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机械资讯 715期
日本推动工4.0新一代工厂(上)

编译/郑锦森 大阪大学

建言1「新一代工厂」

这个建言是日本机械学会生产系统部门的有志之士，在2014年6月份发表为了实践“新一代工厂”，制造流程改革。

1.前言

德国政府将「第4次生产革命、工业4.0」的关键概念作为国家重要政策，并且以产官学整合，导入推广到「新一代工厂」，因此今后物联网IoT将急速的普及化，超越了目前工厂的设备、机器的应用范围，让制造现场和消费者能够直接联系。其次可以预见未来，这些设备、机器的采购、操作这些设备的作业者，安装或者是修理的工程师，透过网路连结，制造业的商务形态，以及工作人员的生活形态将会有很大的改变。
另一方面来看，日本多数制造业考虑成本，追求廉价劳动力，而将制造据点移转海外，使得多数雇用丧失的同时，日本原本在世界上以制造立国的基础，产生了很大的动摇。伴随国际化的潮流，供应链、工程链方面的竞争规则产生剧烈变化，零件制造厂、附属设备制造厂、最终产品制造厂，以及供应这些企业，为了求生存，不得不改变战略。理应考量10年后、20年后仍然能够生存下去。关键字是开放&闭锁、制造业服务化，其次透过ICT，将日本带入一个「新一代工厂」。
针对现在日本工艺技术的改革政策，受到注目的是3D列印的技术开发，以及期待它的普及。同时也期待产业用机器人技术用途的扩大等。二战之后，支持日本高度经济成长期发展的是街访小型工厂，让我们感觉到融入生活空间，这些新的改革，是让工艺技术现场，再回到过去融入生活圈。但是以往的工厂，迫于进行改革，无法进行大规模的投资情况下，并没有大幅度改变，必须靠战略性的方向去努力。
这篇文章主要是考量中型企业、中小企业在内的新一代工厂，关键性概念的阐述，是日本以工艺技术做为基本政策，在导入上面对的课题，提出其解决问题的方法策略。不仅是参考德国的案例，更进一步的站在世界制造业的立场，不可避免的去探讨资讯与通信科技ICT化(Information and Communication Technology)，开放化、网路连结化。
但是就日本来说，日本拥有的技术能力、开发能力、现场制造能力，以及涉及从过去累积培养的日本工艺技术文化，日本的做法上，去定义「新一代工厂」，并且能够去实现这个理念。接下来除了提出建言外，站在日本机械学会生产系统部门角度，期许在实现改革上，能够在技术上、学术主题上，甚至在具体行动计画上，给予贡献。

2.何谓「新一代工厂」

为了说明日本的「新一代工厂」针对新概念，介绍3个假设情形。首先假设案例1，制造最终产品的市场占有率高的独占(Niche Top)企业模式。

案例1

2018年法政工业(假设)，因为东京举办2020年奥运会，发表开发的残障者使用的辅助器具。导入3D列印和一部分金属零件的制造工程，属于非常复杂，预定月产20台。但是透过北欧媒体介绍，在2022年时，月产扩大到月产2,000台的生产规模，这个阶段事业扩充很快。活用制造聚落平台(Community platform)，在自己福岛县新工厂尚未建设完成前，是以委外网路型的FAB生产方式，压抑了投资成本和风险方式来对应市场需求。
所谓的3D列印，面对小批量，又不会重复订单时，有其优势，这跟量产场合比较，量产需要投入设备，若仅生产1个东西时，3D列印在成本上较便宜的优点。问题是处于中间状态时，新产品开发阶段，企业都会经过这样的过程，因此，在这过渡时期的批量生产，适合委托「新一代工厂」来制造。
另一方面，如下将介绍案例2，是支援产业(Support Industry)企业的案例。

案例2

法政精密(假设)，和大型素材制造厂共同开发计画，并且已经掌握新的复合材料的难加工技术。透过第三者取得技术评价和智慧财管理，之后获得安定的加工订单，透过制造聚落平台(Community platform)带来新的订单增加，此外来自海外订单也呈现飞跃性的成长。虽然获得量产，且不断的涌入订单，但该公司并不想扩大生产规模，该公司属于授权制造的一方，让新的加工技术开发，始终集中在经营者这一方。
众所周知，中小企业拥有很高的加工技术，能够支援大企业的制造工程，这不仅是互补效果，这更是保证健全交易和技术评价，以及智慧财产管理，更进一步的飞跃向上成长。此外，联系到物流、通关等功能上，也期待来自海外订单的增加。接下来，最后要介绍的是崭新的新形式制造服务企业的案例。

案例3

在机械加工领域独有专长的委托服务大企业HOSE公司(假设)，2025年目前在日本排名第3位。2014年当年，由于电子设备委托制造服务EMS的事业大幅度萎缩，以机械加工和塑胶产品为主。
伴随工程管理彻底标准化，成本比较便宜的冲压+板金加工，以及焊接机器人的组合搭配下，属于合理化的生产，能够进行单一的1个产品去生产，甚至月产5,000个为止。主力产品是电动汽车的内装零件，透过顾客的生产管理系统和云端上的连动，进行1天2次电子看板的纳入。
基于电子技术的进步，机械要素渐渐置换成电子化、软体化。这些被IC晶圆化、PCB基板化，让电子委托企业得以接受外部委托。但是另一方面，累计型的工艺，所需要的机械要素仍然存在，因此不会成为类似欧洲发起的制造服务。关于这部份效率更加高品质化，是日本在制造业得意的领域，因此新一代的日本制造商模式，有可能是业界杀手(Killer content)。
「新一代工厂」的特征是在制造产品的过程中，超越了传统的方式，而是以互相合作方式。目前为止的供应链，多数场合是不同性质企业之间的交易，等于说属于介入产品买卖关系方式。针对于此，制造过程属于直接连系方式，不仅是素材、零件、零组件，甚至于产品定型的数量单位交易，能够更加柔软的对应半成品、加工中的产品，以及目前为止的制造过程以委托形态进行的方式。
这样的委外制造流程，所谓制造业下包方式，以中小企业、小规模企业来担任方式，有其历史。这样的方式，价格决定权由委托方决定，制造流程也是由委托方决定，因此，评价上也是由委托方担任。针对于此，「新一代工厂」是处于对等立场，或者是以受托方站在优势的立场去构成供应链方式。基于此，拥有高度加工技术，详细的生产准备，素材技术，关键技术的企业，专精于这个技术的磨练。此外，面对今后增加的多种多样产品需求，对应个别顾客要求时，突破设计和制造的企业壁垒，实现一体化的工艺技术。

3.制造业连系模型和标准化的课题

为了实现「新一代工厂」，不可欠缺的是超越企业的工艺技术的标准化。特别是利用和活用网路的商务联系，或者是制造程序连系的场合，针对资讯与通信科技ICT (Information and Communication Technology)要达到什么样的水准?又要准备什么样的资料?什么又跟什么应该进行结合的议论，必须建立标准的模组。
在这个领域，制造业的工厂自动化FA (Factory automation)和管理系统、经营系统，加以统合模型的国际标准化，有IEC62264规范可以参考。如图1所示，制造业全体是以水准1到水准4为止的去定义。「新一代工厂」和其他的工厂，或者外部进行什么样水准的连系?
首先提到连系是区分为企业内垂直连系、企业内水平连系、以及企业之间的连系这3个种类。目前状况的水准1、水准2是属于企业内水平连系，ICT和这个领域有很大的关系，包含国际标准的许多标准化在内。此外，水准4的经营管理，透过企业资源规划简称ERP(Enterprise Resource Planning)等资讯系统进行业务连系，企业之间的电子数据交换EDI (Electronic Data Interchange)，等资料连系也得以实现。
考虑到这些情况下，透过「新一代工厂」进行新的挑战，理应将水准3的现场管理进行上下之间的连系，企业内垂直连系、企业内水平连系、接下来的现场管理水准企业之间连系。针对制造业，站在工厂的制造现场，彻底执行5S，透过改善活动，彻底排除无效率的浪费，也可以被视为一个展现的项目。但是实际上在工艺技术的制造现场，属于多种多样的资讯交换，可以说是难以进行标准化的对象。
针对日本国内制造现场的强项来看，生产技术、生产线准备的工程能力。在欧美场合时，是将这些工程和制造作业进行完全的分工化处理，在制造现场有所谓的突破性技术，并不成立。针对于此，日本的场合是拥有各自的现场特性、设备上的特性，结合在一起的工程设计、生产技术的企业文化。进而以制造现场为核心，在连系到设计、制造、保全等工程链上的过程，再使用ICT的效果，获得崭新飞跃性的向上提升。
资料来源：日本机械学会生产系统部门编者按：日本推动工业4.0新一代工厂(下)，将在下期(2016年10月)刊登，敬请期待。
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