網路資訊發達、產品壽命急遽縮短、少量多樣、客製化躍為主流，加上少子化、高齡化問題造成勞動人力的困窘，致使全球製造業面臨升級轉型的沈重壓力；尤其是新一代資訊技術、人工智慧技術和3D列印等新技術不斷地朝製造業生產過程滲透的情況下，傳統的設計和管理方法已不能有效解決現代製造系統中出現的問題。為因應產業需求，整合傳統製造技術、電腦技術與人工智慧等新技術為基礎的新型製造模式—智慧製造應運而生。

為此，各國政府也在重塑各自製造業的全球競爭壓力下，順勢推出與發展智慧製造技術及產業應用相關的政策：如德國在2013年推動工業4.0政策，期望透過以網宇實體系統(Cyber-Physical System；CPS)為核心的智慧工廠，結合服務性網際網路，以協助製造業達成智慧生產、綠色生產等永續生產的願景；美國則在“再工業化”發展策略下，在2011年6月和2012年2月相繼啟動《先進製造業夥伴計劃(Advance Manufacturing Partnership；AMP)》和《先進製造業國家戰略計劃》，大力發展國內製造業和促進出口，以振興美國國內工業；日本則啟動先進製造國際合作研究專案，並提出透過發展協同式機器人、無人化工廠以提升製造業的國際競爭力；中國大陸則先後編制《智慧製造裝備產業“十二五”發展規劃》和《智慧製造科技發展“十二五”專項規劃》，並宣佈實施「中國製造2025」，透過實現製造升級爭取在2025年從製造大國躋身製造強國行列。所以，從近年來各國不約而同推出的相關產業政策可以發現，大力發展智慧製造，藉此打造出製造業的新競爭優勢，搶佔新一輪產業制高點，已是各國政府不得不的選擇。

金屬製品產業是國內製造業龍頭產業之一，2015年臺灣金屬製品業產值達新台幣6,932億元，佔製造業產值的6.1%；廠商數為17,844間，佔製造業22%，在製造業中排名居第1位；就業人數為30.5萬人，佔製造業11.8%，於製造業中僅次於電子零組件業。在貿易市場方面，2015年臺灣金屬製品業出口值為新台幣3,387億元，出口比例達48.9%，顯示金屬製品業在國際市場具高度競爭力。若以次產業之產值觀察，以螺絲螺帽業產業居冠，2015年產值為新台幣1,393億元(佔20%)，其次為表面處理業(17.4%)、手工具業(9.4%)及模具業(8.3%)。金屬製品業是我國發展相當早的中堅產業，產業鏈分工完善、群聚性強，在國際上具有相當的產業競爭力，多年來一直為世界主要螺絲螺帽、手工具、水五金、高爾夫球頭之出口大國。

由於傳統金屬製品產業屬於3K1Y產業(危險、骯髒、辛苦及低廉的產業)，面對高級人才不願投入，有經驗勞工逐漸不足，故面臨技術斷層與勞動力不足的問題；再加上臺灣金屬製品產業價值鏈擅長之部份大都集中於「製造」，無論在產品量產或市場銷售上，均面臨中國大陸廠商強大的挑戰，使得臺灣金屬製品產業國際市佔率及競爭力均持續下滑，且金屬製品業廠商因持續外移也造成產業逐漸空洞化的危機。另外，臺灣金屬製品業者多屬中小企業，產品創新設計少，也無力投資昂貴之智慧化設備，使得國際競爭力嚴重不足；而產品的生命週期縮短、製造方式靈活性需求增加，更增加全球生產因應上的困難。

智慧製造是以新一代資訊技術為基礎，配合新能源、新材料、新工藝，貫穿設計、生產、管理、服務等製造活動各個環節，具有資訊深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進製造過程、系統與模式的總稱。目前並無智慧製造全球市場規模實際的統計數據，但根據Market & Market (2015年)的智慧工廠相關統計，2015年全球智慧工廠市場規模約505.5億美元，而其應用市場則以汽車產業的應用為大宗，2015年約204.3億美元(佔全球智慧工廠的40.4%)，其次為電機/電子產業，2015年市場規模約132.8億美元(佔全球智慧工廠的26.3%)，而金屬/採礦產業(Materials & Mining)為智慧工廠的第三大應用市場，2015年市場規模約57.4億美元(佔全球智慧工廠的11.4%)。雖然，全球金屬製品業在智慧製造部份的投入尚不如汽車業或電子業般積極，隨著物聯網、大數據、雲運算、人工智慧等運用愈來愈頻繁的環境下，也有不少金屬製品業者積極導入智慧製造系統，藉由運用虛實整合或智慧聯網等技術，於產品設計、供應鏈管理、設備、製程、模擬或服務模式等導入整體智慧化解決方案，提供快速客製開發、產線即時因應與生產可預測之助力，建立產業快速回應多樣、多變量市場之效益，甚至作到製程中品質即時監測與回饋修正技術。以下，就目前國內外金屬製品業者廠商導入智慧製造之相關案例作介紹。

Bosch Rexroth公司是Bosch集團的一個子公司，主要生產液壓系統、電氣傳動、控制系統、齒輪技術、裝配技術等自動化工業產品。隨著個性化定製與大規模生產共線的需求，靈活且高效的生產模式已逐漸成為未來製造的發展模式，甚至還需同時滿足小批量、低成本的競爭優勢。為此，Bosch Rexroth公司對原有的Homburg工廠生產線進行改造。過去需透過3條裝配生產線平行生產200多種不同的液壓閥方式，轉換成一條由9個分散的智慧工站，透過半自動、多產品的裝配線，以及每個工作站配備藍牙接收器及RFID讀取器方式，把裝配生產線的員工、產品及機器連接起來。改造後的生產線採用了用戶識別及自動調整、生產訊息看板、智慧工作站、RFID生產管理等工業4.0相關技術，達到零切換即可生產6大產品，使得單一產線能處理的產品規格從原來的3~5種增加到25種，其因應產品規格變動的產線調整時間也由原先的5~30分鐘縮減到近於0，並達到零組件庫存量由2天份減少為1天的產業效益。

除了Bosch Rexroth之外，德國生產廚房衛浴產品的Hansgrohe SE公司也導入智慧製造的「BDE online」專案，使得員工在組裝線上登入本身ID後，系統即會通知相關生產訂單，使得員工均能以簡明易懂的方式瞭解生產資訊，並讓每個產品製造均可在組裝生產線上被掃描，進而通知系統目前的生產狀況(包含訂單、累計量等)。

全自動虛擬量測技術(Automatic Virtual Metrology；AVM)主要是在機臺上安裝各種感應器(Sensors)來收集各種製程資料並送至伺服器，之後，經過資料處理、資料品質評估、預測演算核心與信心指標等模組來進行虛擬量測。過去，全自動虛擬量測技術(AVM)已成功應用在半導體廠、面板廠及太陽能電池廠的生產機台，完成線上即時的先導功能與精度驗證。為能將全自動虛擬量測系統(AVM)技術引進各型輪圈生產線，致使所有成品都能達到生產線上的自動全檢境界，成功大學鄭芳田教授的E化製造研究中心結合該系統於半導體產業的成功經驗，率先投入鋁輪圈智動化生產，研發出搭載有全自動虛擬量測系統(AVM)的鋁輪圈自動化生產線，率先跨入工業4.0領域，創造新的商業模式。

除了鋁輪圈的應用之外，國內金屬製品業也不乏智慧製造的投入者，如生產工具機專用精密螺帽的盈錫精密，將所有加工設備導入連線管理功能，透過生產輔助系統PAS(Production assistance System)，即時掌握工廠內機台的加工狀況，並透過「設備生產即時狀態看板管理」呈現即時機台生產狀態，建立產品的生產履歷，以提供客戶訂單快速追蹤查詢的服務。至於模具設計暨製造公司--捷普綠點則透過自行開發的系統串聯上下製程，形成軟硬體相互融合的生產製造物聯網，作到系統間都能相互溝通、即時監控，隨時都能找到問題主動通知或加以排除，使得生產流程更靈活、更彈性，以達到智慧製造境界。

對於目前製造廠商而言，幾乎每個產業均面對著消費者行為改變、產品週期縮短、供應鏈風險增加、售後服務複雜化等挑戰，使得製造廠商無法再以傳統組織模式從事生產。而金屬製品產業一直是國內製造業龍頭產業之一，在國際上具有相當的產業競爭力，多年來一直為世界主要螺絲螺帽、手工具、水五金、高爾夫球頭之出口大國；過去單靠低價及追求規模經濟、大量生產之策略已逐漸失效，臺灣金屬製品產業已進入必須產業轉型升級的階段。從上述不同的成功開發案例可以發現，智慧製造並不是一個標準化技術，它可以從虛實整合著手，也可以從生產全檢著手，甚至是生產即時狀態看板管理，隨著產業需求的不同，也會有不同的應用方式。未來智慧製造還可以結合供應商、物流和客戶等形成橫向整合、縱向整合或端對端的價值鏈，透過資訊化的方式、自動化的設備、智慧化的生產體系來自我改造，從而實現貼近客戶需求、智慧化生產的目標，以迎向全球產業發展趨勢，協助國內金屬製品業再造全球競爭優勢，另創產業高峰。

智慧製造是以智慧生產方式貫穿設計、生產、管理、服務等製造活動各個環節，形成具有資訊深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進製造技術，其目的不是僅僅是資通訊與軟硬體技術的應用而已，反而是傳統老師傅技術的延伸，不只是協助臺灣金屬製品業走向世界潮流的先端，更帶有傳承傳統優良技術的使命，甚至將製造技術延伸至服務端的改變。為提升競爭力、傳承產業技術、延伸服務市場，臺灣金屬製品業者更應積極導入智慧製造系統，再創世界舞台的高峰。

（本文作者為金屬中心ITIS計畫產業分析師）

更新日期：2020-04-08