促進人機協作效益 台灣生產力4.0計畫上路

隨著相關硬體技術與系統整合能力漸趨完備，台灣智慧機器人產業應加速佈局手眼力機器人技術、產品和自動化系統整合之服務，仍有多處技術缺口亟須敉平。資料來源：PMC、MIRDC、工研院機械所、IEK

自2011年德國加速推動「工業4.0」戰略以來，確實已造成亞洲地區製造業龐大壓力，各國也相繼提出或跟進智慧自動化對策。惟其核心要素之一的機器人與人類社會關聯性，也變得越來越緊密，如何能用來解決缺工問題，又避免衝擊就業人口？相關人機協同作業技術發展，將是未來台灣機器人產業維持成長的關鍵。

因應德國工業4.0戰略威脅，亞洲各國皆已針對製造業跟進或提出智慧自動化對策，機器人將扮演智慧工廠內的關鍵角色。而大陸日前發表的「中國製造2025」計畫，也聚焦新一代資訊技術產業、高階數控機床和機器人、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械等10大重點發展領域，將更加深台灣製造業對紅色供應鏈擴散的危機感。

惟當機器人逐步成為智慧自動化核心要素之一，其與人類社會關聯性也越來越緊密，如何能用來解決高齡少子化缺工問題的推力，又避免衝擊目前就業人口的拉力？將是機器人產業維持成長的關鍵。

如推進大陸在2013年成為全球最大工業機器人消費市場的主要動力之一，便是源自於當地嚴重的缺工及工資上漲問題，進而提升製造業價值鏈。台灣即將擴大推動的10年期「生產力4.0計畫」，也期望可緩解從今(2015)年起，15~64歲工作年齡人口逐年遞減的威脅。

在「生產力4.0計畫」中，已優先選定工具機、金屬加工、3C、食品、醫療、農業、物流等七大領域，將導入物聯網、智慧機器人及大數據等創新應用；從而帶動產業升級，達到「虛(網路)實(生產線)整合」的境界；最終以智慧機器人取代生產製造，而高素質人力則用來操作智慧工廠，實質提升人均生產力，擺脫薪資停滯痼疾。目標希望能在10年內，讓員工「321翻轉成為123」——從現行「3人領2分薪水，完成1分產能 」，變成「1人完成2倍高值化產能、領3分薪水」。

從自動化「以人換人」升級  衍生智慧自動化商機

工研院IEK剖析台灣自動化產業迄今發展，可概分為三階段：生產力1.0資本密集產業(1982~1991)、2.0技術密集產業(1991~2001)、3.0創新密集產業(2001~2011)，前兩階段人均產值分別成長81%、60%；期望進入生產力4.0前期(2011~2015)智慧密集產業後，能透過工業機器人整合智慧自動化系統，為製造業提升生產效率？良率，增加產能及營收；延長高素質人力的工作年齡，每人可教導多台機器人，同時節約企業人力成本、解決未來勞動力不足問題。

智慧工廠也從傳統自動化「以(機器)人換人」的概念，陸續從多機器人工作單元轉換為多機協調合作，到更智慧化的人機協同作業。讓人不再提供單純勞力，而是做為決策及管理者，執行複雜及需要判斷的作業，達到即時彈性調整產線和優化升級的目標；機器人則可從事重覆精密動作，再整合多軸關節、人機協同、3D視覺辨識、力量感知、順應關節等多項控制技術，提升快速應變和多方溝通能力，貼近現今需求快速變動的市場。

創造應用情境  提升產業總體競爭力

為因應產品生命週期縮短、產線製程更換頻繁，技術需求更為智慧化，可選擇智慧上下料、智慧插件、智慧鎖固、智慧搬運等技術發展。近年來經濟部工業局推動智慧自動化產業發展，也開始重視創造應用情境，透過選定重點領域產業，輔導業者建置智慧自動化整線示範案例；並讓其他廠商親自參訪、觀摩現場並彼此交流，以擴大成效，回頭改善工作環境、提升運籌能量。

近期選擇示範觀摩的台勵福公司，主要生產CNC沖床、折床、雷射切割及複合加工機、旋臂鑽床等產品，為全球前10大鈑金工具機品牌廠商。期待藉由經濟部智慧自動化推動辦公室協助，採用自家多機種彈性設備，有效串連起整線？廠自動化生產模式；進而快速累積沖、折、雷三種薄板加工技術，建置整廠整線智動化服務能力，也為有意回台投資的台商提供智動化最佳示範案例。

於廠內發表的「先進複合化多用途鈑金加工解決方案」架構，係由工研院負責系統整合、硬體設計，加入台勵福提供設備及硬體製造，最終進行系統驗證。從CNC折床、雷射切割機、工業機器人等單機智動化作業開始，到連結自動倉儲設備上下料，進行整線連結智動化生產，分別採用工研院開發的20kg荷重等級6軸工業機器人、視覺定位技術與機構，加上走行軸整合台勵福折床，進行鈑金件上下料及折彎製程；並由機械取拿手及其搭配之陣列式吸盤組與平整度感測器、厚度感測器，快速取放物料；通過平行移動平台，整合雷射切割複合機。

其機械取拿手之智慧吸盤陣列終端效應器，透過智慧化設計的吸盤陣列，可針對不同鈑件，使用對應組別吸盤；可程式化設計，為此終端效應器帶來更高的自由度；且因為採可拆卸式吸盤，提高其多功能使用性。在吸盤陣列穿插感測器，得以感測接觸面之平整度，確保吸取鈑件時，不會發生掉落等危險動作；並能感測吸取鈑件之厚度，不會同時吸取多件物料。

6軸工業機器人加入走行軸後，不僅可利用智慧視覺技術彌補在快速移動下，走行軸精度不佳的問題；還能透過此種設計，降低機械生產成本。「未來僅須搭配一視覺系統，就能擴大機器人工作範圍。」而不必為了達到更多運動空間，打造大型機種，相對降低成本；且因為在人員教導操作上更為簡單，也可望降低人力成本。

建議採取劃時代革新  敉平台灣機器人技術缺口

隨著相關硬體技術與系統整合能力漸趨完備，台灣智慧機器人產業應加速佈局手眼力機器人技術、產品和自動化系統整合之服務。IEK指出，現今台灣工業機器人產業仍有多處技術缺口亟須敉平，包括：設備與機器人整合服務上，控制器在通訊規格的支援度；關鍵零組件之諧波式減速機，仍有些許技術差距；多軸關節型機種面臨嚴酷的市場競爭，且未具量產的成本優勢；控制器精度、訊號迴授速度，影響同步控制極限；泛用型多軸多系統精密運動控制平台中的台製伺服馬達，無法支援國外控制器與高解析度編碼器；3D視覺定位模組及演算法，與手臂末端搭載的夾爪、治具、力量感測器等零組件搭配，將是影響機器人精度的關鍵。

有別於日本FANUC以「漸進式革新(incremental innovation)」為機器人發展主軸，長年來以NC技術的知識為基礎，逐步累積產品改良所生的革新發展；至今仍以機器人生產機器人的方式、CNC融合機能與視覺技術應用、撓性伺服夾爪開發、綠色人機協同作業機器人等技術，持續為產品附加新功能的漸進式革新，來拓展全球市占率。

IEK建議台灣廠商，在工業機器人應採取「劃時代革新」方式，朝特定需求方向推出新品或技術，凸顯產品獨特性，競爭力速度就會不斷提升。