工業機器人加AIoT 智慧製造轉型的必備基礎

在智慧工廠內，機器人與員工之間並非對立或重工關係，而是相互協助的工作夥伴；例如由機器人扛起一些有傷人員眼力的重複性工作，降低人為失誤，提升良率及品質。來源：Manufacturer

無庸置疑，對製造業而言，近年來幾個比較重要的數位轉型命題，無非就是工業4.0、智慧製造或智慧工廠，它們皆是攸關製造業者未來生存與發展的關鍵趨勢，要迎合這些趨勢，免不了需要倚靠許多前置基礎來堆疊，其中一個不可或缺的前置基礎正是自動化生產系統，其中最重要的元素就是工業機器人。

英國經濟學家Paul Markillie就曾說過，以網際網路、新材料和新能源為基礎的「智慧製造」，將是下一波工業革命的核心，而主體就是工業機器人。由此可見，企業若想轉型工業4.0，機器人絕對是不可或缺的要素。

何謂工業機器人？根據美國機器人協會(RIA)的定義，此類機器人(機械手臂)可經由程式的重複改變，展現多重功能，進而執行移動工件、物料或工具的任務，甚或其他特殊裝置的工作。

大致來說，工業機器人分為單軸機器人、直角坐標機器人、水平多關節(SCARA)機器人、垂直多關節機器人，及並聯式(DELTA)機器人等五大類，各擅勝場。比方說 SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)，拜輕巧、快速、靈活性高等優勢所賜，得以在許多應用場域展現運用價值，尤其是需要快速執行分揀、裝配的製造業者，不論是晶圓廠、面板廠、PCB廠、3C組裝廠甚至是食品廠，對於SCARA機器人的需求度都很高。

此外例如DELTA機器人，則擁有構造簡單、移動路程短、速度快，以及精密度高等優點，每一台通常可扛下原本4？6人的工作量，足以幫助企業充分滿足降低人力成本、增進生產效能等需求；DELTA勝任的應用場景，除了電子工廠的檢料作業外，像是製藥、食品等帶有較高產品包裝需求的廠房，也相當倚重這類型機器人。

事實上，談及用途最廣泛的自動化機械裝置類型，要算是垂直多關節機器人，它的強項在於提供極高的自由度，幾乎能在電子業、汽車零組件業等等任何有軌跡角度的環境中執行任務，加上透過機械手臂的多關節連結，帶有允許三維運動的特性，故而能夠實現高階非線性運動。

機器人搭配感測技術  精準識別重要製程資訊

也許有人認為，儘管機器人可以把諸如上下料、膠合、包裝堆疊、噴塗、打磨等許多工作做得非常好，充其實不過是取代傳統的人力與工時，還是不太能理解機器人與工業4.0之間是否有更深層的連結。其實最簡單易懂的，即是拜感測技術的大幅精進所賜，以致機器人可在執行前述任務的過程，一併精準地識別過程當中的重要資訊，再將相關數據輸送到控制單元，以利後續的分析、調整，堪稱是促進製程最佳化的重要基礎，單憑這點，便不難看出機器人與工業4.0的關聯性。

正因如此，現在的工業機器人，不僅能將具有高度重複性、一致性的工作快快做好，另可透過網路、及感測技術，輕鬆實現遠端控制及設定，甚至還可進一步支援高度動態控制；在此前提下，不管製造廠的產品測試、組裝、加工等任何工序當中，只要有過去靠人工難以達成、甚或無法達成的工作項目，都可藉由工業機器人搭配感測技術來達成目標，大幅提升生產效率和良率。

屬於工業機器人四大家族其中之一的發那科(FANUC)，不僅懂得開發與販售機器人產品，其位在日本山梨縣的生產基地，某種程度算是因Robot Cell的輔助所造就的工業4.0示範廠；廠內的機器人日復一日24小時不停工，不需要預先被輸入任何程式，僅需由人員直接指導，立刻就能上線作業，接著在無人監控的狀態下連續運行一個月，且不會把工作做錯或做慢，相當不容易。

整合視覺、力覺  打造適應少量多樣的聰明手臂

深究工業4.0，其當初之所以應運而生，背後有一個相當大的實踐目標，就是「彈性生產」，所以需要透過工業4.0目標的實現，幫助企業建立「少量多樣」的客製化生產與銷售能力，可依不同客戶的喜好量身打造各種專屬商品或服務。

伴隨少量多樣趨勢成形，代表大多數工廠都有混線生產的需求，也就是必須經常更換生產線，一天換個3？5次並不為過，如果換線換模的速度太慢，意謂企業在一天內將承受好幾次產能損失，就算每一段損失都不大，但積少成多，對營運績效肯定有傷，因此如何達到「快速換線」，可謂重大課題。

持平而論，意欲實現快速換線換模，可能有許多因素都需要同時配合，不是靠機械手臂單方面有什麼功能上的精進，便可幫助企業立即打造快速出換線換模流程，但可以肯定的是，透過機械手臂結合一些感測技術所孕育的新應用方式，的確有助於縮短換線換模時間。

比方說，目前已有機械手臂整合了視覺感測器、影像辨識軟體的安裝與應用，一方面成功地減少了手臂與視覺通訊串接程式的開發時間，另一方面，也藉由移動式手臂機架搭配標準視覺模組化，達到了手臂快速換線目標，且經由視覺自動教點，連帶也減少工程師開發時間，讓實現自動化更加輕而易舉。

另一種例子，則不只運用到機械手臂、3D視覺，還借重了力覺感測器。藉由3D自動辨識，得以迅速識別產品的位置與方向，再利用力覺感測，達到與人類相近的力道控制，從而完成非常精密的組裝作業，輔以智慧系統在一旁快速學習工作物件、接收各種工作情境參數設定，讓機器人得以執行更廣泛多元的工作，更容易變換工作物件、也更容易搬移機器人本體，連帶幫助企業順利因應少量多樣的產線作業需求。

藉由這個應用情境，已經把機器人如何整合運用AIoT技術能量、發揮智慧製造運用價值，清楚地表露無遺。