自动化到智动化 制造业机器人应用趋势

工业技术研究院机械所 副所长 陈来胜

利用机器取代人工，降低制造成本，本就是机器人应用于制造业的主因之一。如今，就连曾经因为人工成本低廉，号称「世界工厂」的国内大陆，也免不了面临需要大量引进机器人了。

工业技术研究院机械所副所长陈来胜指出，国内大陆近几年来的工资不断上涨，以上海2013年7月的薪资为例，作业员每月平均薪资为3,000元人民币，设备技术员为6,000元人民币，机器人技术员更高达12,000元人民币，薪资水准已经追上台湾，加上国内大陆十二五计划希望薪资每年要成长13%，国内大陆的用人成本势必会持续攀升。

事实上，不只是人事成本节节攀升，导致制造业需要作出变革。陈来胜指出，全球制造业从产品变动及产品需求的角度来看，早期是用流水线大量生产及大量制造来满足市场需求，1980年代以后，变成要满足个人需求，但又要做到低成本，也就是大量定制化，2000年以后，生产线要透过重整，不用重新设计生产流程、更换生产设备，就得满足生产需求，所以未来的制造业趋势，就是可调整的产能能力，才能因应不可预测的市场变动需求。

陈来胜认为，次时代产业自动化生产系统趋势，首先就是要有具自我调控、重组及能承受环境变动的设备，其次是要有整合适当的IT解决方案，以达成系统重组及自我诊断功能，最后则是可以在任何地方、由任何使用者、透过任何装置获得生产相关信息。换句话说，制造业必须要将智能导入于生产线重组、控制与监控及传感的作业中。

陈来胜指出，全人力制造可解决产品生命周期短之频繁换线问题，但制造可靠度与效能有限；自动化生产虽然可以做到关灯生产及24小时生产，但技术开发与建置成本高，难以因应少量多样制造趋势，因此光是自动化是不够的，而是要做到智能自动化(智动化)。

如果要进一步了解智动化的要素与流程，陈来胜认为，智动化其实就是整合科技化硬件与智能化软件技术，透过智能化流程(信号传感、数据处理、智能决策及作动控制)，所创造出的产品、设备、系统、生产线、整厂兼具硬实力与软实力的呈现。

事实上，智动化近年来已经成为许多国家的发展趋势，如欧盟2014年投入超过10亿欧元进行Advanced manufacturing and processing技术研发，目标是在2030年提高GDP 0.92%；德国于2012年3月提出「工业4.0」，建立引领未来制造业革命之「虚实合一制造系统」；英国则是在2010年投入6亿英镑推广Advanced Manufacturing，提振制造业GDP贡献。

美国在2013年也投入22亿美元进行Advanced Manufacture 研发，目标重新取得国际制造竞争力领先地位；日本目前也正在规划发展人机共存未来工厂；
国内大陆在十二五规划中，也积极发展高端装备制造，培养国际级工程机械企业，提升24省份经济成长率到10%；至于我国也已经订出智能自动化产业方针，希望能在2020年，让智动化普及率达到60%，人均产值倍增。

而在智动化的发展策略中，机器人将会扮演相当重要的角色。陈来胜指出，因应少量多样的生产特性，智动化产业需要快速换线，唯有靠机器人才能满足这方面的需求。

也正因为如此，陈来胜指出，制造业使用机器人数量，已经是评比国家自动化程度的重要衡量指标。以2011年制造业使用机器人密度(台/万名作业员)为例，全球平均55台/万人，其中韩国高居第一(347台/万人)，日本排名第二(339台/万人)、德国排名第三(261台/万人)，台湾则是排名第十(129台/万人)。

智动化趋势明显已带动机器人使用成长率，陈来胜指出，预期到2020年，全球机器人每年可望新增20万台。其中台湾2012至2015年预估成长率7.7% ，政府规划目标能在2016年将台湾的制造业使用机器人密度排名，从第十名提升到第五名。

而在应用领域方面，最大应用领域为制造业，约占83%，其中又以汽车制造业占最高，达36%。其他制造业(ICT、金属、化工、塑胶、食品/饮料、木工等)应用需求增加，产业机器人应用领域持续延伸扩大。

至于在区域市场方面，虽然美国和欧洲预计在2015年将会较2010年分别有53%与43%的成长，但持续扩大中的亚洲市场仍将成为产业机器人成长的主要动力，国内大陆又是亚洲最主要的成长来源，因为国内大陆的汽车、消费电子产品需求持续攀升，加上人力成本高涨，带动制造业者自动化需求上升，机器人销售也一路看涨，IFR估计大陆最迟于2014年将成为全球最大产业机器人装置国，也是未来亚洲最主要成长来源。至于台湾智能机器人产业的发展方面，陈来胜表示，台湾目前的机器人产业产值约为新台币700亿元，就业人口超过12,000人。

而在产业机器人技术与应用趋势方面，陈来胜认为，如何让不同的机器人或是多手臂协同作业技术应用，将是未来的趋势。视觉系统与手臂的整合应用，也日渐受到重视，在硬件设计方面的要求，包括导引定位、手眼协调等，有助于降低定位的精准要求，如利用CCD就可以考虑深度及距离，甚至可以判断重叠物体，利用立体视觉可以处理软板接头插件及电线焊接。

陈来胜表示，工研院未来将致力于发展次时代手眼力协调产业机器人，所衍生的技术包括3D视觉技术、顺应控制与关节模块技术、手眼力协调技术及智能教导技术等。

至于产业应用方面，工研院希望能在3C产品组装及金属制品制造方面，建立智动化弹性制造的相关应用，包括可重组式机器人生产单元、人机互动安全技术及智能调机及校正技术等。

工研院目前发展的智能机器人技术，如顺应六轴A-type机器人已可在25秒内完成直觉式顺应教导；窄型7轴A-Type机器人则可于有限制的空间内灵活运动，可深入六轴机器人无法进入的狭小空间。

工研院目前更已开发出可识别立体工件的机器人，可利用视觉导引机器人进行物件取放，已可应用于3C产品/金属制品取放(堆叠镍片、USB 、水五金)或是缺件/毛边/缺口的外观检测。

工研院目前也正致力于发展机器人力传感顺应教导与人机安全，包括以马达电流回馈，取代力传感器之适应性回授控制、软件补偿外部重力与磁力，以及适应性关节与触觉传感器，可减低碰撞伤害。

因应工厂自动化物料搬运系统，以及医院医疗庶务用品自动化搬运的产业需求，工研院也已研发出磁导引式无人搬运车(AGV)，工研院不但自制整机系统与关键零组件，其他如使用单芯片控制核心的驱动模块与控制器系统、利用磁传感电路设计与制作，让机器人可进行自主移动导航定位功能的磁传感导引模块，也都是自行开发。

为了带动业界智能机器人智动化系统应用，同时建立国内自主智能机器人新产业，工研院在机械所已经建立平板电脑的智动化组装示范产线，希望能让国内制造业对于导入机器人能更有信心，提升制造业未来的国际竞争力。