從工研院到政府，在媒體上三不五時就會提出來捧一下，
再拉學界進來研究一下，
儼然是產官學界的新顯學，
大家都很努力想掛上一點關係。
2015/4/17代替歐特克經理去研討會分享智慧工廠，
沒想到被節錄成新聞稿，ctimes連結，
其中也提到工業4.0、智慧製造 、IOT(物聯網) 、積層製造 (Additive manufacturing，或常說3D列印，20年前說快速成型RP)其實都會有關聯；
另外有一篇引用當初Session中更多的說明：用軟體打造智慧工廠。
為什麼這個議題很熱？真的有其必要性？
先看一些好像沒什麼關係的資訊，台灣人口趨勢變化如下圖示：
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| 資料來源：內政部戶政司全球資訊網人口資料庫，歷年全國人口統計資料 |
從30.5萬開始下降，持續十年，2010年降到谷底16.7萬，平均一年少1.4萬個新生兒，
然後2011回升到20萬到2016都在20萬上下波動；
往前看我兒子出生那一年1996，新生兒數量約32.5萬，
再往前到1985年有34.6萬，
我出生那一年1969有39.3萬，
再更早幾年在1960年代甚至有42.5萬，
50年內，出生人數銳減為五成，
說實在話，事情很大條。
先不說人口數減少對一些依賴人直接消費產業的影響(例如學校)，
從事求才的角度來看，
若以簡單的假設一半人18歲高中畢業後開始工作，
一半人22歲大學畢業後工作，
平均20歲進入職場計算，
這代表從2017年開始，就業市場的新進人力數量會開始減少，
而且是每年減少1.4萬人，各行各業都會受到影響，
現在人力不足的狀況以後只會越來越嚴重；
日本更早發生，中國的一胎化政策在往後甚至會有更嚴重的影響。
那跟製造有甚麼關係？
在一個產品的生命週期中，
跟廠商最密切的研發、設計、製造、運送、銷售的不同階段來看，
製造在其中幾乎是直接工時需求最長、投資金額最大的階段，
不像RD、設計看起來時間長，但是工時卻可以攤到數量龐大的製造成品中，
當然人力不足連RD、設計人力也會受到影響，但是相對的幅度比較小，
所以迫切需要的就是如何減少製造所需要的人力需求？
這也是工業4.0的主要目的：
讓自動化機器取代人工製造作業的成本再大幅降低到可以大量取代。
不要懷疑，對作生意的老闆來說，賺錢就是惟一目的，
想賺錢就是兩條路：提高價值跟降低成本，
沒有其他的捷徑 (其實在台灣老闆們是有捷徑“投資”：房地產跟股票)。
自動化作業的機器本來就有，
只是價格上、功能上通常都還有進步的空間，
如果可以進一步的進行成本降低跟功能提升，
未來製造人力不足的問題或許就有機會透過自動化製造來解決。
自動化甚至智慧化製造要如何進行？
以個人的淺見來看有以下兩大重點：
產品設計要適合作自動化
機器設備的功能模組標準化
產品設計要適合自動化，
第一要減少組裝的零組件數量，
第二要設計良好的基準跟公差。
減少組裝的零件數量主要靠設計跟選擇適當的製造程序，
舉例來說，電子元件從早期印刷電路板上一堆的電阻、電容、電感、變壓器跟線路等等諸多元件，
透過設計與元件半導體積體電路化，
將一些屬於計算、儲存功能的電路全部整合在IC中，
近年也不斷將一些感測元件體積縮小，
例如慣性偵測、光波感測、溫度感測、距離感測、壓力偵測等等，
都有將周邊電路進行整合設計以縮小體積的趨勢，
所以如果將20年前的電腦主機板跟現代的電腦主機板拿出來作比較，
就會可以明顯看出來電子元件透過設計與製造程序的變更，
以驚人的幅度簡化了印刷電路板上需要進行組裝的元件數量。
在機構上，比較早期的木造外殼電視機跟現代的電視機塑膠外殼，
也可以很明顯看出元件數量的減少，
其中很重要的因素就在於引入塑膠射出的製造技術，
搭配設計能力的提升，
將主要機構只要是可以設法使用同一種材質製造，
或者使用塑膠中鑲崁入金屬件的方式進行設計與製造，
電視機的外殼幾乎只剩下前後兩件，
不需要像早期木造的要外觀六片，
內側固定映像管、電路板等等多片木質或金屬鈑件，
在其中一片外殼上就設計多個供不同功能元件安裝的固定孔，
加上利用塑膠在破壞前的大變形能力設計成卡榫，
也可以大幅度的簡化現代電視進行組裝所需要的時間。
設計良好的基準跟公差目的在進一步使自動化作業變成可行，
自動化作業基本上需要有參考的基準，
也需要有一定範圍的尺寸限制才能進行組裝作業，
如果沒有基準又沒有公差，
就必須仰賴運動範圍大的抓取機構跟具備高度辨識能力來進行判斷跟組裝動作到正確位置，
這在實務上會大幅度增加自動化機構的成本、辨識作業時間、自動作業失敗率...
如此一來還不如使用人工作業比較省錢；
當然有人會認為機器人越來越便宜，
影像識別裝置跟電腦也變便宜，
彈性自動化製造系統成本會比以前低；
這是事實沒錯，
可是如果設計上有規範好的基準跟公差，
絕對可以使成本更進一步的降低，
郭董說過："魔鬼就藏在這些小細節中"，
所以作一模一樣的東西，有的公司成本就是有辦法比較低是有原因的。
產品設計端的不是我所擅長的，所以我要分享的在後面的機器設備功能模組標準化。
其實這也不是甚麼新的概念，早就作了很多年了，
市面上有很多標準零組件，
從小到一個墊圈，大到六軸機械手臂其實都早已有各種標準模組的產品可以選用在自動化生產的機器系統中，
例如有需多ISO規格的螺絲、螺帽'、氣缸、油壓缸 、軸承等等可以選用，
元件製造商有標準可以依循大量製造降低成本，
自動化設備商有便宜的標準件庫存品可以選用，降低成本縮短交期，
這些都已經作了很多年了。
那工業4.0在講什麼？
作機器設備的都知道，全世界最好、最精密的直線軌道要買誰作的？THK、NSK、Star...
還有很多元件如螺桿、馬達、氣缸、類比與數位感測元件，還有電控元件如控制器等。
將這些標準元件進一步依據經常會使用到的功能作成模組化，
其他也要考慮夾治具跟材料的載台，
不過這些其實對自動化設備設計業者來說也都有陸陸續續在進行，
好壞成效不說，至少也都有概念知道要做，
沒作好的原因通常是出在缺乏好的整合者。
那接下來還有什麼新技術 、元件可以放進機器設備提升功能與價值？
資訊產業迅速發展，將知識大量數位化，
自動化製造系統無可避免地會利用龐大的資料庫來進行最佳的製程安排並提高設備利用率，
降低設備在製造費用的攤提成本；
如果德國訂了一個標準規範，
將機器設備上的訊息資料傳遞規格統一，
讓機器在進行運作時可以更方便的進行溝通，那會有多大的影響？
所以工業4.0就從德國出來了...
以前機器設備上資料的傳遞難道都是一片沙漠，沒有人在作嗎？
有興趣的可以查一下SECS。
不過我相信工業4.0最後會比SECS更普及化，背後勢力龐大!
但是長期以來的各自發展卻使現況卻變得有點混亂，
大家都發現資訊交換介面的標準化是關鍵，
而可程式化控制器(PLC)介於一堆感測器 、馬達輸出控制器跟資訊平臺的中間，
如果不先掌握這個PLC技術，
其實很難競爭，資訊的傳輸都被控制器給限制住了。
長期以來，日本 、台灣工具機常用FANUC，
德國當然是用自家的SIEMENS，
台灣自動化業者常用Mitsubishi，
也想推自有台製的PLC，
台達 、士林電機有作，
工研院也推過以Wintel技術為背景的Open PLC；
目前終端消費製造大國中國也想要用中國自有品牌，
使得情況變的異常複雜，
每家控制器的介面跟資訊端的溝通方式標準何在？
主要工業國家都想要搶先一步主導，但是終點會在那裡？
有沒有可能弄出一個全球可接受的標準？然後硬體開放製造？
從SECS的例子來看，牽涉到龐大利益，
硬體無償授權開放製造可能是困難但是必須的一條路。
這種利益競爭的情況，
使自動化系統到資訊端的障礙一時半刻間很難完全消除，
如果能夠早日定下來反而對自動化系統開發會是好事，
可以減少不必要的投資浪費，
避免選的控制器在要串接資訊時全部都要換成國際標準規格。
當各流程資訊溝通無礙時，
將各個單機/次系統連結成系統就可以更有效率透過資訊安排最有效的流程進行生產。
除了硬體層級介面跟軟體通訊資料交換的標準化以外，
要進入智慧製造還有一個關鍵因素，
1990年曾經修過一門課：專家系統，
產品(含材料) 、製程 、設備的個別與關連資訊是關鍵，
有了好的資料內容與處理方法，
自動化系統就能晉級到智慧製造，
處理這些龐大的資料放到現代的最新用語就叫作“大數據”。
坦白說，以上這些已經到了系統層面的技術，
需要更多的專業分工，口袋沒有一點深度也不容易玩得起來，
一旦成功了就可以建立一定的門檻讓後進者追趕的很辛苦。
未來很可能會剩下一些大型規模的公司才玩得起、玩得很精。
IBM在2015年有一些資料可以參考: 工業4.0 智慧製造。
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