機器人+物聯網　建構智慧工廠

汽車業應用機器人提升生產力已行之有年(Wikipedia)

各國推動工業4.0的策略方向各自不同，因為每一個國家製造業的環境及遭遇的困境也各不相同。以我國政府正在研擬中的「生產力4.0科技發展方案」為例，被視為可以推進工業4.0的關鍵技術及應用，主要是以三大科技主軸來推動先進製造，分別是智慧機器人(Intelligent Robot)的智慧製造技術、物聯網(Internet of Things；IoT)的全線偵測監控技術和巨量資料(Big Data)的資料擷取分析技術，推動產業朝設備智能化、工廠智慧化與系統虛實化發展，並以工具機、金屬加工、3C、食品、醫療、物流與農業為七大應用領域產業，來加速提升附加價值與生產力，以創造產業下一波的成長新動能。

機器人讓智慧製造蔚為成形
以3C產品為例，過去的生產目標是要求「853」，也就是85%的產品要在3天內出貨，但由於3C產品生命週期愈來愈短，對於製造速度的要求已經提高，成為「985」，也就是95%的產品要在5天內出貨，而且因應消費者的要求瞬息萬變，產品設計及製造未來勢必要走少量多樣，才能因應當前的製造趨勢。

台灣3C產業過去的代工模式，主要是以大量、平價及標準化的商品為主，尤其是Wintel時代，台灣3C代工業者只需要跟著Wintel的最新技術藍圖走，設法壓低人力、廠房及土地成本，就可以製造出價廉物美的3C產品。即使台灣本土的人力成本上揚，業者仍繼續仰賴中國大陸的低廉人力及土地成本，也創造出稱霸全球近三十年的3C代工王國。

但如今的中國大陸，也正在面臨人口紅利衰退的現象，即使是將工廠搬到中國大陸內陸或轉移到東南亞地區的國家也不行，因為勞動人口沒有想像中這麼多，物價水準也不低，對於成本控制幫助有限。

既然無法仰賴傳統人力，自然就需要更聰明的機器人。經濟部次長沈榮津也指出，工業4.0的核心，其實就是機器人，不但可以用來從事重複性高或環境較差的工作，提升生產效率及製程精準度，更重要的是，當人力資源釋出可以進行更高附加價值的工作時，產業轉型升級的可能性也跟著提高。

日、歐機器人產業雖然早已有非常重要的應用，但大多是跟著汽車業及重工業發展，反觀台灣則是以汽車業與電子業對機器人需求最多、用得最廣，工業局金屬機電組長沈維正表示，台灣現在主打工業用機器手臂，未來希望可以推廣到全工業領域。

如工研院所開發的「產業機器人智動化揀選技術」，運用視覺動態導引功能，提供高精度揀選超強「手、眼」整合功能，自動揀選瑕疵瓶頸，目前更已在國內知名的鳳梨酥大廠試營運，未來可運用於3C產業、金屬加工業上下料、食品業取放、包裝、檢測等服務。
因應機械手臂操作與程式專業人員的養成不易，工研院也研發出「產業機器人智慧教導器」，透過平板電腦運用使用者導向的人性操控介面，用一隻手指就可以直接操控機器手臂，具有產業機器人智慧互動式路徑規劃技術，提升產業機器人操作的直覺性，即使是非工程人員也可以快速上手。

另外，因應生產力4.0智動化趨勢所研發的「安全型觸覺機器人」，具有世界領先的撓曲包覆、高密度碰觸感測防護功能，提供人機協作生產的最佳解決方案，具有產業機器人作業安全防護技術，包括碰觸即停、警戒區域機器人動作調控等功能，提供無死角、全面防護人機操作安全，而且所需安裝成本低，極具國際市場競爭力，可運用於3C產品組裝產線、食品包裝業取放及工廠協作機器人，預計明年第1季可開始服務業者。

至於民間業者方面，也是活力十足，在民生工業領域耕耘數十年之久的富堡，因為熟悉產業製程知識，於是尋求專精機械手臂製造的上銀和智動化設備控制器的新漢，合作開發出「全球民生用紙業機器人」，可以應用於民生用的濕紙巾、面膜、紙尿布、衛生棉等大量自動化生產，不但節省人力，提升生產效率，未來還可和銷售及售後服務資訊結合，堪稱是工業4.0在台灣的本土型應用。

物聯網及巨量資料 串聯智慧工廠運作
智慧工廠是生產力4.0發展的重要關鍵，其中包含的技術如物聯網、虛擬化、巨量資料、雲端運算等，發展焦點在於如何讓完整的製造流程，可以透過資訊系統連接起來，經由站點感測、資料蒐集、處理計算、與數據分析等，進而提高生產效率。

如西門子Amberg廠的生產、物料搬運與資訊流部分，已有75%自動化，包括可自動記錄各種能源使用狀況、減少機台能源耗用、並釐清非生產時間的能源浪費。上銀科技董事長卓永財指出，工業4.0起飛的基礎，最關鍵的零件就是物聯網使用的「感測器」，必須要能在台灣研發生根，台灣才能發展出有國際競爭力的工業4.0。

國家實驗研究院目前也已組成物聯網感測器產學聯盟，成員包括上銀、車王電子、聯發科、研華寶元等四家公司，同時還納入學術機構如交大、清大及中正大學，就是希望能將企業的know-how及需求和學界接軌，推動國內自主研發感測器，並培育人才。

另一個攸關智慧工廠運作的技術關鍵，就是巨量資料分析技術。由於新一代的生產製造理念，是透過機器人及物聯網來扮演勞動工作的「操作者」，原來負責操作的人類，應該要升級為生產過程的「設計者」、「決策者」及流程的「管理者」，若能將機器人及物聯網上的生產資訊加以蒐集分析，可望成為提升生產良率與效率的重要關鍵。

舉例來說，LED製程參數資料有配方資跟機台資料，透過持續收集生產數據，將不確定性資料結構化，並且透過巨量資料分析處理智慧化，然後進行資料呈現決策分析，就可以讓生產過程持續最佳化，提升效率與良率。若是搭配上訂單/需求的分析預測，不僅能減少成品庫存數量，更能依照市場變動進行進料需求管理，減少不必要的購料支出。

羽冠電腦總經理 鄭滄光 表示，巨量資料在生產力4.0將會扮演重要的角色，一方面整合ERP、MES、SPC等管理資訊系統的資料，另一方面擷取生產設備/廠務設施監控系統的製程及環境資料，然後經過專業的資料萃取和分析判斷，最終在製程、品質、生產排程、設備效率、及節能減排等五個面向，提供創新或改善，而為製造業者創造出獨有的競爭優勢。

從智慧製造到創新營運模式
卓永財指出，生產力4.0可以效法德國堆動工業4.0的精神和做法，就是「合作夥伴生態系統間的競爭」。如上銀和全球最大半導體設備廠美商應材合作，發展機台專用的線性滑軌，可以在24小時運轉下，依然維持3年的生命週期，反觀應材的日本競爭對手卻只能維持1年，應材打贏了，上銀也可以因此受惠，這就是生態系統間的競爭。

台大機械系特聘教授兼嚴慶齡工業研究中心主任陳炳輝也指出，世界製造強國如美、德、日、中、韓，都已不約而同的努力推動工業4.0，在技術的層面上，各國採用的技術其實大同小異，因此真正的決戰點，應該是誰能提出創新的營運模式，除了增加生產力外，才
能讓國家的產值快速倍增。他因此懇切呼籲，要推動生產力4.0，一定要抓對方向。