迎向新一代自动化 机器人将面对更多挑战
- DIGITIMES企划
-
传统来说，不论是高科技或一般产品，都能藉自动化技术大幅改善产品品质(Quality)，提升产品价格；在人与机械互动过程里，越复杂的生产流程与需要越简单的操作，皆须藉助直觉式设计。但这时问题来了，因为包括iPhone、iPad、NB个个都需要成千上百道工序，至今仍须仰赖一个个生产线的工人，把数百个零部件组装起来，过去要想全部由机械人代劳，绝对是不可能的任务。
过去20年，日本企业在人工成本攀高后，也积极转往自动化生产；但他们却发现，在生产少量多样的繁复产品时，良率非常低，也证实完全自动化生产并不可行。以富士康为例，在CPU插槽、机壳抛光等单一关键零部件，确实可以仰赖机器手臂，精准度确实很高；但以富士康现今主要的各个代工产品而言，都牵涉到复杂的组装流程时，恐怕还是需要大陆民工的粗壮手臂。
存在广泛需求 机器人有商机
德国机械设备制造商联合会(VDMA)便在近年德国慕尼黑「自动化技术博览会」期间指出，基于现今产品日益趋向微型化(Miniaturization)，需在轻薄短小的空间里拥有强大功能；不论是高科技或消费性产品，都希望藉自动化技术提供100%零缺陷的产品品质(Quality)，提升产品价格；所以更强调应藉由弹性(Flexibility)生产系统因应动态市场需求，改变生产技术，以缩短产品上市时间。
美国也希望在此后金融危机时代，凭藉技术革新「振兴制造业」，减轻人力成本的限制，彻底改变「美国制造」的命运，从而打败「大陆制造」，成为「再工业化」战略的主要方向之一，并协助美国制造业掌握国际竞争的优势条件，确保美国「在地创新，在地制造」的优质能耐，最终为美国人带来高薪资的就业机会。预估两岸产业供应链将因此受到波及，尤其是与美国技术创新和3C出口市场有最直接关系的科技产业。至于大陆则在国务院常务会议通过「关于促进外贸稳定增长的若干意见」里，提出妥善应对贸易摩擦、增加进口先进技术设备及关键零组件等8大项政策措施。
ABB也宣告人机混线是未来生产线的发展趋势，强调安全是首要条件。所以利用视觉和触觉功能，采双臂动作，得以符合安规，取代人力，充分利用人机混线，进行细致的工作。目前ABB等机器人大厂也针对安规要求，设计在运作中强化与人互动间的Safty功能，有别以往系先由PLC控制器搭配光栅设定一虚拟3D空间，定义等减速比例，当现场人员一旦接近机器人，一般上下料过程就会完全停止；但现在借此可逐层减速至暂停，若人退出后重新启动，也能避免因为上下料中断，而必须重新启动、归零原点，影响生产效率。
人机互动 VS. 机机互动
相关业者普遍认为目前台湾产业用机器人市场需求，仍以IC产业为主，包括在平面显示器、半导体产业的生产制程中，以无尘室设备应用为主，集中于玻璃基板/晶圆之制程间取放与搬运；太阳能产业使用机器手臂，以取放电池、单/多晶硅片；在电子零件组装业应用也备受重视，尤其在工资预期上涨压力下，该领域的系统组装机器人应用潜力大。
国内外研究机构看好电子电机产业用机器人的应用机会，系来自于以下产品需求特性与制造能力提升的挑战：产品多样少量所导致弹性生产需求、产品生命周期持续缩短、技术人力缺乏及工资上涨速度快、上市时间压缩、更专业/精密与复杂的制造流程、品质更稳健可靠度更高之制程要求、绿能与环境规范的要求。
另外，近年来工业机器人的蓬勃发展，也使得运动控制技术产生了相当的质变，如何搭配工业机器人与运动控制系统，建立完整生产线的同步整合，也成为生产在线的新兴课题。由于运动控制的目标，是要完成生产线流程制造产品，在中间的运动控制过程，其实并不是最最重要的，反而是如何能正确实时的达到要求，才是最重要的功能。
加上现在各种产品精细度要求愈来愈高，对制程要求也愈来愈严苛，而运动控制讲究实时与精准，要达到最佳化，就得整合各种相关技术，这样的整合被视为难度最高的控制技术。如何整备，或许是自动化厂商目前面临的重要课题，而运动控制似乎已经不只是运动的控制，在制程控制中逐渐成为重要的发展面向。
几乎所有自动化设备，都必须完善运动控制以执行所需运动，从工业设备到医疗仪器，几乎所有的「作动」均跟运动控制有关，它容纳各种不同负载与动态条件，处理机械系统传来的信息，和复杂的控制运算方程序来执行相关的行为。
21世纪前，集中式控制系统称霸自动化设计世界，透过CPU由主机来管理马达运动，不管是脉冲式或是通讯式，均透过指令的下达来影响马达的动作，一个口令一个动作，达成生产线的终极目标；但之后随着PC系统加上DSP与FPGA的发展，也让运动控制进入了新阶段。
近年来，随着技术的不断进步和完善，作为一个独立的工业自动化控制类产品，运动控制系统已成为一项成熟的技术，在自动化产业中占有相当重要的地位，而机器人的加入，也让这整个自动化系统应用范围更加扩张；尤其是近年整合包括生产决策、整合制造、友善人机、节能环保加工及全球化生产决策，「智能制造」成为工厂自动化的重要趋势，其中运动控制与机器人技术亦在其中扮演主要关键角色，也是未来先进「智造」的核心，如何建构智能制造的精神，机器人的重要性绝对不可或缺。
