可以自主應對突發事件。「智慧機械與人類創新能力的合作將持續減少生產過程中由組織機構帶來的損失。為此，生產工人將透過移動協助系統提供相關的生產績效的最新資 36.

(45) 料，作為優化的決策基礎。」所以，現在實施智慧生產的活動為工業 4.0 創造了重要的前提條件，用於確保並提升企業的競爭力。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。在德國，智慧化生產被定義為「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、商品組裝，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，而是研發和生產幾乎是同步進行的智慧化生產。同時，這種智慧生產模式讓工人的工作方式也產生很大的變化。在未來智慧工. 政治大. 廠中，負責產品零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的零. 立. 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. ‧ 國. 學. 據平台中擷取相關資訊，生產線的智慧感測器就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數十個品質監測結點，被智慧機器人安裝上. ‧. 各種所需的零組件。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. y. sit. io. er. 生產。. Nat. 會被傳送到進行包裝的位置。一個人就能達成過去上百人的生產效率，這就是智慧. 從根本上來說，若要在智慧工廠上實現智慧生產這個目標，製造業就需要在三. al. n. 個層面上努力升級：. 1. 建立靈活的生產網路。. Ch. engchi. i n U. v. 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。傳統的 C2B(Customer to Business)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。如此一來，消費者就能更快，更便宜的獲得自己想要的個性化商品。 2. 工業大數據的運用將為製造業帶來巨大的商機。. 37.

(46) 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。 3. 智慧機器人與智慧生產線將被製造企業廣泛應用。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」。由此可見，工業 4.0 時代的智慧化生產模式，將為人類生產和生活帶來前所未有的變化。(工業 4.0 2016). 立. 智慧互聯. 學. ‧ 國. 三、. 政治大. 行動網路、物聯網、雲端運算等新一代資訊與通訊科技，是工業 4.0 的主要驅. ‧. 動力。工業 4.0 體系將在智慧互聯系統的基礎上，對機械製造、自動化、電子設備、軟體等技術進行深度融合，同時徹底改變傳統的企業生產模式、商業模式及營運模. sit. y. Nat. 式。. n. al. er. io. 智慧互聯系統是電腦技術、通訊技術、控制技術有機融合的產物，能對任何工. i n U. v. 程系統和資訊互動系統進行即時感知和動態控制，並提供相應的資訊服務。. Ch. engchi. 從資訊化與工業化結合的角度來說，智慧互聯系統的意義在於把不同的實體設備納入一個實體的網路體系中，經過資訊與通訊科技改造的實體設備，獲得數據計算、即時通訊、精確控制、遠端協調及自我管理五個功能。從根本來說，智慧互聯系統就是一種具備控制系統功能的網路體系，比普通控制系統多了開放、共享、資訊交換功能。智慧互聯系統可能是一種包含若干子系統的分散是異構系統。這些子系統的構造與用途各有不同，可能分散在不同的地理位置，透過智慧聯網來協調工作。因此，智慧互聯系統應當是一個能夠自主思考的智慧系統。它不僅能夠從環境中蒐集數據、挖掘有用資訊，還可以依照系統來控制相關設備，對環境產生可控制的影響。. 38.

(47) 在工業 4.0 的時代，代表虛擬世界的「資訊」與代表現實世界的「實體」，將被融合到一個高度智慧化的網路系統中。這個網路系統是由大數據雲端平台、物聯網、服務網路、工廠、科學研究機構、供應商、消費者等部分共同組成，而智慧互聯系統就好比是這個網路系統的神經中樞。機器設備、數據流程、物流、資金流也將融為一體，許多工業領域都會因此形成新的產業價值鏈。在製造業領域中，智慧互聯系統主要包含以下部分：能夠獨立交換數據的小型智慧型機器、能自動記錄的儲存系統，以及高效率運作的產品管理設備。這三個部分都具有較高的人工智慧水準，既可以獨力完成任務，也能互控制。由此建構的智慧互聯系統不但能有效控制整個生產生命週期與產品生命週期的生產流程，還能隨. 政治大互聯系統，就不會有工業 4.0 的智慧製造和智慧工廠。(工業 4.0 2016) 立. 時檢測原物料的庫存、供應鏈狀況和生產設備的潛在故障。可以說，如果沒有智慧. ‧ 國. 學. 第三節設計思考. ‧. y. Nat. 系統思維強調先以宏觀的角度看待欲解決的問題，接著界定該問題的範疇. io. sit. （ Scope ）；在一定的範疇當中，尋找這個系統當中的各個系統實體（ System. n. al. er. Entity），並且觀察系統實體之間的互動（Interaction），接著找出問題並提出解. i n U. v. 決方案。英國 Design Council 將設計流程定義為探索（ Discover ）、定義. Ch. engchi. （Define）、發展（Develop）、交付（Deliver）這四個階段，並且在四個階段當中共置入了二十五個操作方法，以便學習者可以依循，進而將設計流程內化。而 Tim Brown 在 Harvard Business Review 也曾經發表過對於設計思維的看法，認為：「設計思維是以人為本的設計精神與方法，考慮人的需求、行為，也考慮科技或商業的可行性。」（Tim Brown, 2008）本論文則是合併了系統思維與服務設計思維兩者，在原有的設計思維四個階段當中調整了置入的操作方法，期望在導入的過程當中，先界定範疇、找出系統實體及其互動，接著透過服務思維辨識被操作性（Operand）系統實體是否能夠轉換為操. 39.