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《工業大數據：工業4.0時代的智慧轉型與價值創新》



★第一本結合各國發展策略與臺灣案例的工業4.0專書，探索適合臺灣工業4.0的創新轉型之路



物聯網X服務聯網X工業大數據分析是製造業轉型的強力引擎

挖掘消費者尚未察覺的需求，以新商業模式與智慧體系服務打開新藍海！



物聯網超連結，翻轉產業，任何優勢都擋不住升級換代的浪潮，

從製造強權德國、生產大國美國、到精密的日本、新興的中國，都向工業4.0靠攏，重塑生產力。

到底什麼是工業4.0？臺灣如何在全球新競賽中找到自己的優勢與定位？



本書作者李傑是率先研究工業大數據的先驅者，美國國家科學基金會智慧維護系統(IMS)研究中心主任，深度參與德國與美國先進經濟體的工業4.0計畫，他更熟悉亞洲的優勢與挑戰，臺灣、日本、中國大陸的製造業都向他請益。李傑不僅與IMS和西門子、英特爾、奇異航空等國際公司合作，共同研發出智慧維護系統Watchdog Agent®，被《財富》雜誌譽為本世紀三大熱門技術，他也和上銀、研華等企業合作，推動參與產業智慧轉型。



李傑在書中彙整他多年研究與產業互動的成果，分享工業4.0如何運用大數據與物聯網，落實生產、管理、服務的智慧化，並獨創工業4.0製造業轉型為服務創新的重要思維：煎蛋模型，指出工業4.0不僅顛覆製造過程，更翻轉革新了營運思維與策略布局。企業除了創新研發，打造無憂的生產環境，優化產品本身，也要抓出真正重要的數據，分析找出客戶未察覺的需求，創造配套服務或周邊產品，才能拓展企業價值，持續獲利。



本書結合國外領先企業與臺灣的案例，對臺灣產業政策提出建議，深入分析臺灣企業該做什麼，以及該如何做到。



從產品創新到價值創造，從賣產品到賣服務，是智慧經濟時代的轉型關鍵。

名人推薦



中衛發展中心董事長佘日新、資策會副執行長何寶中、上銀集團董事長卓永財、機械公會榮譽理事長莊國欽、高聖精密機電美國總裁黃鵬宇 重量推薦

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  作者介紹

  
  
  
  
  
  
  李傑
  
  
  
  美國辛辛那提大學（University of Cincinnati）特聘教授、美國國家科學基金會（NSF）智慧維護系統產學合作中心（IMS Center）主任、麥肯錫（McKinsey & Company）全球資深顧問、美國白宮CPS專家組顧問。研究專長是智慧預測技術和設計產品與服務的主控式創新(Dominant Innovation)。
  
  
  
  他領導IMS與包括上銀、研華、西門子、英特爾、奇異航空、波音、阿爾斯通等80多家國際企業，以及辛辛那提為首的四所美國大學共同研發，結合產學研發展出智慧維護系統Watchdog Agent®，被《財富》雜誌譽為本世紀三大熱門技術之一。
  
  
  
  他的工業大數據概念在日本以及中國大陸都已經是暢銷書。他也是《從大數據到智能製造》一書的共同作者。
  
  

工業大數據：工業4.0時代的智慧轉型與價值創新－目錄導覽說明

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  推薦序選對支點用對力佘日新
  
  推薦序啟動臺灣轉型突圍的關鍵卓永財
  
  推薦序智慧化引領的生產與服務革命莊國欽
  
  推薦序掌握趨勢脈動，找到轉型的著力點黃鵬宇
  
  作者序 工業大數據引領價值創新
  
  
  
  
  
  導論 洞察未見的需求
  
  第一章 以價值創造為核心的工業轉型新思維
  
  為什麼有工業4.0？／工業4.0 or CPS？／以價值為導向的變革新思維／有之以為利，無之以為用／臺灣工業4.0的競爭力缺口／探索適合臺灣工業4.0的轉型之路
  
  
  
  第二章 工業4.0環境下的大數據創值體系
  
  工業4.0的大數據環境／工業大數據vs.互聯網大數據／物聯網的潛在危機／CPS：挖掘工業大數據價值的核心技術／5C：以CPS為核心的數據創值體系架構／從資料到資訊到價值的轉化過程／以資料創值為導向的CPS技術應用特徵／從CPS到工業4.0：重新定位製造
  
  
  
  第三章 資料創值的設計與實踐技術
  
  智慧感知層：建立統一的資料環境／資訊挖掘層：從資料到資訊的分析過程／網路層：網路化內容管理／認知層：對資訊的識別與決策／配置層：系統的彈性和重構
  
  
  
  第四章 價值創造的商業模式設計
  
  尋找價值的GAP／主控式創新思維：從「創新」到「創值」／主控式創新工具／一步一腳印教你如何做「蛋白」
  
  
  
  第五章 案例與實踐
  
  智能設備／智慧工廠／智慧服務
  
  
  
  第六章 競爭力戰略新思維
  
  美、德、中競爭優劣勢分析／美國競爭力分析／德國競爭力分析／中國大陸競爭力分析／中國製造的挑戰與轉型方向／對臺灣推動生產力4.0之建議
  
  
  
  結語 智慧轉型，打開新藍海
  
  參考資料
  
  
  
  

推薦序



選對支點用對力

佘日新／財團法人中衛發展中心董事長



第 一次見到李傑教授，是在2002年浙江大學所舉辦的學術研討會。西湖是個浪漫的度假勝地，但在湖畔的浙大玉泉校區中所進行的研討會卻一點都不浪漫！印象最 深刻的莫過於李傑教授所談的新興商業模式，如，汽車公司如何透過手機上傳資料，掌握行車電腦中的數據提供預警服務；又如，電梯公司如何以贈代售爭取長期的 服務契約，轉身成為新興電子商務的商流通路。在那個電子商務剛經歷泡沫化的時刻，李教授所談的商業情境，對我而言，有如白蛇與許仙的故事一般的虛無飄渺。



再 度與李教授密切互動時，是因應中衛發展中心與國家實驗研究院的工作需求，見證他多年執著在設備維護的智能化研究工作已開花結果，十年磨一劍的努力與整體科 技的長足進展，共伴發展形成引導歐巴馬政府再工業化的政策實踐。美國國家科學基金會設於辛辛那提大學的智慧維護系統中心（Center for Intelligent Maintenance System，IMS），成為美國國家科學基金會評比為第一名的產學合作中心，堪稱美國最「入世」的科技研究中心。在臺灣的邊際型創新已不足以解決產業升 級轉型的躍升缺口之際，以深厚的科技作為基底所發展出的產業競爭力是當前產業發展的關鍵，IMS的經驗不僅對產業深具啟發性，也勢將作為臺灣目前欲弭平產 學缺口與學用落差的典範。



認識李教授十幾年來，第一次看到他稍露倦容是今年五月初率物聯網考察團，在聖路易市的飯店裡。他剛從德國轉北京 飛回美國，一下飛機就在昏昏欲睡的午後幫我們上課。李教授會疲倦？真是令人意外。他風塵僕僕地穿梭世界各地，充滿著熱情地擴散他多年在IMS集結各家英雄 豪傑所累積的智慧成果，他熱切地想要打造下一個產業競爭力的拚鬥精神，我實在自嘆弗如！當晚，又看到他與辛辛那提的博士班學生為了隔天在波音公司的簡報開 會，李教授為了產業與人才，似乎永遠都有用不完的精力，令人讚嘆！



能長期耕耘一個領域，需要兼具前瞻的眼光、深厚的技術底子和堅毅的執行 力。20年前就看到設備的維護是製造業的重心之一，在那個老美盛行離岸生產、美國製造紛紛熄燈的年代，在美國中部的製造重鎮倡議「智慧維護」，實在沒什麼 賣點！但李教授獨到的眼光看出了其中的優勢與潛力，他以特殊的資源組合不斷擴大合作夥伴，一路堅持下來，也在全球進入智慧製造時代前，即已布好了各種基礎 條件，等待一個新的時代到來。李教授若往商業界發展，絕對是頂級的業務員，他賣的不是一個產品，而是一個未來。



非常高興老朋友集結多年智 慧，實戰的成果化約為《工業大數據》一書，這本新書對臺灣產業的突圍至關重要！歷史的因緣際會給了臺灣一次全面轉型的機會，因為在虛實整合的起跑點上，臺 灣落後得並不多，但是若不加速，恐怕距離就越來越遠了。「價值」這個命題，需要更積極、更迅速、更務實地從看不見的空間中得到答案。阿基米德說：「給我一 個支點，我就可以撐起地球。」如果李傑教授在設備維護這樣一個小小的支點上，就能撐起這麼大的競爭力，臺灣廠商該如何找對支點，掌握脫胎換骨的契機，需要 同樣前瞻的眼光、深厚的技術底子和堅毅的執行力。這本書提供了許多線索，等待讀者消化與實踐。



啟動臺灣轉型突圍的關鍵

卓永財／上銀集團董事長



2005 年開始，德國漢諾威工業展(Hannover Messe)的第2館，也就是創新與研究發展館，每年都有德國國家研究院展出以上銀科技公司的滾珠螺桿為平台的各式創新成果，所運用的技術不同，但是目的 都一樣：具有感測的功能，使之成為智慧滾珠螺桿。為什麼會有這種思維？想解決什麼問題？背後的環境是什麼？我每年都花一些時間親自和同仁討論這些議題。



漢 諾威展執世界之牛耳，這個展是傳動定位系統最重要的展示會，在展期中有非常多的論壇，感測及智慧製造的主題正逐年增加，我都會選擇其中較具關連的研討會參 加。隨著時間過去，一個新的概念日趨成熟，終於德國梅克爾總理在2011年4月漢諾威工業展開幕典禮時，宣布德國將進入工業4.0時代。工業4.0的概念 是來自幾次工業革命，因此，也有「第四次工業革命」的稱謂。



眾所周知，德國長久以來在工業製造領域中領先世界各國，在近年的歐債危機中， 德國無論在經濟、金融、失業率與社會安定等各方面的表現，均是歐洲的典範。見賢思齊，美國、英國、日本、法國莫不紛紛思考學習德國的做法，各自推出自己的 提振工業製造以及產學密切合作的版本。主要工業國家追求智慧製造的熱潮，正在風起雲湧。



但是，從德國本身來看，雖然目前優勢仍在，但是， 思考美國在網路創新，網路經濟的興盛，主導了近年世界的改變，德國如何持續維持強勢？這是德國工業界的焦慮，亟思突圍。綜合既有工業製造強項與資訊科技來 提升德國工業未來的競爭力以及兼顧德國社會居住實況的工業4.0概念因而孕育，並且在2011年正式誕生。



臺灣產業因外移而空洞化的後 果，現在大家都已經看到了，青年人找不到合適的工作，企業界找不到可以用的人，低薪難以改善，社會充滿焦慮，但是焦慮不足以解決問題。我非常憂心臺灣產業 未來的國際競爭力，因此，近年不揣愚陋積極奔走推動工業4.0，希望獲得政府、學界以及產業界的重視、思考與學習。如今，行政院也制定《生產力4.0》， 亦即臺灣版的工業4.0，總算跨出了第一步。然而，工業4.0至目前仍然是一種概念，各國產業狀況不同，要如何推動？各國仍在摸索。



2015 年7月臺灣智慧自動化與機器人協會與天下雜誌共同在台北世貿中心舉辦工業4.0高峰論壇，當時行政院張善政副院長親自致詞，經濟部沈次長也蒞臨主講政府的 推動政策，同時也邀請德國西門子、日本發那科等領域的權威專家前來主講，更邀請李傑教授專程自美國前來主講工業大數據，獲得廣大的回應。李傑教授為美國辛 辛那提大學講座教授，美國國家科學基金會（NSF）智慧維護系統產學合作中心（IMS Center）主任，鑽研智慧預測技術領域幾十年，為國際先驅，也是日、德、大陸等國家推動工業4.0，必然敦請的主講人，近年僕僕風塵於美國、亞洲及德 國，傳播這門對人類生活、商務活動具有重大效益的學問。



上銀參與IMS的研究多年，以滾珠螺桿為平台，致力發展出預測維護功能，已有相當的成果，預計2016年9月在芝加哥美國機械展展出最新一代一樣具有智慧，但不同於德國思考模式的滾珠螺桿。



這 次天下雜誌出版特別將李傑教授的巨著《Industrial Big Data》出版中文譯本，對亟需轉型升級的臺灣產業界，工業4.0絕對是一個最好的契機，善用物聯網及大數據的科技，將引領企業邁入智慧製造與綠色生產的 層次。要做好工業4.0，本書是臺灣企業不可或缺的讀本，很樂意推薦給政府、學研界及產業界。



智慧化引領的生產與服務革命

莊國欽／機械公會榮譽理事長



二次世界大戰末期MIT的Norbert Wiener教授開發了應用電腦，算出由雷達測得的飛機的行徑，同步控制高射砲的角度以達到砲彈能擊中飛機的系統，是他後來定名為Cybernetics的開端；因此也可以說他是今天我們想發展的工業4.0的核心CPS的始祖。



他 的創舉引起不少前瞻性科學家推動人工智慧AI（Artificial Intelligence）的研究。七十多年來，感觸器、電腦演算和控制技術的進步帶給我們近年來有能力仿效上帝設計人類心智和功能，展開AI的表現：先 知科學家Ray Kurzweil教授推論電腦有機會在2035年左右進步到媲美人腦的Singularity（奇境）。月前AlphaGo（圍棋）以4比1戰勝九段天才 高手李世石，荷蘭的DAVI專案開發的WEPods已經證實在荷蘭和瑞士的小城市，可以順利試行無人駕駛的公共汽車（交通條件不算複雜），很多英美和中國 的公司也積極跟隨開發可由手機預約的無人駕駛公共汽車。最近Adidas公司也發表年底前在德國創設近無人化的製鞋廠，明年則在美國也建設同樣的工廠；正 式將勞力密集的製造業搬回先進國家。



30年前美國貿易代表署，強迫我們自行限制工具機輸出美國5年，重挫了我國剛剛開拓的美國市場，結果 反而更加速了美國製造業的外移。政府終於在1993年協助業者創設了精密機械研發中心（PMC），以積極運用電腦和最新科技提升品質和價格競爭力。但因欠 缺全球服務網，很多國際客戶，仍願付較高的代價購用服務比較周到的先進國家的產品。因此我們感覺急需設法克服保固和保證生產力的手法。



該年我在一次紀念早我一屆獲得蔣氏基金會所頒「華人機械界傑出貢獻獎」的吳賢明教授逝世週年的聚會上認識了吳氏的高足倪軍和他的研究夥伴李傑教授，當時李教授的談吐讓我感受到他可能是帶領我們應用科技脫離困境的先知。

導論

洞察未見的需求

工業4.0（Industry 4.0）被德國政府和工業界定義為製造業未來遠景。德國認為，18世紀引入機械製造設備的工業是1.0時代，20世紀初的電氣化與自動化是2.0時代，20世紀70年代開始的資訊化是3.0 時代，現在正在進入「工業4.0」時代，即實體物理世界和虛擬網路世界融合的時代。其中，所謂虛擬網路—實體物理系統作為新一代工業革命的核心技術。美國在1965年就提出的Cybernetics 是虛擬網路－實體物理系統（Cyber- Physical Systems，CPS）技術的前身，現在被工業界廣泛知曉的CPS 是美國國家科學基金會（NSF）在2006 年正式提出的，是美國國家科學基金會的重點資助研究方向。德國工業4.0 與美國CPS，究其核心要義，是傳統製造業利用物聯網（Internet of Things，IoT）和大數據分析（Big Data Analytics）的智慧化轉型。



然而，我們在談到工業轉型帶來的變革時，往往容易看到其代表性的技術特徵，而忽視促使其轉型的最原始的驅動力，也就是對於新價值創造的永恆追求。如果說前三次工業革命分別從機械化、規模化、標準化和自動化等方向大幅度地提高了生產力，工業4.0 與前面三次最大的區別在於：不再以製造端的生產力需求為起點，而是將用戶端價值作為整個產業鏈的出發點，改變以往的工業價值鏈從生產端向消費端、上游向下游推動的模式，從用戶端的價值需求出發，提供客製化的產品和服務，並以此作為整個產業鏈的共同目標，使整個產業鏈的各個環節實現協同優化，本質是工業視角的轉變。工業4.0 的概念有三個支撐點：一是製造本身的價值化， 不僅僅是做好一個產品，還要把產品生產過程做到浪費最少、實現製造過程與設計和客戶需求相配合；二是製造過程中根據加工產品和狀況的改變自動進行調整，在原有自動化的基礎上實現「自動察覺」（Self-Aware，對自身狀態變化的意識）的能力；三是在整個製造過程中達到零故障、零憂慮、零意外、零汙染，這就是製造系統的最高境界。

在現在的製造中，存在許多無法被定量、無法被決策者掌握的不確定因素，這些不確定因素既存在於製造過程中，也存在於製造過程之外的使用過程中。前三次工業革命主要解決的都是可見的問題，例如避免產品缺陷、避免加工失效、提升設備效率和可靠性、避免設備故障和安全問題等。這些問題在工業生產中由於可見可測量，往往比較容易避免和解決。未見的問題通常表現為設備的性能下降、健康衰退、零組件磨損、運行風險升高等。這些因素由於其很難透過測量被定量化，往往是工業生產中不可控的風險，大部分可見的問題都是這些未見的因素累積到一定程度所造成的。因此，工業4.0 的關注點和競爭點是對這些未見因素的避免和透明化。