世界工業的發展已經由工業1.0演進到工業4.0。很多書籍、文章從不同層面闡述及討論其內涵。作者拜讀之余,并結合自己在工業中最特別的集成電路產業工作多年的實踐經驗,對工業4.0的內涵有深刻的體會,先淺談個人看法如下:
人類的欲望推動生產力不斷提高
自從宇宙洪荒初辟以來,人類所有的活動,直接、間接多是為了攫取或生產維持食、衣、住、行、育、樂等生活需求的各種產品。而隨著人口不斷增加,和大家對產品的取得一再提高多、快、好、省的要求,產品生產的手段和能力自然必須不斷提高。
產品生產力來自思考和執行兩種能力
人類制造產品是先要經過腦力思考做什么和怎么做,決定后再指揮人力去執行把產品做出來。思考的能力包括數據(數據是經驗的數字化)的收集、分析、總結、下指令;而執行的能力即為體力和四肢合起來的人力。工業(制造業是其主體)的演進是人類利用自然界的資源來延伸自己腦力的思考能力,和人力的執行能力的過程。每一次工業N.0都標示演進過程中,因為有生產力的新突破而產生飛躍性成長的節點:人類最先從靠自己“洪荒之力”的腦力和人力開始,工業1.0時期,人類引進自然界的機械力和開發執行工作的工具及設備,大幅度延伸人類體力和四肢的執行能力(例如蒸汽火車之于人力三輪車);工業2.0時期人類引進電力,使生產的執行能力不但得到再進一步大幅度提升,而且可以集中大量生產再輸配到遠處,以同時供應一大片地區中很多個別工具和設備同時使用,不再像機械力只能局限在發力的局部地方使用;工業3.0時期則引進電腦以延伸人類腦力的思考能力,能想得更復雜更快,記得更多更持久,而且也像人一樣能指揮工具和設備工作。
上述大自然的機械力和電力也是人類開發出來的。電腦、工具和設備也是人類設計和制造出來的產品,電腦的“腦力”更是人類灌進去的。
產品產生的生態包括5W+1H六個環節
產品產生的整個生態有5W+1H六個環節。首先要做市場調查:決定要做什么產品(What)、客戶是什么人(Who)、什么時候要(When)、為什么要做這產品(Why)。市場調查有了正面的結論后,才能決定用什么工藝怎么做出來(How),做好后物流要送到什么地方(Where) 去。
在六個環節中,執行生產怎么做(1H)的環節是制造業的重中之重,因為它包括以下的環節:產品設計、技術開發、產品生產、測試汰選、出貨物流、售后服務等,是制造業的核心,是整個產品生態中投入人力、物力、資金最多,執行工作時間最長的一個環節,因此一直是工業1.0到3.0演進的重心。
由個人生產到工廠自動化生產的演進
就生產形式而言,在最初的手工業時代,產品的生產過程簡單沒有多少工序,主要靠工匠一個人,最多再帶領幾個學徒,使用作坊中為數不多的簡單工具完成的。
到工業2.0時期,機械力和電力的加持大大提高生產力,產品的工序越來越多越復雜,因此配合的工具、設備和工作人員也越來越多,小作坊變成了大工廠,到處布滿了設備。生產過程中半成品依照流程的工序在這些設備之間忙碌穿梭,顯得雜亂無章。因此人類透過腦力的思考,把復雜的流程依照工序的前后順序,安排成只進不退的流水生產線,使前后工序之間的傳遞時間縮短、半成品的積壓減少、產品質量得到控制、人力安排合理等,使生產效益大幅度提高,成本大幅度降低,同時開啟了生產管理這一新學科:探討如何提高投資產品生產的效益 ,基本上就是如何用思考力優化執行力的成果!
工業3.0時期,智力由人腦延伸到電腦,電腦代替人腦思考和指揮執行工作,使人類越來越少參與現場生產操作,也就是生產越來越自動化,逐漸演進到無人工廠的境界。無人工廠就像巨大的、不知道疲勞的機器人!
到目前工業4.0的生產智能化時代,自動化就不僅只及于生產一個環節而已,必須涵蓋上述產品生態包含5W的全部六個環節。而且電腦也由只能機械性的自動化,發展到能有類似思考能力的人工智能(AI):只要在開始時灌給它合適的智力,電腦就能夠自我學習,不需要人類一再灌它。
5W+1H環節一體自動化的工業4.0
正因為產品生產(1H)環節是制造業的重中之重,工業4.0仍然必須對產品生產這一環節繼續加強,使其不斷地多快好省,同時也要重視其他五個(5W)環節,必須把全部六個環節串聯起來思考,調和彼此的相互影響,使產品開發得到最大的效益。因為這六個環節環環相扣,任何一個環節脫節,比如:市場定位錯誤、上市時間延誤、規格定義不當、生產良品率起伏不定等,都會浪費昂貴的生產投入,市場開發蒙受損失,甚至所有的努力都泡湯!因此,工業4.0時期的自動化不僅只強調個別生產設備或整個生產工廠,要同時考慮產品生態所有六個環節的相互關系和影響。過程中必須反復地收集和分析大量數據,運算后總結出結論,并傳遞指令讓工廠執行工作。過程比工業3.0以前只以產品生產一個環節為重點要復雜許多。
目前科技進步發展出來的大數據和互聯網技術,包括:大數據收集和分析技術、云計算技術、自動機器人技術、仿真技術、水平和垂直系統整合技術、物聯網計算技術等各種技術,正好為上述工業4.0發展復雜的需要提供必要的手段。
大數據和互聯網技術提供工業4.0發展的基礎
海量的大數據有兩類:現成的和不斷新產生的。現成的數據存儲在云端;新數據是在互聯網上,世界各地所有的電腦隨時產生在云端的數據。大數據技術和云技術對這些數據收集的能力非人類所可比擬:時間上古往今來、位置上無遠弗屆、存儲處無孔不入、數量上巨細靡遺;而其分析能力快速、深入、到位,因此思考及決策的方向更準確(例如 Alpha go)。
因此,推動工業4.0是要善用大數據,做到:做什么產品的選擇能彈無虛發,命中率百分之百,個個產品在市場上都熱賣而且利潤高;判斷怎么做的研發試驗每試必中,不必修正而且從不浪費時間;產品生產過程流暢,沒有返工及誤操作,產品質量好,交貨期及時順利從不耽誤----不斷多快好省地使無人工廠這個機器人不但更像個人,而且是一個超人!
總結
人類對于滿足食、衣、住、行、育、樂等生活需求的產品一再要求提高多、快、好、省水平的欲望,促進了產品生產力(包括思考的能力和執行的能力)不斷創新拔高,造成工業N.0的演進。目前正在繼續努力,使生產成果多快好省的水平不斷提升,乃至極致。
或許有一天做到像西游記里的孫悟空,拔一根毛發吹一口氣,要什么就能馬上變什么出來!
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原文標題:名家專欄 | 蔡南雄:一個IC人淺談工業4.0
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