更智慧的製造系統 實現製程可視化

在2013年4月的漢諾威工業博覽會中，德國提出了工業4.0(Industry 4.0)的概念，正式宣告智慧製造為核心的新世代工業型態，將成為第四波工業革命，但其實在此一概念問世之前，智慧製造早已被全球製造業談論許久，只是何謂「智慧化」，仍沒有人能精準定義，原因除了此名詞意義模糊外，製造系統的技術眾多，各有不同的核心價值與使用重點，無法用單一概念定義全部，因此智慧化在製造系統不會只有一種解釋，而是由各系統的各自進化，逐一堆疊整合而成。

在製造系統中，機器視覺、運動控制、人機介面包涵了視覺、動作、操控三項核心功能，而這三項技術這幾年也各有進展，機器視覺的乙太網路需求，刺激出Gige Vision的問世，讓系統整合更容易，Softmotion則讓運動控制走出新天地，從軟體面進行設計，突破了傳統運動控制的硬體限制，人機介面與MES的結合，讓生產流程的資訊得以完全透明，達到可視化願景。

這些進化，從最底層、生產線的第一現場，實際改變了製造系統的樣貌，讓智慧製造不只是虛幻的名詞，進一步成為可看到、可操作、已進行，甚至是已完成的動作，以下就針對這些技術的進展逐一介紹。

挾乙太網路優勢 GigE Vision開始攻城掠地

機器視覺雖是新興技術，但在市場需求的快速發展下，各種不同的產品推陳出新，在不同需求及技術供給的競爭下，包括攝影技術、傳輸系統都有多元發展，機器視覺的技術戰場，已邁入戰國時代。

機器視覺是在產線檢測中極重要的一環，近年來在攝影機解析度逐漸提高，影像需求亦更加複雜的情況下，從攝影機到後端分析系統的傳輸介面需求，也跟著受到重視。

傳統來說，在攝影機傳輸介面上，類比式與IEEE 1394向來是兩大應用技術；但從去年開始，挾著乙太網路為基礎的GigE Vision開始攻城掠地，市場上似乎有開始洗牌的趨勢，但GigE Vision是否真能取代IEEE 1394成為市場主流，市場上看法似乎分歧。

照全力推廣GigE Vision的重量級機器視覺廠商Basler的說法，GigE Vision當然有相當的競爭力，事實上GigE Vision在介面的整合上，也頗受使用者青睞，由於GigE Vision以乙太網路技術為其主要優勢，與後端PC相容性高，在講求高度整合的自動化系統中，以乙太網路做為介面傳遞，直接整合感測、控制及管理層面，GigE Vision的確有其優勢在。

目前機器視覺得傳輸介面主流仍是IEEE 1394，由於IEEE 1394發展已進入成熟階段，相較於其他介面，IEEE 1394的介面相對穩定，加上主流廠商的相關視覺產品均支援該介面，以及傳輸速率合乎要求，因此仍居主流標準。

IEEE 1394與GigE Vision之爭

就發展態勢來看，IEEE 1394與GigE Vision在市場上已出現拉鋸，這兩種技術的能力雖幾乎不分軒輊，但仍各有缺陷必須克服，在傳輸速率方面IEEE 1394與GigE Vision的差異不大，不過都有其限制，如果真的要快速傳輸高解析度的影像，業者多會選擇類似Camera Link等介面，至於傳輸距離，由於IEEE 1394的僅有10公尺左右，對於長距離的傳輸，比不上GigE Vision；而GigE Vision除了乙太網路介面的穩定與安全性遭到挑戰外，另外由於GigE Vision的傳輸協定中，必須透過CPU搬運資訊，對於CPU的負載的影響相當大，尤其在高解析度的大量資料傳輸時，GigE Vision的困境就更加倍凸顯，而相較於GigE Vision，IEEE 1394本身設計定位就是用於高速傳輸，抓影像時完全不動到CPU，CPU純粹進行影像分析，對其負擔當然較低。

目前機器視覺的傳輸介面相當多，各有其優缺點，因此考量使用模式採用介面，是較佳的選擇方式，以可支援大多數程式語言的CCD來看，在近距離傳輸資訊進行分析時，當然以IEEE 1394為首選；而需要遠距監控甚或跨國工廠規劃的，GigE Vision則不可或缺；至於近期也被關注的USB，則是多運用在生產線上較低成本的模式為大宗，但無可否認，GigE Vision的方便性，的確是目前受到重視的主要原因。

其實Basler也同意，目前GigE Vision仍有些問題需要克服，對於類似於GigE Vision等新介面，對於習慣傳統自動化介面的業者的確是個挑戰；由於介面設計、軟體系統整合與硬體機構規劃等，均與傳統介面有所差距，要讓業者習慣這類系統的發展，才有可能邁向全面發展，但Basler也相信，藉著GigE Vision產品的推出，將帶動市場持續投入GigE Vision產品的發展，創造出新的契機。

精細或快速 攝影機走向也極化發展

相對於傳輸介面，攝影機的技術也產生了不同的走向。由於傳統類比系統不論在影像擷取或傳輸上，都有相當的雜訊需要克服，目前主要的視覺廠商已多轉向至數位系統發展，至於類比使用仍佔市場的主要比例，主因仍是在舊有機台上的利用，目前佔據類比市場大宗的國家，像日本是因為在機器視覺領域發展較早，而台灣或大陸則是因為技術多用於傳統產業自動化層面。

自動化市場日趨成熟，使用者對於「精度」與「準確」上的要求將會越來越嚴苛，未來攝影機的市場發展，將會導向應用面與整合需求的兩個不同領域，一方面是在應用層面包括檢測、 測量、 產品識別、 表面檢測等，規格的競爭將愈趨激烈， 廠商思考的問題將會在提供品質穩定的影像、完整支援的介面產品線、要求高性價比的產品以及容易整合的後端軟體為其重點。

在基礎工廠自動化控制定位工作，由於動作需求多為簡單且具重複性，一般講究的是反應速度迅速，這類產品僅需簡單分析元件即可執行，將以價格為市場導向，除此類應用外，在不同應用面向如高度彈性整合與技術支援需求，機器視覺廠商提供的則是可快速擷取後端分析系統，這類產品講究靈活、可客製化，以滿足使用者的彈性化需求。

此外支援不同的軟體控制介面，透過簡單得程式碼即可整合至生產線系統中，也是市場需求之一，針對這類應用的「獨立」需求，部分廠商也推出Smart Camera設備，Smart Camera由於直接將分析演算元件整合在攝影機中，不需外接後端分析設備，直接變身成為機器手臂的「眼睛」。由於這類產品體積較小，亦可獨立運作，亦成為使用者矚目的產品，當然這樣較為「聰明」的元件，其價格競爭力似無法與前者PC-Based元件相抗衡；此外，由於程式均寫在元件中，有廠商認為，Smart Camera在使用彈性上亦略遜於PC-Based產品。當然，市場接受度如何，仍尚待驗證，但兩種產品的發展，均有其支持者。

就市場面的整體共通需求來看，現在機器視覺標準是設定簡單、堅固及耐用，而不論技術如合多元發展，所有業者仍一致同意，不同的技術應用仍針對使用者不同的需求來進行選擇，如何提供最適化的組合，才是機器視覺廠商首先必須注意的面向，所有業者都同意，重點在於「後端的解決方案」，一味追求高階發展或價格優勢，並無意義。