6年出貨十倍速成長,揭西門子打造領先全球智慧工廠的秘訣
6年出貨十倍速成長,揭西門子打造領先全球智慧工廠的秘訣
2019.05.21 | 物聯網

一座先進且智慧的工廠,會呈現什麼樣的光景?最簡單的理解方式,先把它當成「機場」。

機場裡的各架航班,從抵達、排隊起飛,到航空公司櫃臺開放、登機口變更、登機準備,都跟旅程息息相關,關係到乘客能否準時抵達目的地。

西門子成都工廠,就像一座電子產品機場,零件組裝後,生產出「可程式控制器」(PLC)、「人機介面」(HMI)、「工業電腦」(IPC)等三項產品,運送至中國蘇州和德國紐倫堡,再銷往世界各地;其中50%的產品,停留在工廠內不到12小時。

賦予產品身分證,每日創造千萬筆數據

2018年,世界經濟論壇評選出「全球九家最先進的工廠」,西門子成都廠名列其中。雖然,德國安貝格(Amberg)工廠才是西門子最早的智慧示範工廠,但成都廠影響力已不在話下, 自2013年成立至今,年產能從78萬個成長超過十倍,2019年預計能衝出1,100萬個。

西門子成都智慧工廠
西門子成都廠的特別之處,並不是其機械手臂的數量與自動化比例。各式各樣的即時數據,反而是其珍貴資產。
圖/ 西門子

為什麼說成都工廠像機場?

從數字來看,工廠每天需在5千種材料中,挑選消耗1千萬個材料,好比旅客選擇商務艙、經濟艙各艙等候搭機,最終成為每日生產的3.8萬件產品,再比照航班,飛往世界各地。

驚人的是,在成都工廠總共能生產近800種產品,且每款產品都有獨立的「產品身份證」,能載明兩百條資訊,每日創造1千萬筆數據。

天氣預報之所以準,是因為有資料可以優化;數據,才是工業4.0的價值, 」西門子成都工廠總經理李永利強調,許多人看智慧工廠發展,會過度將重心放在設備、生產自動化,試圖將「員工/機器」比例降低,但其實,如何掌控與利用數據,才是西門子能不斷提升效率的關鍵所在。

西門子成都工廠
李永利認為,外界對於智慧工廠的最大誤解,是過於關注「產品良率」。
圖/ 吳元熙/攝影

不需一昧追求自動化,數據才是關鍵

西門子也打造立體倉庫,在將近十萬個裝有零件的「黑箱子」上,貼上四個一維條碼。當客戶訂單上門時,能自動轉換成生產訂單,從倉庫裡的五千多種材料中自動調度至產線。隨著數據每20分鐘更新,西門子能從細到哪一款產品、哪一個元件、什麼時間、哪條產線出現狀況,做出即時和累積的觀察。

李永利舉例,工廠曾發現某款產品的組裝效率一直無法提升,調出數據後發現,原來是機械手臂在抓取控制版時,產生的晃動,導致塞入箱子的效率不佳。他們利用「數位分身」(Digital Twin)技術,在自家techno軟體中測試不同機械手臂、長度、轉速的改變,最後很快就能做出優化。

「不要一直談出貨良率,重要的是自己和自己比,每百萬件產品的加工失效率,能否一年比一年少,這才是真正進步,」李永利說。

他認為,智慧工廠的基礎,共有三項:生產自動化(Produciton automation)、原料自動化(Material flow automation)、資訊自動化(information flow automation)。

以成都廠為例,將送貨、補貨、成品包裝出貨、抽風設備主機、大型設施放在一樓,貨物會跟著黑箱子搭電梯至二樓產線,由工人和手臂完成組裝過程,這些都是顯而易見的自動化過程。「 但工廠不需要追求將設備、生產全數轉為自動化,因為明年的機器永遠會比今年更快,反而要將心力花在累積各式各樣的數據上。

西門子自然有其話語權。在PLC、工業電腦和人機介面市場的全球市占率,西門子拿下約三分之一,在中國市占率則有超過40%。

2019年,成都工廠的743位員工裡,有七分之一都是研發人員,藍領階層456人,比去年少了約50位,產能卻能向上提升,與西門子主打「研發與生產要在一起」的策略有關。

成都廠的示範效應,讓西門子不只能自己做產品,更能輸出智慧工廠經驗,大賺轉型財。如廣州明珞汽車,替BMW、BENZ、中國大眾、上汽等品牌提供生產線解決方案,且採用西門子自動化方案,累積更多數據,維持自身競爭力。

力諾製藥董事長張貝文表示,「打造藥物是一場與時間的競賽,當傳統生產模式有好幾百個步驟時,若以自動化模式改變流程,可能會需要投入龐大成本,但結果一定會顛覆產業。」

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總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁

【總統科學獎】宗旨在於提升臺灣在國際學術界之地位,獎勵數理科學、生命科學、人文及社會科學、工程科學在國際學術研究上具創新性且貢獻卓著之學者,尤以對臺灣社會有重大貢獻之基礎學術研究人才為優先獎勵對象。

2025年11月11日,總統科學獎頒獎典禮於總統府正式舉行。2001年設立、每2年頒發1次的總統科學獎,今年已邁入第13屆,本屆的2位獲獎者,分別是生命科學組的院士梁賡義、工程科學組的院士葉均蔚。2位臺灣的科研泰斗,不僅全心全意投入創新,更樹立了典範,成為所有科研人員的榜樣。

總統賴清德在致詞時,引用諾貝爾和平獎得主曼德拉(Nelson Mandela)的話指出:「在事情完成之前,一切都看似不可能。這說明了2位院士的故事,他們對未知世界保持熱情、好奇,認真從基礎研究做起,並堅持努力到最後一刻,成功終將屬於他們。」

2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
圖/ 數位時代

梁院士開創廣義估計方程式 ,加速新藥問世,造福千萬病患

從數學跨足生物統計、再投身高等教育與國家衛生的梁院士,從小就喜歡數學的嚴謹,在美國華盛頓大學攻讀博士期間,因為接觸到當時炙手可熱的「存活分析」,進而對生物統計產生興趣,「投入『生物統計』是條不歸路,因為我發現,統計工具的發展,可以對人類健康有間接幫助。」後來,他前往美國約翰霍普金斯大學任教,又與同事Scott Zeger研發出新的統計方法「廣義估計方程式」,突破了傳統分析方法必須假設所有樣本獨立的侷限,讓長期追蹤資料的解讀更嚴謹,也成為全球健康研究不可或缺的工具。

梁院士研究做得出色,卻不只將心力擺在學術上,他更心心念念著臺灣的發展,持續關心高等教育、國家衛生等領域。他在美國任教的28年間,幾乎年年暑假,都返國舉辦研討會,分享國際生物統計和流行病學的新知。2010年,他乾脆辭去教職,回臺擔任國立陽明大學校長,將陽明大學打造成醫學、人文並重的全人大學。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予梁院士。
圖/ 數位時代

2017年,他又接下國家衛生研究院院長一職,並在新冠肺炎爆發期間,擔任中央流行疫情指揮中心研發組組長,與阿斯特捷利康(AstraZeneca)簽約,採購1千萬劑疫苗,完成防疫任務,「所以獲得總統科學獎,不僅是個人的榮耀,更是國家對全人教育的推動、公共衛生實踐,以及任務導向的研究重要性的肯定。能在其中有一些貢獻,我深感榮幸。」

高熵合金之父葉院士,堅持不懈打破材料學定律

被譽為「高熵合金之父」的葉院士,打破材料學界以1~2種主元素為基底的傳統,開創出能讓數十種元素混合的「高熵合金」,為元素週期表注入嶄新生命力,在半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域帶來突破性的應用。過去合金多以單一金屬為主,再加入少量元素微調性質,金屬種類愈多反而愈脆、延展性與硬度下降,使應用受限;然而高熵合金卻反其道而行,以4、5種以上金屬融合,展現出更佳的延展性、耐腐蝕性與硬度,重新定義合金的可能性。

令人驚訝的是,30年前葉院士提出高熵合金構想時,曾被質疑「觀念錯誤、毫無可能」。他不畏質疑,透過紮實的實驗與論證,於2004年一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金命名、定義並奠定理論基礎,後續更平均每年發表逾10篇研究,提出高熵效應、嚴重晶格扭曲效應、緩慢擴散效應與雞尾酒效應等核心概念,開創全新的材料科學典範。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予葉院士。
圖/ 數位時代

如今,高熵合金不只在學界掀起熱潮,更成功落地產業。「學以致用非常重要!」葉院士強調,學術研究不該停留在象牙塔,而應投入產業、協助解決關鍵瓶頸。他不僅與國立清華大學共同成立「高熵材料研發中心」,也創辦全球首家高熵材料公司,推動技術轉移與產業升級,讓高熵合金真正走向世界舞臺。

所有總統科學獎得獎人的科學成就及重要貢獻,不僅提升臺灣學術聲譽及國際競爭力,對於增進人類生活福祉更有深遠的影響,實為臺灣學術界的最高典範。而本屆梁院士、葉院士2位得獎人終身投入科學探索、人才培育的成果,嘉惠了整個社會,更成就跨世代的深遠影響,為臺灣科學寫下光輝一頁。

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