軟硬體整合 打造智能工業機器人(上)

DIGITIMES於日前舉行「機器人與精密工具機技術論壇」，講師從各個角度切入介紹工業機器人產業的不同環節，深入說明工業機器人及精密工具機開發的軟硬體面向。

勞動力缺少已成為全球產業的共同隱憂，以機器人取代人工已是大勢所趨，機器人及精密工具機的開發成為顯學。MIC報告指出，全球工業機器人今年(2017)出貨量預估達34萬台，2018年達40萬台，並在2021年達到將近63萬台，估計2016至2021年的複合成長率為16.4%。

有鑑於工業機器人及精密工具機的市場前景可期，DIGITIMES特別於日前舉行「機器人與精密工具機技術論壇」，會中邀請的講師背景涵蓋產學研界，分別來自精密機械研究發展中心、美商懷格(Vicor)、歐特克(AUTODESK)、美信國際(Maxim)、采威國際、台灣西克(SICK)及逢甲大學等。

講師從各個角度切入介紹工業機器人產業的不同環節，深入說明工業機器人及精密工具機開發的軟硬體面向。另外，多家業者於會場展示實際解決方案，透過面對面的交流，希冀能協助更多有興趣的業者順利進入機器人及精密機械的開發領域。

精機中心吳家進——工具機結合智慧監測，維修更及時

精密機械研究發展中心智慧應用技術部副理吳家進分析台灣智慧製造發展趨勢，他提醒工具機業者需注意附加價值的來源將產生變化，也就是從組裝移至組件，以及由單機性能轉移到周邊系統整合、整線規劃及製程服務，相關業者必須思考對策。

他並提到工具機結合智慧監測功能的必要性。就現階段而言，工具機出場後就與供應商失去聯絡，使用者直到機台故障，才會開始叫修，期間的停機待料將會造成產能的損失。因此，藉由工具機軟體開發平台，協助工具機或零組件業者快速發展智慧化軟體，就能時時掌握機台動態，提供即時服務。

不過，工具機導入智慧監測功能也有其困難和挑戰。例如，為能達到間隙偵測與及時停機，需於不同頻段高速辨識、萃取特徵值，維持高解度並即時反饋至控制器，所以軟體撰寫和優化的難度頗高。此外，感測裝置因需具備防塵、防水功能，且同時需具備安裝便利、抗電磁干擾與降噪等特性，所以機構外殼設計的難度也較高。值得一提的是，智慧監測不只用於維修，相關數據的累積及分析可進一步用於產品設計、生產鏈或行銷策略調整，進而達到更佳的效益。

美商懷格Vicor——電源優化提升效率及散熱特性

美商懷格電源科技Vicor台灣區應用工程師張仁程，說明工具機對於電源的特別需求及設計要點，其中，高功率密度電源模組解決方案為重點所在，其必須滿足客戶對於體積小、重量輕、功率密度高、散熱容易及高轉換效率等特性的需求。Vicor可提供從前端(Front end)到板端負載點(POL)的完整電源解決方案。

看好48V設計將取代12V，Vicor利用該公司的Factorized Power架構，順利讓48V設計可以擺脫傳統的多相電流架構，在效率、密度、雜訊干擾、零件放置等各方面都能提供更佳的設計與效能。Factorized Power架構具有兩個主要元件，分別是預穩壓器模組(PRM)及電壓轉換模組(VTM)，前者利用高效能的零電壓切換(ZVS)拓樸處理預電壓調節功能；後者則是利用弦波振幅轉換(SAC)拓樸，將前一階段調節好的電壓轉換至處理器所需電壓。簡而言之，此架構就是利用穩壓、轉換兩階段的功能，使48V的轉換能達到與傳統12V多相電流等同的效率。

除了創新的拓撲架構外，Vicor在封裝散熱技術也迭有創新，可協助業者克服高密度功率系統的設計挑戰。以ChiP產品為例，在PCB兩面都有功率組件，可減少寄生導致的損耗，因此不僅可對整個封裝均勻徹底地散熱，而且還可利用頂部與底部表現進行散熱。另一重要封裝技術VIA(Vicor Integrated Adapter)，則能使許多應用無需用到風扇，進一步減少系統所需空間。

AUTODESK——導入3D設計工具加速開發流程 

AUTODESK大中華區製造業行業戰略經理張俊則指出，3D設計、虛擬實境(VR)、人工智慧和機器學習等工具和技術的導入，將能協助企業以最具成本效益的方式邁向智慧製造。例如，Autodesk現已提供整合3D設計、分析、加工、工廠設計的製造業行業軟體集，可以同時滿足設計工程師、分析工程師、機械加工技師及產線規劃工程師的需求。

Autodesk提供的3D產品設計軟體，其中就包括3D產品設計、模擬、視覺化和協同合作等各項工具。值得一提的，在未來十年，除了VR的發展外，3D設計軟體與AI和機器學習的結合，也是Autodesk的發展重點，以進一步提供企業用戶更具創新的產品設計方式。

現階段Autodesk已將人工智慧運用於產品仿生結構及輕量化設計；機器學習也已運用於生產線及生產設備的自我學習等。張俊強調，Autodesk要做的就是透過3D設計、虛擬實境、人工智慧及機器學習，協助客戶以最具成本效率、最簡單的方式開發符合智慧製造需求的工業機器人及工具機等產品，一起邁向工業4.0時代。

Autodesk並在論壇現場舉行工作坊，讓參加學員能實際上機體驗3D設計軟體工具如何提高機械設計開發的效率。在實作課程中，學員人各一機，Autodesk人員詳細指導Autodesk Inventor和Nastran In-CAD這兩種軟體的使用。Nastran In-CAD主要運用於模擬機構設計階段，藉以快速找到產品設計的可能問題，繼而使用Inventor進一步改善設計。

透過工作坊的實作教學，學員充分了解在產品設計階段就能快速發現產品潛在風險，如此就能及早改善產品設計，這對於產品開發週期的縮短有極大助益，更能降低因設計出錯所造成的無謂成本的浪費，這在分秒必爭及錙銖必較的商場競爭中尤為重要。

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