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2021智能制造大调查(上):制造业渐进式推动智能化 科技制造业积极程度仍领先

DIGITIMES与国立清华大学智能制造与循环经济研究中心、逢甲大学台湾智能制造创新营运中心、大同大学、智炬科技共同合作,延续2020年所进行的智能制造调查,于2021年2月18日~4月6日期间,针对台湾制造产业进行智能化程度现况调查,相关成果将作为产业分析、内容报导、研讨会设计、政府政策拟定等依据。

本次调查对象为2021年1月25日时间点上,于中华民国境内设立或登记工厂,从业人数需大于100人,且工厂符合「工厂管理辅导法」者。答卷者为该企业之IT、自动化、企业维运等相关部门主管,或相关智能化导入专案负责人,以填写在线问卷或回寄纸本问卷方式进行,并透过电访加速协助受访者完成问卷调查。

调查问卷架构分为「公司基本数据」、「营运状况」、「自动化与智能化程度」、「热门科技采用意愿」、「障碍、效益与资源」等5大架构。本调查以工厂位于台湾且员工数超过100的企业为母体,并分类为5种制造业次分类,类别及样本占比分别是金属机电制造业(36.4%)、民生制造业(27.0%)、生医化学制造业(13.9%)、科技制造业-上游(14.7%)、科技制造业-下游(8.1%),共回收627份样本。

本次受访企业主要分布于台湾西部,北北基占14%,桃竹苗29%,中彰投22%,云嘉南17%,高屏15%,宜花东、其他或未提供企业所在地的受访者约占3%。6成左右受访企业资本额小于新台币10亿元,50亿元以上规模的企业仅占不到1成。

受访企业中,约有3分之1业者的过去一年营收(2020年营收)未满20亿元。300亿元以上企业约5%。依序将营收调查问项指数化,检视各产业营收指数(回答「不清楚」者以0分计,「小于1亿元」得1分、「1~10亿元」得2分,依序依各受访者回答给予对应分数,并计算各产业平均得分),可发现科技制造业-上游及科技制造业-下游的营收指数明显大于生医化学制造业、金属机电制造业及民生制造业。民生制造业则位居5大产业类别中营收最低。换言之,科技制造业上、下游营收系制造业中营收比较高的产业类别。

智能化需求虽仍成长 投资却见放缓

针对智能化投资,45%的受访企业表示,过去一年投资于智能化项目的金额较前一年增加,仅有少数8.5%企业回答减少,另有34%企业投资金额持平。此处可以观察到制造业普遍认为自己的投资有增加,反映出其主观意识认为智能化需求仍在增加。但企业的智能化投资金额实际上真的有增加吗?从调查结果来看,各受访企业过去一年在智能化项目的投资金额并不高,比例最高的两个区间分别为小于新台币100万元与100万~500万元,分别为27%与24%;而500万~1,000万元与1,000万~5,000万元则各为10%与11%。换言之,七成左右企业的投资金额低于5,000万元,推测制造业仍偏好逐步渐进式推动智能化项目。此外,扣除掉回答不清楚的22%,等于大约有3分之1的业者(34.2%)回答智能化投资金额在100万元以下,这跟2020年的21%比起来,似乎趋于保守。整体而言,企业固然在主观上认为智能化需求存在,也愿意增加投资,但是实际投入的金额却未见成长。

将智能化投资金额指数化(回答「不清楚」者以0分计,「小于100万元」得1分、「100万元~500万元」得2分,依序依各受访者回答给予对应分数,并计算平均得分),再将营收数字与智能化投资金额指教进行交叉比较。前一年营收低于1亿元的企业2021年的智能化投资指数从2020年的1.2上升至1.3。然而营收金额达100亿以上、未满300亿元的企业,则从3.2下滑至2.7,营收300亿元以上企业则维持在3.3,可见企业营收多寡与智能化投资金额之间具有相当程度关联性,营收愈高投入智能化投资的金额就愈高。此外,营收金额较低且过去智能化投资较低的企业逐渐愿意投入智能化投资,或许可以解释为COVID-19疫情冲击下,小规模企业亦开始愿意尝试转型。另一方面,原本已导入智能化项目的高营收企业却出现投资降低的情况,推测是企业对于疫情的未来感到不确定,仅愿意维持较低限度的投资项目,不再扩大投资规模。

再从个别产业来看,金属机电制造业、民生制造业100万元以下的投资金额为最多,与其他产业相比1,000万元以上的智能投资比例略显偏低。生医化学制造业以100万~500万元为比例最高的投资区间。科技制造业-上游与下游各有不少业者投资金额是落在500万~1,000万元,或1,000万~5,000万元,可以明确看到,科技制造业仍是较为积极投入智能化项目的产业类别。

本次调查结果与2020年相比,制造业的整体智能化需求仍处于成长状态,但多数企业偏好渐进式推动。过去智能化投资较低的制造业逐渐愿意尝试,但导入程度较高的企业却出现投资放缓的现象。

衔接串连OT自动化与IT营运整合的智能化应用尚待加强

进一步深入检视工厂智能化导入情形,本调查根据ISA-95标准,引用工厂自动化5个层次进行调查。分别是ISA-95 layer1、2的传感与控制、layer3的制造管理、layer4的生产计划与运筹管理、layer5的产品生命周期与资源规划。

在ISA-95 layer1、2层次中,从机台设备自动化控制、生产设备联网与数据获取、设备故障预测与预测性维护等3项目进行导入程度调查。Layer1、2层次的机台设备的自动化控制,主要是透过可程序化逻辑控制器(PLC)等控制系统达成机台自动化。生产设备联网与数据获取,则搭配传感器与联网模块,将运转数据回传,提供后端决策系统做判断。设备故障预测与预测性维护,代表方案中涵盖数据分析甚至具备ML模型,来侦测潜在的故障因素或预先提醒设备维护。

调查结果发现,机台设备自动化控制相对来说已经有比较多业者导入,占整体72%。但计划2年内导入、或2~5年内导入的业者不多,推测机台设备自动化属工厂自动化项目中最为基础型项目,已进入成长放缓阶段。生产设备联网与数据获取的相关自动化方案则有54%的业者已导入,计划2年内导入、或2~5年内导入的业者亦不多,反而是无计划导入的业者接近整体的4分之1,略呈现两极化现象。另一方面设备故障预测与预测性维护的已导入比重较低,仅33%,低于无计划导入的35%。但有稍微较多的厂商有导入的规划,5年内计划导入比例约15%。

ISA-95 layer3则包含工厂自动化系统、工程﹧制造数据分析系统、及品质检测、瑕疵检测等项目。工厂自动化系统已导入率43%,与2020年调查的比率相同。工程﹧制造数据分析系统已导入率38%,较2020年微幅增加1%。品质检测、瑕疵检测不管是在2020年或2021年调查中都是layer3当中最高的,2021年已导入率较2020年增加2个百分点,达46%。推测因这类智能应用中较为单纯且效果立竿见影,因此业者导入意愿较高。

ISA-95 layer4中,从生产排程自动化、全面资源管理、协同供应链管理、仓储库存管理自动化等4项目来观察业者的导入情形。layer 4是layer3的延伸,例如要做到排程自动化,则须整合业务行销端的信息,才能藉由预测需求来进行排程。另一方面则需整合仓储自动化,来掌握备料状况及库存量。调查中可发现,layer3的工厂自动化系统已导入率是43%,但layer4的生产排程自动化已导入率却只有33%,显示仍有进步空间;layer3的工程/制造数据分析系统已导入率38%,但数据分析后进行的layer4全面资源管理则仅剩25%已导入率、协同供应链管理已导入率亦为25%、仓储库存管理自动化已导入率31%。本调查亦观察到,回答两年内要导入的厂商比重并不高,这代表在工厂OT端较为高层次的智能制造应用项目仍有许多推广的空间。

在ISA-95 layer5层级,从企业资源整合、客户管理与市场预测自动化、市场预测与商业分析、产品生命周期管理等4个项目来探讨智能化导入程度。其中以企业资源整合,如ERP的已导入率最高,达93%,与2020年调查的85%相比,再提升8个百分点,制造业管理高层对于智能化管理工具其实并不陌生。然而,客户管理与市场预测自动化、市场预测与商业分析、产品生命周期管理等项目的导入率仍属低,且与2020年调查结果差距不大,导入情形呈现停滞。

将工厂智能化的5层次予以指数化,检视制造业的整体导入情况(将回答「无计划」给予1分、「评估中,但尚无明确时程」给予2分、依序将受访者回答予以指数化,并计算平均指数)。可以看出最高值及次高值分别落在代表工厂OT端的基础智能解决方案ISA-95 layer1、2,及透过IT系统整合企业营运规划的ISA-95 layer5。而衔接OT与IT两端的的layer3及layer4则是目前尚待强化的环节。

此外,延续2020年调查,我们观察到制造业仍是较为重视提升营运效能的项目,如机台设备自动化、生产设备联网等;而优化客户体验面向的项目,如客户管理、市场预测、产品生命周期管理等,则为较不受到明显重视的项目。

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