第四章 輔助建模階段
第一節 科技創新,促使人類文明進步
在《西方憑什麼》(雅言文化,2015年)一書中,作者伊安.摩里士(Ian Morris)將人類歷史與文明發展,利用其所定義的人類社會發展指標及世界人口數量,用簡單的數據與曲線,凸顯其個人意念!但其重點不在於「量測及數據」表達,而著重於理解與詮釋其隱含的意義與現象,透過不同的解析與觀點,讓我們獲得人類與機器間的發展關聯啟發想像。摩里士表達出一個驚人的現象,人類幾千年來歷經狩獵、畜牧到農耕時期的發展,並歷經帝國興衰、戰亂與瘟疫等過程,我們可從中觀察到一個現象,即社會發展與人口增加的上升軌跡,始終十分緩慢!一直到兩百年前,瓦特與同行成功改良蒸氣機,提升其作業效率,進而帶動連鎖產業反應與工業革命。從此,人類的社會發展才產生劇烈變化,所以科技的進步與應用,會為人類文明帶來劇烈變化,是無庸置疑的。
▶科技創新帶來的革命性進步
來到2021年的今天,什麼樣的科技與趨勢,會帶給人類社會不同的樣貌,值得我們探討與研究!這也是本書運用實務案例,進行實驗,所要探討的重點!首先了解什麼會限制人類社會的文明發展?大致可歸類為兩個因素:一個是體能,另一個是智能。
以體能而言,人無論如何有力氣,總是有個限度,即使運用獸力也是相同,因為人與獸力終究會累需要休息。然而機器則不同,它可以持續運作,只要有適當的人力與能源,就能產生大量的動力,工廠可以大量生產貨品,交通工具也能無遠弗屆,將人與貨物送達目的地,商品因為量產與運送便利而價格下降,人類也因為生活容易,自然會生兒育女繁衍下一代。在生活物資充裕及衛生醫療進步下,最脆弱的嬰幼兒存活率增加,勢必帶動社會人口開始增加,因此社會發展也快速進步。
蒸氣機與後來各式各樣的機器,帶來現代化的生活起端,讓人類克服體能限制,並第一次體現「科技創新」所帶來的革命性進步。以第一次工業革命所帶來的影響為例,由圖4-1中,可再仔細觀察蒸氣機問世後,所帶來的斜率起伏,足以證明科技創新的威力。一個重要的創新科技(技術)出現——蒸氣機發明與改良,幫助人們突破體能限制的門檻,並翻轉交通運輸能量,開啟工業革命的濫觴。1775年英國人瓦特改良蒸氣機後,一系列技術研發與變革,引發從手工業勞動轉向動力機器生產流程的重大創新。
▶創新的過程是一連串不連續的發明
在瓦特改良蒸氣機之前,整個社會手工藝生產所需的動力,仰賴人力、畜力、水力、風力等模式進行。伴隨蒸氣機的發明和改進,工廠不再依河畔或溪流而建,許多依賴人力的工作被機械化生產取代。工業革命猶如一場政治革命無法比擬的巨大變革,將人類推向了一個嶄新的「蒸氣機器時代」。
Gordon認為「創新的過程是一連串不連續的發明,發明後的產品在經過持續的改善與經驗累積,最後將可以累積達到『下一次發明,所具備的所有潛能』。」由事實觀察,可以發現瓦特的蒸氣機並非突然的創新發明,先前已有利用蒸氣作為動力的機器與知識,只是無法廣泛應用到各種產業。最後在不斷地改良下,累積許多經驗與技術,直到瓦特將已有的技術與經驗「重新組合」,才開啟了工業革命的歷史紀錄!因此,瓦特改良蒸氣機是一項「重組式創新」,而這項創新產品可以廣泛應用到其他產業,提升生產力,所以我們又可將蒸氣機稱為「泛用型科技」(General purpose technologies, GTP)。Wright認為「某些新的觀念或新技術,可能對經濟產生全面性的重要衝擊」,因此蒸氣機不僅是泛用型科技,更因可廣泛運用於其他產業,進行流程與產品創新,形成多元化與全面性的產業「輔助性創新」,不僅大幅攀升生產力,也能拉升人類社會發展的指標,開創新格局。所以,Brynjolfsson、Mcafee將其稱之為第一次機器時代的開端。
▶運用資通訊科技進行重組式創新
基於第一次機器時代的創新與發展,已成功破除人類體能的限制,接著又要如何才能破除人類「心智」限制的障礙呢?「智慧化」一詞就備顯重要!讓機器(系統)能夠自行偵測、察覺、數據運算、連結、決策、控制任務執行,輔助人類現實世界的作為,達到零缺失、零浪費、零意外的精準服務目的。
本書所建構的虛實整合系統應用模型,目的就是要讓讀者運用於服務產業,作為「智慧化」創新的基石,讓機器輔助人類工作,透過機器精準演算與決策控管,讓一切作為皆可精準達成,並滿足消費者的需求。例如運用在醫療產業,可以輔助醫院作業流程,達到精準醫療的目標,本章會透過臺中榮總的案例加以說明。在此也要特別強調「智慧化」與「資訊化」的最大差異,在於系統可自行決策與控制執行,無須先經由人類確認。此一特性將有效破除「非理性決策」的慣性思考模式,有助於組織變革與永續發展,相關內容將於第五章進行說明。
至於要破除人類心智模式的第二次機器時代,其泛用型科技是以什麼為代表?Alexander Field列出有史以來的泛用型科技進行票選,僅有蒸氣機得票數高於資通訊科技。Paul Romer進一步表示:「透過網際網路連結,可以操作各種數位裝置,促使人類心智與人工智慧相結合,人機合一形成新社群與發展潮流。」Brynjolfsson、Mcafee也認為「資訊與通訊科技讓我們可以用全新的方式重新組合各種構想,進行重組式創新。」
讓我們再次檢視圖4-1,可以發現另一個驚人的事實,20世紀末短短三、四十年的斜率,更勝於前次工業革命,所引發的人口與社會發展指數的斜率,幾乎是以垂直的方式向上延伸。第一次機器時代來臨,幫助人類突破體能限制,改變傳統的生活模式與社會發展。短短兩百多年的時間,較人類先前數千年的社會發展及人口數量顯著成長。姑且不論運用機器發展社會文明,對人類是福是禍(環境汙染、其他物種滅絕)?事實上,機器科技所帶來的產業發展,確實讓世界上的人口倍增,社會發展也是如此,符合人類求生存的定義。所以嶄新樣貌的機器時代,會在何種趨勢與科技下發展?透過以上論述,我認為「虛實整合系統」的科技運用,將是主流趨勢!
▶工業4.0結合新科技,可因應多變市場需求
提到對於新樣貌的機器時代期許,就不由得談到大家耳熟能詳的「工業4.0」。德國的工業4.0一詞,最早是於2011年在漢諾威工業博覽會所提出的口號,而在工業4.0的發展環境與科技組合,事實上是運用虛實整合系統(Cyber-Physical System, CPS)的概念,用來管理及運用大數據。當然也拜「摩爾定律」所賜,資、通訊電子產品不僅效能日新月異地進步,價格也日益便宜,讓機器透過感測器交換訊息,逐步達到機器智慧化,得以實現讓機器自動察覺錯誤、調校的目標!透過CPS系統整合製造業的設計、生產、物流、服務等供應鏈流程,已經有諸多製造業工廠,轉變為競爭力及經濟潛力皆強的工業4.0工廠。換句話說,工業4.0結合網際網路與智慧化機械生產,能讓生產快速、產品多樣化。唯有企業降低製造成本、提升競爭力,才能因應多變的市場需求。以下再彙整工業4.0的概念:
1.從製造開始就連結顧客端,在需求、設計、製造過程中相互配合,將產品
價值極大化,浪費極小化。
2.從自動化製造升級具備「自動察覺」的能力。
3.製造過程達到零故障、零意外及零汙染的最高境界。
透過上述概念,可知工業4.0藉由智慧化需求設計與生產過程,破除生產者心智與體能的限制,避免人為的浪費與錯誤,將產品價值極大化,不僅可提供消費者最大的需求價值,也能使生產者利益極大化。在實務上的製造過程,人機協同製造產品,可獲得更大效能;而人機協同製造,人所肩負的任務,為看顧機器人的運作狀態與處理非常態性之問題,需要更加專業的技術訓練,無形中,勞工必須成為技術勞工,方能執行任務。因而勞工價值的提升,有助於利益公平分配。
▶虛實整合系統的強大應用
什麼是虛實整合系統?這是一種連結電腦運算領域、網際網路、通訊系統、感測器和制動控制器等裝置的整合系統,又稱「網絡實體系統」。目前資訊系統化已深入運用於軍事、汽車、航空、化學製程、基礎科學、建築、能源、醫療健康、工業製造、交通控制、娛樂和消費性電子產品等領域,但這些系統目前通常都是嵌入式系統,比較強調機器的計算能力,CPS則更強調各個實體設備裝置和電腦運算網路間的連結。
根據學者研究,CPS是一種多維度的智慧化技術體系,以大數據、網際網路、通訊系統與演算法為基礎,通過核心系統的智慧感測、數據分析、判斷評估、精準預測、模型優化、作業協同等技術手段,將電腦計算、網路通信、自動控制進行融合與深度協同作業,因此CPS模式能夠從實體空間(Physical Space)、自然環境、活動行為產生的大數據,進行收集、儲存、分析、評估、預測、優化、協同,並設計、測試和運行性能表徵相結合對稱的網路空間,使網絡空間(Cyber Space)與實體空間可以深度融合,並經由資訊即時更新,讓實體與虛擬世界同步作業。實體空間實物通過網路空間的自感知、自記憶、自認知、自決策、自重構和人工智慧化,可以支持促進應用於製造產業,進行智慧化產業鏈提升。
以Uber為例,該公司本身沒有汽車載具,卻憑藉App應用程式,成為全球最大的計程車公司。Uber是一間交通網路公司,總部位於美國加州舊金山,以開發行動應用程式,連結乘客和司機,提供載客車輛租賃及實時共乘的共享型經濟服務平臺,也是平臺式經濟模式的先行者。乘客可以利用簡訊或行動應用程式,預約車輛。另一方面,虛實整合系統會自行選擇最符合消費者需求的車輛,並在利用行動應用程式時,追蹤車輛位置,以上設計皆運用虛實整合系統的理論建構而成。
虛擬電子世界建構,必須透過實體世界的感測器、通訊傳輸、網際網路、行動裝置、人工智慧演算、行動應用程式,進行連結整合,運用虛擬世界電子運算快速,藉由資料彙整、數據分析、決策制定、決策自動執行等程序,透過行動應用程式傳輸至實體世界供給與需求雙方,滿足雙方的需求。
▶虛實整合系統可帶來創新與進步
虛實整合系統是如何產生的?如同許多創新發明一樣,並非憑一己之力或憑空出世,創新的過程是過往經驗與技術持續改良與累積,當達到一定能量時,在適當時機點產生創新的產品與模式。此處先以工業3.0與工業4.0間的差別來說明,其實,美國麥克費、布林優夫森等學者認為,前三次工業革命中,機器幫助人類的性質,屬於同一時期的機器時代。直到虛實整合系統產生後,才算進入下一個機器時代。
第三次工業革命也可稱之為數位化革命,在第二次世界大戰時,因作戰需要,無論破解敵軍密碼取得情報或研發先進武器(如原子彈等),為突破人類心智的部分限制——「高效率、高精度的數學計算」,1945年第一部電腦應運而生!直到60年代積體電路電腦的時代開始發展,因體積變小、速度更快,而且耗能減少、可靠性變強,最重要的是價格降低!當硬體設備的價格更親民後,更多電腦程式與軟體應運而生且逐漸完善。此時多道系統和分時系統又適時出現,它們是作業系統誕生的起始源頭,也因此帶動個人電腦的快速發展,開始走入日常的辦公與學習領域。因電腦和電子資料的普及和教育推廣,各種產業開始發生革命性的變革!
第三次工業革命讓原機器時代的傳統工業,更加機械化、規模化、自動化,工作成本相對減少,生產效率更高,也改變原有社會的運作模式,它曾是人類歷史上規模最大、影響最深遠的科技革命,至今仍未結束。為何說它尚未結束?因為產業資訊化的科技演進所帶來的經驗與技術累積,讓人類的生產力快速增加,社會發展快速進步!雖然人可以依據資訊化快速運算統計分析的結果,再進行思考、判斷、分析,但最後仍須由「人」來決策與執行,以利後續行動發展。也就是說,機器還是機器,無論蒸氣機、電力設備或資訊設備,都必須由人來使用,所以它們本質是相同的類型。那由資訊化時期如何蛻變成智慧化機器時期,就如同科幻片星際大戰的機器人,在接收訊息後,可逕行演算並自行決策,再執行特定或通用任務。要達到此一情境,原理很簡單,只要有良好的資訊軟硬體、夠快速的通訊設備、夠綿密的網際網路以及足夠的感測器,機器就可以活起來了!
綜合上述,我整理出一個簡單易懂的「虛實整合系統應用」模型(圖4-2),便於讀者應用在自己的工作領域,以便進行流程或產品創新,配合本書的創新流程步驟,就會產生意想不到的美好結果。
▶精準服務是虛實整合系統的終極目標
首先,我們必須在實體世界的目標物,裝上感測器或透過行動裝置(最廣泛的就是智慧型手機),將目標物的位置經過衛星(GPS)全球定位(戶外)或藍芽beacon定位(室內),經由電腦終端機、手機應用程式(App)透過網際網路、通訊系統傳送資料到伺服器儲存。傳送給伺服器的資料包括實體世界需求端及供給端間的需求任務、供給能量及即時位置。再經由電腦系統的演算法、人工智慧等進行運算分析,媒合需求與作業之最佳執行配對方式。最後由系統自行決策,並透過行動裝置(智慧型手機)即時傳達指令,指揮執行者(人或機器人)執行任務,滿足消費者之需求,達到精準服務的境界。
執行者完成任務後,透過行動裝置的應用程式,回報智慧化系統,以利依據執行者之位置與狀態,自動決策媒合下一次需求者的任務。實體世界與虛擬世界透過感測器的連結鏡射對應,融合一致。虛擬世界具備大量儲存資料、快速運算的能力,預先計算出最佳人、事、時、地、物的精準服務組合,並自動決策傳送給實體世界的人或機器執行,提供最精準的服務品質。因此,我的虛實整合系統模型非常適用於服務業,而且無論戶外的全球定位系統,或室內的藍芽beacon定位,皆為成熟穩定的作業程式,只要開發合適的手機應用程式,便適用於各行各業,尤其是研發經費較少的服務業。
再強調一次,我們將實體世界與虛擬世界連結一體,透過「感測」、「儲存」、「運算」、「自決」、「執行」五個步驟,而後再循環回到「感測」,進行服務業的智慧化創新。而且操作者無須精通資訊軟體,只要將創新的點子或構想應用在工作。其他資訊作業只要找專業的資訊人員,他們就會為你設計與測試!你只須不斷改善流程,就可達到創新的目標!
為何這樣的虛實整合系統可以破除人類心智的障礙?可以想像人們在日常生活中,必須透過經驗與習慣,去思考如何處理發生在周遭的一切狀況,每一個人都是如此,其中的相異處則是不同的人,因為心智能力高低的差異,處理狀況的妥善程度與反應速度當然不同;此外,資訊蒐集的完整度與正確性,也會產生不同的結果。所以智能較差的人,其工作及生產力遠遠不如智能較好的人(假設兩者之間的體能狀況相同),智能差的人所得到的待遇及報酬,也自然不如智能好的人。隨著新機器時代的來臨,虛實整合系統將可破除人類先天心智不足的限制,也可節約不必要浪費的體力。