撰文者：
林耿呈（Aaron Lin）
慧穩科技股份有限公司 总经理
AIWin Technology Co., Ltd., CEO
工业 4.0（Industry 4.0）是德国政府提出的高科技战略计划之一，主要提升制造业的计算机化、数字化、自动化与智能化，更进一步是将物联网、大数据、云计算、人工智能结合到工厂之中，以实现具有适应性、资源效率及人因工程学的智能工厂（Smart Factory）。在自动化工程中，在一台机器上装上传感器是目前常用的方式，但只限于单机单功能监测，并无法实现串联起物联网的概念；然而随着智能传感器与数据通信技术的发展，可以通过它们将信息串联起来，形成大数据，而这一大堆数据如果没有经过分析与判读来产生有用的信息，这些数据就不具有价值。智能工厂各生产环节中物物相连所形成的大数据，如果不经过分析，就不具有价值，所以需要通过人工智能技术，对这些数据进行评估、回归与分析。而面对如此庞大的数据，如何有效地采用人工智能来分析将会是个挑战；深度学习是人工智能中的一项技术，它的优点是可以在大量数据中自我深度学习并分析，相对地，深度学习所带来的运算量也相当庞大，所以如何结合深度学习与大数据而有效地提供数据信息与分析，将会是未来各家面临的机会与挑战。
智能工厂的产业结构
在工业 4.0 的发展下，全球智能工厂市场规模逐年增加，智能工厂是指结合硬件、软件与系统集成，使工厂生产行为具备感知物联网（IoT）、数据收集分析（Big Data）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、虚实系统集成且具有人机协同作业的能力。台湾智能工厂的产业链结构上，分为六大环节（如图 1、2），分别为 1.工业电脑与机器人、2.自动化产品设计、3.自动化生产制造、4.自动化物料储运、5.自动化系统集成规划、6.自动化创新应用。这六大项中，各有各大企业、研究机构与高校单位进行布局，但台湾的产业偏重尚在前端硬件布局上，而后端的自动化系统集成与具备数据收集的软件集成规划只占少部分，经台湾研究机构分析发现，台湾缺少最后端的部分，即数据的人工智能化与云计算软件研发以及信息集成设备商（如图 2、3）；目前台湾与大陆的制造业工厂中，大部分尚处于工业 2.5~3.0 之间（半导体产业除外），而各家工厂都期盼可以通过工业 4.0 来有效管理、把控质量与精简人力。国际巨头 IBM 在朝工业 4.0 发展上定义并分类出四大项目：
1.工厂自动化：通过智能机器人和自动化设备提高生产效率
2.工厂网络化：机台设备联网，运用物联网与云技术进行生产流程远程管理
3.工厂智能化：生产数据收集与分析，找出影响产品质量与设备效率的变量以进行优化
4.工厂虚实化：集成生产设备与管理系统，全面数字化生产流程，产品设计与生产线在线仿真分析
▲图 1 台湾智能工厂产业链结构（数据来源：MIC 整理，2014 年 8 月）
▲图 2 台湾智能工厂供应商结构（数据来源：MIC 整理，2014 年 8 月）
▲图 3 工业 4.0 产业链缺口（数据来源：资策会 2015）
台湾也响应工业 4.0 提出了生产力 4.0 发展方针，台湾在 80 年代开始推动产业自动化，推动了生产力 1.0~3.0，有效地提高了人均产值（如图六所示），奠定了良好基础；生产力 4.0 强调利用智能机器人（自动化设备）、物联网与大数据等技术，推动产业设备智能化、工厂智能化与系统虚实化，以提升附加值与生产力。生产力 4.0 将会把重点放在智能自动化，智能自动化包含 1.信号感知、2.数据处理、3.智能决策、4.动作控制等部分。在这几家研究机构的统计下，智能工厂中的信息集成商与智能分析是最大的缺口，也是初创公司可切入的利基点。
▲图 4 生产力 1.0 至生产力 4.0 发展历程与人均产值（数据来源：资策会 2015）
智能工厂市场状况
产业情报研究所（Market Intelligence & Consulting Institute，MIC）2015 年统计（如图 5），全球智能工厂 2015 年市场规模超过 1800 亿美元，预计逐年都有 10% 左右的增长，整体规模中有 90% 的比重在于自动化设备与工业机器人市场，而数据分析市场将会增长最快，预计 2018 年整体规模突破 30% 的增长。
▲图 5 2012~2018 年全球智能工厂市场规模与预估（数据来源：MIC 整理，2015 年 4 月）
在工业自动化设备与控制技术市场预估上，Marketandmarkets 于 2014 年 10 月的报告中指出，预估 2015 - 2020 年市场规模值较大的为 DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）、ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）、PLM（Product Lifecycle Management，产品生命周期管理）、工业机器人、工控设备（Motors and drivers、Relays、Switches and Sensors）。预估 2020 年时，DCS 的全球市场规模为 816 亿美元；ERP 为 683 亿美元；PLM 为 427 亿美元；工业机器人为 391 亿美元（如表一与图六所示）。
▲表 1 各项工业控制技术与工厂自动化设备市场规模列表，单位 Billion（数据来源：Marketandmarkets 2014/10）
▲图 6 工业控制技术与工厂自动化设备市场规模曲线图（数据来源：Marketandmarkets 2014/10）
DCS 分布式控制系统在 2020 年的市场规模预估为 816 亿美元，这也表示 IOT 物联网在智能工厂的发展效应，将会在每个设备布设分布式的控制系统，再将信息整合到云端形成大数据（Big Data），相应地，信息集成与大数据分析的需求也会随之增加。