迎向新一代自動化 機器人將面對更多挑戰

工業機器人在產線的發展，必須與傳統自動化系統進行較為完整的整合與分工，尤其是運動控制。工研院

傳統來說，不論是高科技或一般產品，都能藉自動化技術大幅改善產品品質(Quality)，提升產品價格；在人與機械互動過程裡，越複雜的生產流程與需要越簡單的操作，皆須藉助直覺式設計。但這時問題來了，因為包括iPhone、iPad、NB個個都需要成千上百道工序，至今仍須仰賴一個個生產線的工人，把數百個零部件組裝起來，過去要想全部由機械人代勞，絕對是不可能的任務。

過去20年，日本企業在人工成本攀高後，也積極轉往自動化生產；但他們卻發現，在生產少量多樣的繁複產品時，良率非常低，也證實完全自動化生產並不可行。以鴻海為例，在CPU插槽、機殼拋光等單一關鍵零部件，確實可以仰賴機器手臂，精準度確實很高；但以鴻海現今主要的各個代工產品而言，都牽涉到複雜的組裝流程時，恐怕還是需要大陸民工的粗壯手臂。

存在廣泛需求  機器人有商機

德國機械設備製造商聯合會(VDMA)便在近年德國慕尼黑「自動化技術博覽會」期間指出，基於現今產品日益趨向微型化(Miniaturization)，需在輕薄短小的空間裡擁有強大功能；不論是高科技或消費性產品，都希望藉自動化技術提供100%零缺陷的產品品質(Quality)，提升產品價格；所以更強調應藉由彈性(Flexibility)生產系統因應動態市場需求，改變生產技術，以縮短產品上市時間。

美國也希望在此後金融危機時代，憑藉技術革新「振興製造業」，減輕人力成本的限制，徹底改變「美國製造」的命運，從而打敗「大陸製造」，成為「再工業化」戰略的主要方向之一，並協助美國製造業掌握國際競爭的優勢條件，確保美國「在地創新，在地製造」的優質能耐，最終為美國人帶來高薪資的就業機會。預估兩岸產業供應鏈將因此受到波及，尤其是與美國技術創新和3C出口市場有最直接關係的科技產業。至於大陸則在國務院常務會議通過「關於促進外貿穩定增長的若干意見」裡，提出妥善應對貿易摩擦、增加進口先進技術設備及關鍵零組件等8大項政策措施。

ABB也宣告人機混線是未來生產線的發展趨勢，強調安全是首要條件。所以利用視覺和觸覺功能，採雙臂動作，得以符合安規，取代人力，充分利用人機混線，進行細緻的工作。目前ABB等機器人大廠也針對安規要求，設計在運作中強化與人互動間的Safty功能，有別以往係先由PLC控制器搭配光柵設定一虛擬3D空間，定義等減速比例，當現場人員一旦接近機器人，一般上下料過程就會完全停止；但現在藉此可逐層減速至暫停，若人退出後重新啟動，也能避免因為上下料中斷，而必須重新啟動、歸零原點，影響生產效率。

人機互動 VS. 機機互動

相關業者普遍認為目前台灣產業用機器人市場需求，仍以IC產業為主，包括在平面顯示器、半導體產業的生產製程中，以無塵室設備應用為主，集中於玻璃基板/晶圓之製程間取放與搬運；太陽能產業使用機器手臂，以取放電池、單/多晶矽晶圓；在電子零件組裝業應用也備受重視，尤其在工資預期上漲壓力下，該領域的系統組裝機器人應用潛力大。

國內外研究機構看好電子電機產業用機器人的應用機會，係來自於以下產品需求特性與製造能力提升的挑戰：產品多樣少量所導致彈性生產需求、產品生命週期持續縮短、技術人力缺乏及工資上漲速度快、上市時間壓縮、更專業/精密與複雜的製造流程、品質更穩健可靠度更高之製程要求、綠能與環境規範的要求。

另外，近年來工業機器人的蓬勃發展，也使得運動控制技術產生了相當的質變，如何搭配工業機器人與運動控制系統，建立完整生產線的同步整合，也成為生產線上的新興課題。由於運動控制的目標，是要完成生產線流程製造產品，在中間的運動控制過程，其實並不是最最重要的，反而是如何能正確即時的達到要求，才是最重要的功能。

加上現在各種產品精細度要求愈來愈高，對製程要求也愈來愈嚴苛，而運動控制講究即時與精準，要達到最佳化，就得整合各種相關技術，這樣的整合被視為難度最高的控制技術。如何整備，或許是自動化廠商目前面臨的重要課題，而運動控制似乎已經不只是運動的控制，在製程控制中逐漸成為重要的發展面向。

幾乎所有自動化設備，都必須完善運動控制以執行所需運動，從工業設備到醫療儀器，幾乎所有的「作動」均跟運動控制有關，它容納各種不同負載與動態條件，處理機械系統傳來的資訊，和複雜的控制運算方程式來執行相關的行為。

21世紀前，集中式控制系統稱霸自動化設計世界，透過CPU由主機來管理馬達運動，不管是脈衝式或是通訊式，均透過指令的下達來影響馬達的動作，一個口令一個動作，達成生產線的終極目標；但之後隨著PC系統加上DSP與FPGA的發展，也讓運動控制進入了新階段。

近年來，隨著技術的不斷進步和完善，作為一個獨立的工業自動化控制類產品，運動控制系統已成為一項成熟的技術，在自動化產業中佔有相當重要的地位，而機器人的加入，也讓這整個自動化系統應用範圍更加擴張；尤其是近年整合包括生產決策、整合製造、友善人機、節能環保加工及全球化生產決策，「智慧製造」成為工廠自動化的重要趨勢，其中運動控制與機器人技術亦在其中扮演主要關鍵角色，也是未來先進「智造」的核心，如何建構智慧製造的精神，機器人的重要性絕對不可或缺。