软硬件整合 打造智能工业机器人(上)

DIGITIMES于日前举行「机器人与精密工具机技术论坛」，讲师从各个角度切入介绍工业机器人产业的不同环节，深入说明工业机器人及精密工具机开发的软硬件面向。

劳动力缺少已成为全球产业的共同隐忧，以机器人取代人工已是大势所趋，机器人及精密工具机的开发成为显学。MIC报告指出，全球工业机器人今年(2017)出货量预估达34万台，2018年达40万台，并在2021年达到将近63万台，估计2016至2021年的复合成长率为16.4%。

有监于工业机器人及精密工具机的市场前景可期，DIGITIMES特别于日前举行「机器人与精密工具机技术论坛」，会中邀请的讲师背景涵盖产学研界，分别来自精密机械研究发展中心、美商怀格(Vicor)、欧特克(AUTODESK)、美信国际(Maxim)、采威国际、台湾西克(SICK)及逢甲大学等。

讲师从各个角度切入介绍工业机器人产业的不同环节，深入说明工业机器人及精密工具机开发的软硬件面向。另外，多家业者于会场展示实际解决方案，透过面对面的交流，希冀能协助更多有兴趣的业者顺利进入机器人及精密机械的开发领域。

精机中心吴家进——工具机结合智能监测，维修更及时

精密机械研究发展中心智能应用技术部副理吴家进分析台湾智能制造发展趋势，他提醒工具机业者需注意附加价值的来源将产生变化，也就是从组装移至组件，以及由单机性能转移到周边系统整合、整线规划及制程服务，相关业者必须思考对策。

他并提到工具机结合智能监测功能的必要性。就现阶段而言，工具机出场后就与供应商失去联络，使用者直到机台故障，才会开始叫修，期间的停机待料将会造成产能的损失。因此，藉由工具机软件开发平台，协助工具机或零组件业者快速发展智能化软件，就能时时掌握机台动态，提供实时服务。

不过，工具机导入智能监测功能也有其困难和挑战。例如，为能达到间隙侦测与及时停机，需于不同频段高速识别、萃取特徵值，维持高解度并实时反馈至控制器，所以软件撰写和优化的难度颇高。此外，传感装置因需具备防尘、防水功能，且同时需具备安装便利、抗电磁干扰与降噪等特性，所以机构外壳设计的难度也较高。值得一提的是，智能监测不只用于维修，相关数据的累积及分析可进一步用于产品设计、生产链或行销策略调整，进而达到更佳的效益。

美商怀格Vicor——电源优化提升效率及散热特性

美商怀格电源科技Vicor台湾区应用工程师张仁程，说明工具机对于电源的特别需求及设计要点，其中，高功率密度电源模块解决方案为重点所在，其必须满足客户对于体积小、重量轻、功率密度高、散热容易及高转换效率等特性的需求。Vicor可提供从前端(Front end)到板端负载点(POL)的完整电源解决方案。

看好48V设计将取代12V，Vicor利用该公司的Factorized Power架构，顺利让48V设计可以摆脱传统的多相电流架构，在效率、密度、杂讯干扰、零件放置等各方面都能提供更佳的设计与效能。Factorized Power架构具有两个主要元件，分别是预稳压器模块(PRM)及电压转换模块(VTM)，前者利用高效能的零电压切换(ZVS)拓朴处理预电压调节功能；后者则是利用弦波振幅转换(SAC)拓朴，将前一阶段调节好的电压转换至处理器所需电压。简而言之，此架构就是利用稳压、转换两阶段的功能，使48V的转换能达到与传统12V多相电流等同的效率。

除了创新的拓扑架构外，Vicor在封装散热技术也迭有创新，可协助业者克服高密度功率系统的设计挑战。以ChiP产品为例，在PCB两面都有功率组件，可减少寄生导致的损耗，因此不仅可对整个封装均匀彻底地散热，而且还可利用顶部与底部表现进行散热。另一重要封装技术VIA(Vicor Integrated Adapter)，则能使许多应用无需用到风扇，进一步减少系统所需空间。

AUTODESK——导入3D设计工具加速开发流程 

AUTODESK大中华区制造业行业战略经理张俊则指出，3D设计、虚拟实境(VR)、人工智能和机器学习等工具和技术的导入，将能协助企业以最具成本效益的方式迈向智能制造。例如，Autodesk现已提供整合3D设计、分析、加工、工厂设计的制造业行业软件集，可以同时满足设计工程师、分析工程师、机械加工技师及产线规划工程师的需求。

Autodesk提供的3D产品设计软件，其中就包括3D产品设计、模拟、视觉化和协同合作等各项工具。值得一提的，在未来十年，除了VR的发展外，3D设计软件与AI和机器学习的结合，也是Autodesk的发展重点，以进一步提供企业用户更具创新的产品设计方式。

现阶段Autodesk已将人工智能运用于产品仿生结构及轻量化设计；机器学习也已运用于生产线及生产设备的自我学习等。张俊强调，Autodesk要做的就是透过3D设计、虚拟实境、人工智能及机器学习，协助客户以最具成本效率、最简单的方式开发符合智能制造需求的工业机器人及工具机等产品，一起迈向工业4.0时代。

Autodesk并在论坛现场举行工作坊，让参加学员能实际上机体验3D设计软件工具如何提高机械设计开发的效率。在实作课程中，学员人各一机，Autodesk人员详细指导Autodesk Inventor和Nastran In-CAD这两种软件的使用。Nastran In-CAD主要运用于模拟机构设计阶段，藉以快速找到产品设计的可能问题，继而使用Inventor进一步改善设计。

透过工作坊的实作教学，学员充分了解在产品设计阶段就能快速发现产品潜在风险，如此就能及早改善产品设计，这对于产品开发周期的缩短有极大助益，更能降低因设计出错所造成的无谓成本的浪费，这在分秒必争及锱铢必较的商场竞争中尤为重要。

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