Digital Twin
Edge AI助力 2022年智慧製造市場規模逼近3,700億美元
隨著消費端走向客製自主消費、製造端面臨缺工問題日甚,促使製造業須具備能適應快速多變且多元環境的能力,製造系統變得較過往而言更加複雜。而拜新技術成熟發展所賜,製造業現今可藉由部署先進的感測技術並結合AI演算法、導入機器人等科技,進而提高資訊可視化及系統可控性,進一步推升工業4.0智慧製造的發展。根據TrendForce旗下拓墣產業研究院預估,2022年全球智慧製造的市場規模將會逼近3,700億美元,年複合成長率達10.7%。
奠基於虛實整合的基礎,智慧製造在應用端相當多元,從規模較大的智慧工廠、智慧供應鏈、現場災害回復,乃至自動物流車、簡易型機器手臂等皆是使用案例。綜觀2019年產業動態與德國漢諾威工業展(Hannover Messe)等指標性活動,現行智慧製造以協作機器人(Cobot)、數位雙胞胎(Digital Twin)、預測性維護(PdM)、無人機、製造執行系統(MES)、AI應用等為發展焦點,Universal Robots、Siemens、STMicroelectronics、Xilinx、GE等廠商亦持續推陳出新強化布局。
鑒於智慧製造帶出的龐大數據量將排山倒海湧向企業,延遲性與頻寬成本已讓製造業從雲端技術逐漸轉向邊緣運算。而數據海量化、分析精準化以及硬體高效化等三大驅動力也使AI從雲端往終端設備邁進,推升邊緣結合AI的趨勢。
Edge邊緣運算處理是具地緣關係的AI運算,透過於靠近數據產生源處進行收集處理,並結合參數學習等AI技術讓設備能做到缺陷即時偵測、使用狀況預判等用途,讓機器不需時時聯網、減少運算資源,仍能具備部分決策力與即時反應力,成為預測性維護的重要基礎,同時亦可強化工業機器人的即時協作。而將資料留在當地取代回傳雲端,也更能滿足製造業提升數據資安與隱私的需求。
智慧製造與Edge AI的連結為製造業帶來即時決策、降低成本、營運可靠及提高安全等優勢,也使精密機械蛻變為名副其實的智慧系統。現行從晶片大廠NVIDIA、Intel、Qualcomm、NXP,乃至雲端龍頭AWS、Google、Microsoft等皆積極投入該領域。台廠若要切入Edge AI的市場,考量產業優勢及政府資源挹注,晶片仍是最好發揮的著力點,並成為串連上下游廠商的發動機。
從自動化到智動化,TrendForce指出,工業4.0的浪潮持續推動企業數位轉型,物聯網、大數據、機器人等技術也成為打造智慧製造的重要節點。然而,不論是工業物聯網布建、智慧製造的導入、抑或智慧工廠的建置,由於耗時較長且所費不貲,對企業而言皆非一蹴可幾,在佈署及執行過程中可透過工業物聯網聯盟(IIC)等組織提出的工具來評估自身的成熟度,進而調整步調與方向,如根據基礎設施的完成度來選擇被動性維護、預防性維護、以及預測性維護的採用。
Digital Twin創造企業價值 製造業/服務業優先導入
隨著數位科技技術越來越成熟,企業導入數位科技的比重越來越高。IDC調查發現全球前2000大企業中有70%的比例已投資物聯網解決方案,人工智慧(AI)投資占比亦逐年增加,此對於未來企業走入Digital Twin概念建立良好基礎,並且將由製造業以及服務業優先開始導入Digital Twin技術應用。
IDC台灣區跨產品與顧問服務資深市場分析師蔡亦真表示,由於目前製造業的少量多樣開發需求越來越多,開發時程與交期也越來越短;Digital Twin技術能協助製造業在不添加硬體設備的狀況下,減少30%的工作量並提升30%的企業營收。目前,在製造業的Digital Twin模型已逐漸成熟,預期到了2020年,在全球前一千大企業中,將有30%的企業導入Digital Twin技術,而其中製造業預估將占60%。
Digital Twin強調透過感測器的資訊蒐集,導入過往數據分析與在虛擬世界中模擬,達到虛實技術間的融合,此對於企業在管理,溝通,協作, 以及預測上都有所助益。目前該應用在製造業已逐漸成形,預期將解決製造業「大量生產」與「客製化」之間的不協調,並增加生產效率與節省成本。
另外,蔡亦真亦指出,除了製造業應用之外,在未來Digital Twin技術也將導入服務業應用。對於服務業而言,Digital Twin能協助業者掌握客戶喜好,並且分析購物體驗,進一步可提升消費者在任何分店的購物品質。透過Digital Twin,服務業可優化客戶體驗、提升服務效率和維持穩定的服務品質。
IDC預測2019年台灣市場中,製造業將逐步導入Digital Twin,目前台灣企業落在第一階段(Digital Visualization)和第二階段(Digital Development),僅達公司內部管理或是部門數位化為主,預計未來將逐步應用Digital Twin朝向完善企業本身的生態系統並增進生態系統之間的協作(Digital Twin Orchestration)能力。藉此,企業將在不增加設備的情況下,達到同步協作、提升營運效能和掌握並預測未來動態,創造企業核心價值。
跨進企業管理端 數位分身推升營運動能
數位化趨勢銳不可擋,各領域企業也開始進入數位轉型以提升營運動能並實現更多創新應用,數位分身(Digital Twin)因而備受青睞,且不斷演進,變得更具影響力,從生產端拓展至組織管理端,形成「組織企業分身(Digital Twin of an Organization),進而提升整體企業營運效率。
數位分身指真實世界中某個實體或系統的數位表徵。Gartner預估,到了2020年全球將有超過200億個聯網感測器和端點,並可能會有數十億個物件擁有數位分身。企業組織未來將於開始使用實體或系統時就打造數位分身,並隨著時間演進而不斷更新其功能,包含蒐集正確資料並加以視覺化、利用正確的分析技術和規則,或者針對商業目標做出有效回應。
Gartner大中華地區資深合夥人龔培元表示,事實上,數位分身並不是一項全新的技術,這項技術過往通常應用於生產端、廠房等,透過感測器及電腦模擬管理有形的實體,例如噴射引擎或風力發電機,像是西門子(Siemens)、PTC等都有相關的解決方案。
然而,隨著數位化時代到來,企業紛紛進行數位轉型,數位分身應用範圍也因而逐漸拓展至物聯網、工業生產設計之外。Gartner副總裁暨傑出分析師David Cearley指出,數位分身的應用可望發展到物聯網之外,未來企業將同時為組織實施數位分身。組織數位分身是一種動態的軟體模型,藉由營運或其他企業資料,來了解組織如何運作商業模型、連結現有狀態、部署資源並針對改變做出回應,以提供顧客所期望的價值。
龔培元則補充說明,從ERP的角度來理解,數位分身指的是業務模式和數據已經在系統內,藉由人們輸入的不同場景,系統將結合深度分析,使企業的操作虛擬化。虛擬化的分身環境結合AI,整合人、物跟流程,幫助提升競爭力。例如在公司業務改組或職位重新分配時,有了數位分身的協助,執行速度跟精準度能提高。
總而言之,因應數位轉型並提升營運動能,數位分身已開始走入企業內部,推動,組織數位分身能有效推動商業流程效率,還能創造更具彈性、更靈活、回應能力更高的流程,自動針對狀況的變化做出反應。龔培元說,目前使用物聯網的企業當中,已有24%採用數位分身。