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顯示器產業的數位轉型思考
 

【作者: 達梭系統】   2020年11月10日 星期二

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現今對顯示器產業數位轉型的瞭解,需要用數位化的方式,基於模型去承載和定義產品相關的所有知識,也就是建立產品的數位雙生。當整個研發、生產過程全部數位化以後,就能推動企業整個營運過程,實現極致高效的研發迭代、極致同步、極致智慧和極致品質。


何謂數位轉型?有人說是換了種數位化的設計工具,有人說是裝上企業資源規劃系統(Enterprise Resource Planning;ERP),也有專家說是裝上產品生命週期管理(Product Lifecycle Management;PLM)企業應用解決方案,就是進行數位轉型。當然,數位轉型的故事是由這些分段的數位化故事所組成的,這些都是數位轉型的有機組成部分。


一縱一橫

然而,數位轉型要到什麼程度,才算是數位轉型成功呢?達梭系統(Dassault Systemes)技術總監馮升華表示,實施PLM可用8個字來形容:「一縱一橫,兩個同步」。「一縱」就是從縱向來看,企業領導者的策略,透過數位化的方式,逐漸分解成產品線和事業群,再分解成專案群和具體項目,再細化為一項項工作,最終分解成流程中的每一個步驟,確保公司策略可化為員工每日的工作,確實執行。


「一橫」則表示企業的每筆訂單,從接單到完成訂單、完成收款,對於產品來說,就是產品的整個生命週期管理,包括產品的研發、驗證、生產製造、使用和維護維修保養。橫向的驅動力是市場需求,由市場需求驅動整個產品生命週期,在產品生命週期的每個環節,都要確保能夠滿足市場需求。


反過頭來說,如果產品出現問題,必須能夠從每個節點逐一回溯,找到產品製造或是設計端的問題,進而最佳化產品,以滿足市場或客戶需求。


兩個同步

一個是要確保企業內部各部門間順暢地同步,打破部門之間的壁壘,外部同步就是企業跟供應鏈或者價值鏈的其他企業,甚至企業與客戶之間進行有效的溝通管理,有效的同步,來保證最終生產的產品是滿足最終客戶需求。


在過去10年,市場發生非常多的變化,我們對企業數位轉型的認識也有很多的變化。現今對顯示器產業數位轉型的瞭解,需要用數位化的方式,基於模型去承載和定義產品相關的所有知識,包括幾何和外觀視覺、多學科、跨專業、產品生命週期,以及產品的應用場景、產品使用體驗方面的知識,也就是建立產品的數位雙生。


當整個研發、生產過程全部數位化以後,就能推動企業整個營運過程,實現極致高效的研發迭代、極致同步、極致智慧和極致品質,並在此基礎之上真正實現企業的業務轉型,也是數位轉型最重要的目的。


企業的業務轉型結果可能是一款極具創新的產品,可能是企業的業務流程創新、商業模式創新、甚至整個生態圈、企業價值鏈的創新。


客戶在購買包含顯示器功能的產品,或者說包含螢幕的產品時,他們購買的理由之一,就是這個產品外型是否美觀。我們要透過數位化的方式,建模呈現產品的幾何尺寸、外觀材質、色彩,透過逼真的渲染效果來評估各種設計方案。


另外,還須注意產品的內部結構、零部件尺寸、裝配情況;例如手機需要在內部非常狹小的空間內,放進相機、喇叭、耳機孔、晶片、電路板、螢幕控制模組,甚至各種各樣的感測器。如何佈局最為合理?如何避免電磁干擾?如何避免發熱?這一切都需要建立內部詳細的幾何模型,用數位化的方式來描述。


衡量一款手機品質,我們會關心手機訊號好不好?手機會不會發燙?手機耐不耐摔?手機使用久了會不會遲鈍? 手機的音響效果好不好?


衡量一台電視,會注意清晰度的指標、畫質的優劣、色彩的豔麗程度、音響的效果等。要想提升產品的品質,我們就需要數位化更多的知識與更多的學科。


手機耐不耐摔,須作摔落模擬;手機是否遲鈍,須作軟體的模擬;手機會不會發燙,須作散熱、熱學和流體模擬;手機訊號好不好,須作電磁學模擬;手機是否耐用,須作疲勞度模擬。電視畫面是否漂亮,須作光學模擬;音響效果好不好,須作聲學模擬,這就得要求數位雙生能夠承載力學、熱學、聲學、軟體、流體、電磁學等學科的知識。


舉有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode;OLED)螢幕的模擬問題為例,很多對螢幕效能的要求,以及解決效能的問題,最終都會轉化為系統模擬,用數位化的方式模擬具體應用場景。比如鍍膜塗層在壓力下的變化,或是折疊螢幕彎曲時的壓力,亦或是在螢幕上鑽孔等。


當然模擬不是目的,最佳化才是。透過模擬去嘗試各種方案,找到最佳的方案,或是根據模擬結果,瞭解設計最佳化的方向,透過對設計方案的調整,找到最佳效能的方案。當然通常是找總體效能最優的平衡方案,找到一個最佳平衡點。每項效能皆最優的方案通常不現實。


產品本身之外,還要注意產品的整個生命週期。為什麼要設計這款產品?它滿足什麼市場需求?產品如何在工廠被製造出來?如何設計生產線?如何營運?面板的製程該如何實現?如何保證面板的良率?這就要把市場需求和整個產品生命週期的各個環節數位化,基於模型地保證整個產品生命週期的數位化連續,實現需求,驅動整個產品生命週期。


最佳化產品的目的,是為了讓產品在各種使用場景下,提供人們最佳的使用體驗,因此要建構人們的體驗場景。


未來生活,螢幕無處不在。螢幕用在智慧家庭,就要建造智慧家庭應用場景;螢幕用在辦公室,就要建造辦公室場景;螢幕用在工廠,就要建造工廠使用場景;螢幕用於城市,就要建造整個城市的數位雙生。


接下來需要思考微觀世界。產品最終由零件組成,零件最終由材料組成,組成材料的是分子和原子。對於顯示器產業來講,我們關注顯示螢幕、玻璃螢幕,什麼螢幕最堅硬?什麼顯示器材料有最佳的光學效能?什麼材料最省電?科學家們在研究材料的時候,同樣需要用數位化的方式來建立材料的模型,建立分子和原子的模型。


2014年的諾貝爾物理獎授予赤崎勇、天野浩和中村修二,在頒獎典禮上,他們這樣評價藍光LED技術:「白熾燈點亮了20世紀,而藍光LED點亮了21世紀」。現今所有的螢幕,不管是手機、電腦、平板,都來自於LED技術。


LED技術中,最難的是藍光LED。藍光LED發明的過程中,數位化技術和數位化分子建模技術是藍光LED的關鍵,採用達梭系統的Material Studio軟體,成功預測了摻有鋁和銦的氮化鎵晶體結構,實現藍光LED,最後由中村修二把它製作出來。


數位化分子建模技術功不可沒。今天的手機螢幕越來越耐摔,背後的原因是在螢幕玻璃領域有很多突破,如康寧(Corning)的大猩猩玻璃(Gorilla Glass)技術,也是採用達梭系統的BIOVIA解決方案來加速實現。大猩猩玻璃的誕生,代表顯示器產業技術與數位建模技術的完美結合。


同樣地,對於未來的OLED材料,科學家們也用數位化分子建模方式來預測和篩選具備最佳光學效能及電學效能,滿足最佳顯示需求的材料。



圖一 : 數位化分子建模技術功不可沒。今天的手機螢幕越來越耐摔,背後的原因是在螢幕玻璃領域有很多突破。(source:Work Wear)
圖一 : 數位化分子建模技術功不可沒。今天的手機螢幕越來越耐摔,背後的原因是在螢幕玻璃領域有很多突破。(source:Work Wear)

企業的業務流程也要用數位化方式支撐各種業務流程;包括從商機到盈利、產品生命週期管理、企業戰略的逐級分解和實現,從販售計畫、生產計畫,到供應鏈和製造營運管理。資訊要實現連續性的流動,必須把過往檔案都數據化。


顯示器產業數位轉型的第二個關鍵,是顯示器產業的數位化賦權作用:用數位化方式表達產品的相關知識和業務流程,透過數位化,大幅度提升企業效率,降低企業營運成本,提升產品品質,縮短產品上市週期,實現極致高效、極致同步、極致智慧和極致品質。


極致高效

何為極致高效?在研發一款新產品的時候,通常需要做物理雛型。


例如要研發一款折疊螢幕手機,實際的手機做出來可能需要兩年時間,做出來後做各種物理測試,有問題再修改設計,或是再做一台物理雛型。這樣反覆運算需要的週期是兩年。而如果建立數位模型,做一次設計,反覆運算,進行驗證,再修改參數,所需時間很短,可能幾天,甚至幾小時就會完成一次反覆運算。


這種產品研發的反覆運算效率是最高的,也正是數位轉型實現產品研發的極致高效。以LG為例,他們基於達梭系統的平台,實現零物理原型,全虛擬建造,所有的電磁、流體、結構、聲學模擬,都在產品的數位雙生中進行。


極致同步

接下來是極致同步。對比10年前,用戶要想同步,可能需要在不同系統中給予不同的許可,開多個帳號,想看哪個系統資料,就要打開哪個系統,同步效率受到阻礙。


如果能夠把產品價值鏈上所有的人,都連接至同個系統,所有相關圖紙、產品規格資訊、市場需求、多學科資訊、製造資訊、工藝數據等,都放在一個平台,形成單一數據來源,每個數據只在系統中出現一次,一個人對數據進行修改後,其他人馬上就能夠獲得更改後的資訊,所有行為都是線上即時發生的,這樣就實現了極致同步。


數位雙生就如同是雙胞胎,一個在物理世界,一個在數位世界。每多一個版本,就要有人維護兩個版本之間的一致性,就可能導致數據的變形和損失。數據每多一次拷貝就會增加系統的複雜性,根據奧卡姆剃刀法則(Occam's Razor)來說,最簡單的才是最美好的。數位雙生,應該具備唯一性。這就是系統整合和一體化系統之間最大的區別。


只有一體化的系統,才能夠帶來極致同步和最高效率。


當知識數位化以後我們才能利用人工智慧演算法。因為人工智慧演算法消費的是資料。以顯示器產業的OLED材料為例,三星是怎麼找到主動矩陣有機發光二極體(Active-matrix organic light-emitting diode;AMOLED)材料?他們要在成千上萬種材料之間進行選擇,如果對每一種材料逐一進行實驗,要付出的時間和成本無法承受。


只有用數位化方式對分子進行建模,人們才能夠運用人工智慧的方法,幫助科學家實現高通量的篩選,以最高效方式找到最合適的材料。


對顯示器產業來說,尤其是在面板製程中,良率提升是非常重要的目標。提升良率的因素可能有很多種,在整個面板製程的各個階段,包括Array、Cell、Module製程,實現數位化以後,就可以運用人工智慧的演算法,?明我們瞭解在整個面板製程過程中,所有工藝參數和設備參數的調整與面板品質之間的關係,透過機器學習的演算法,即時調整製程中的參數,來獲得最高的良率,實現極致品質。


即使實現數位化賦權,也並不意味著數位轉型的結束。企業數位轉型支撐的是企業的業務轉型,業務轉型用什麼來衡量成功?


第一種是永續創新,代表企業研發成功撼動市場的創新性產品,尤其是在顯示器產業。以手機螢幕為例,我們共同經歷了從小螢幕到大螢幕手機,全螢幕、曲面螢幕、瀏海螢幕和水滴螢幕時代,未來的折疊螢幕、柔性螢幕時代,以及無孔手機帶來螢幕偵測指紋技術、螢幕攝影技術,這都是永續的產品創新。這些產品快速成為現實並推向市場,數位雙生技術和數位化賦權作用,功不可沒。


企業的業務轉型,當然也包括流程創新和商業模式創新。去年年初,法國Akka公司已經在蔚藍海岸城市尼斯(Nice)開始營運無人駕駛計程車。如何定義無人駕駛計程車的營運場域?需要建造整個場域的數位雙生,包括數位雙生的城市,數位雙生的道路和數位雙生的車輛。


對於顯示器產業來說,也意味著車輛裡面的螢幕要實現什麼場景。乘客在乘坐無人駕駛車輛時,車輛的螢幕和操縱面板螢幕上,顯示的都是與客戶本人相關的個性化內容,座位的高度和車內溫度的設置,也都是根據乘客個人喜好說所設定。


整個顯示器產業的發展,不是靠一家企業能夠支撐的,而是靠整個顯示器產業的生態圈、價值鏈上的所有企業共同進步,發揮各自優勢,共同為終端消費者提供最佳化的顯示器體驗。為了加速顯示器生態圈供應鏈與OEM間的互助效率,達梭系統推出雲端的3DEXPERIENCE市場解決方案。



圖二 : 整個顯示器產業的發展是靠整個顯示器產業的生態圈、價值鏈上的所有企業共同進步,發揮各自優勢,共同為終端消費者提供最佳化的顯示器體驗。(source:XPLANE Consulting)
圖二 : 整個顯示器產業的發展是靠整個顯示器產業的生態圈、價值鏈上的所有企業共同進步,發揮各自優勢,共同為終端消費者提供最佳化的顯示器體驗。(source:XPLANE Consulting)

OEM廠商設計師的理想狀態為何?當他們需要一個零件的時候,可以直接到這個平台上找到品質、效能、價格綜合最優的供應商和零件,直接從平台上獲取零件的3D模型,並把3D模型裝配到最終產品上。


而對於提供零件的企業,他們的理想也是把自家製造的零件產品3D模型,透過數位雙生放到平台上供OEM廠商使用,透過平台擴大銷路,獲取訂單。透過3DEXPERIENCE市場連接設計師和供應鏈企業,實現整個顯示器產業生態圈的共同進步,健康成長,各自發揮最大優勢。


總結現今顯示器產業數位轉型特點:一、基於模型,打造擁有產品知識的數位雙生;二、實現多學科和多專業的綜合最佳化;三、實現全生命週期的數位化延續;四、用數據促使企業做出最佳決策,採用一體化的平台,透過單一數據來源,保證最佳企業效率和極致同步;五、聚焦消費者的終端體驗,始於體驗,終於體驗,使顯示器產業實現永續性產品創新、業務流程創新和商業模式創新,打造共同進步、共同繁榮的顯示器產業生態圈。


**刊頭圖(source:TheDigital Transformation People)


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