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向工廠進擊！工業用機器人大舉降臨






作者： Kang



本文轉載自向工廠進擊！工業用機器人大舉降臨    from     股感知識庫 












自從1950年代美國誕生了第一個 工業 機器 人，它在全球拓展的速度便隨著科技發展與時代變遷越來越快，尤其日本為了因應隨著高齡化趨勢出現的勞動力短缺，在1970年代漸漸超越美歐、躍升成為全球密度最高的工業機器人使用國。近年來製造業技術革新的呼聲漸大，在「智慧製造」浪潮推進之下，企業對於自動化的需求持續攀升，工業機器人的角色因此益發重要。


工業機器人的組成

工業機器人的出現原本是用來降低生產過程中的勞動成本，多見於3Ｋ產業（骯髒、危險、枯燥）的應用，一開始只是構造簡單的運動部位，例如機械手臂，後來因應設備的多工需求，漸漸發展成功能齊全的機器人。主要會以下列部分組成：提供機器人動力來源的驅動裝置（Driver），例如馬達、減速器等；臂部、足部、輪子與關節等機動裝置（Mobility）；相機、雷射測距儀等感測裝置（Perception）；訊息處理與傳遞的控制裝置（Control）；包含了語音、人機介面等通訊裝置（Communication）以及電源（Power）。

工業機器人的核心技術發展主要有兩個：一為智慧感測，二為運動控制系統。智慧感測的應用，使得機器人不只是僵硬的機械，而能具備人的靈活度與應變能力，機器人因此能依據條件選擇完成任務的最佳路徑、並在複雜的變化中做出不同調整。未來若結合軟體發展，機器人也會越來越靈活、具備更加強大的功能。

另一個發展方向，則在於運動控制系統的改良與研發。在機器人運動學裡，考量的參數中除了速率、加速度與準確度等物理指標，還有一個重要的參數－「軸數」軸數代表了機器人在空間中運動的自由度，類似於人類的關節。平面運動如果有兩個運動方向就需要兩個軸、若同時具備x、y、z軸的運動方向就需要三個軸－軸數越多，代表其靈活度越高。運動控制系統便是運用了上述的運動原理，來模擬人類的上肢與下肢運動。在其中，模仿上肢的機器人以實施多維運動來輔助工業製程，常見為焊接用的機器人；模仿下肢的機器人則多用於物料的搬運與輸送。

而依據應用區塊的不同，機器人會有不同的運動方式，通常在生產線上工作的機器人，由於所需運動方式較為單純，不會有超過六個以上的軸。可分成下列幾種：

1.         單軸機器人－以滾珠螺桿及線性滑軌構成，由馬達驅動的移動平台，運動形式單純，是最先開始的發展機種，在自動化產業應用廣泛

2.         直角座標機器人－以三軸堆疊配合直線運動來操作，多用於搬運、取放

3.         SCARA機器人－以四軸（x、y、z三軸的平動自由度＋z軸的轉動自由度）的運動方式，適於裝配、搬動和取放物件，結構輕便、反應快，多用於電子、3C產業

4.         並聯式機器人（Delta）－多用於需高速取放、篩選取料的產業，如：食品業及電子檢料等

工業機器人的工作與應用產業

工業機器人目前最主要以搬運用的工作為主，在許多自動化生產線裡，需要機器人來進行上下料、物料的輸送與傳遞。另外，在汽車工業中被廣泛運用的則是焊接用的機器人，可以幫助車廠進行精密度、準確率較高的加工過程，目前在加工車間被引進的比例也越來越高。其他比如零部件的安裝、拆卸與修復等裝配用機器人、進行噴漆、點膠的噴塗機器人也是工業機器人常見的應用領域。另外，機器人也可見於零件鑄造、切割等機械加工，以機械手臂的形式搭配工具機來進行。

全球對於工業機器人的需求持續上升，在所有工業機器人的應用產業中，以汽車及其零組件加工行業居於各行業之首。無論在美國、歐洲或者亞洲地區，汽車工業在工業製程中運用機器人的比率均高達30％以上，主因是汽車工業是自動化程度非常高的領域，對於工業機器人的需求相對較高。隨著技術發展與自動化投資的趨勢，工業機器人的應用範圍也不斷擴大，除了在電子電氣工業、金屬製品業、橡膠及塑膠工業及食品工業都有它的蹤跡，近期工業機器人更將觸角延伸至航太、核能、醫藥、生化等高科技產業領域，並發展出與消費者日常生活更加貼近的服務用機器人。

人機協同的未來發展

工業機器人的演進從早期的多機器人工作單元、多機器人協作模式到了現在的人機協同合作，經歷了三個發展階段，已逐漸往輕量化、高荷重、超高速的方向發展。

在第一階段中，以「多機器人工作單元的模式」為主，多台機器人在流水線式的生產線上進行同步化的加工，機器人進行單一指令，而步驟與步驟之間的連結則需靠其他機械輔助。第二階段的「多機器人協作模式」則是多台機器人能夠進行協調式的連續生產，取代了夾治具，有效降低生產成本。但在這兩個模式中，因為機器人不具備感測人類的安全技術，僅能被劃分在特定區域中工作，必須與工作人員隔離。而在結合傳感技術、視覺技術與雲端計算的發展以後，就進入了「人機協同」的第三階段：機器人變得更輕、更靈活，也更具備智慧製造的條件，並跨越了在工廠中人與機器人之間涇渭分明的界線。

與人並肩工作的「協同型機器人」和從前最大的差異是能與人近距離的協同合作，只要機器人與人碰觸，就會自動停止作業。也因配載了更簡便的編程與指令方式，使得工作人員操作更為得心應手，只要經過快速學習，就能教導機器人操作不同的流程，不需要再培養懂得機器人語言、專門負責操作機器人的技術人才。人機協同的模式不僅能使機器與人類搭配合宜、截長補短，也比傳統機器人所需的成本更低，在邁向智慧自動化的進程中，無疑能夠成為工廠的一大助力。而緊接著，更進一步的感測功能不斷精進，若再搭配機器自我學習能力、觸覺、力回饋等技術改良，將會強化機器人的辨識能力與作業效率，未來的應用領域將會更為廣泛。


 

【發現台灣製造業新價值】工業 4.0 改革潮，是台灣再次運用製造業優勢接軌世界的機會





作者：研華科技



本文轉載並摘選自【發現台灣製造業新價值】工業 4.0 改革潮，是台灣再次運用製造業優勢接軌世界的機會    from   TechOrange 科技報橘







面對數位化、生產線需求的改變，站在最前線的台灣製造業者都感受到這股迎面而及的浪頭了。產品的生產開始往少量化、客製化邁進，要做到彈性生產，依靠的是智慧化軟體升級，工業 4.0 浪潮因此開啟。當製造業龍頭都開始關注工業 4.0 的技術發展，製造型企業若不開始思考數位化轉型，就等於在慢性自殺。


驅動這整條自動化生產線的製造業升級概念，就是工業 4.0。整合過去 20 年資訊數據分析的軟體科技演化成就，工業 4.0 轉型的核心價值並不在技術端，而是思維上的根本轉換。工業 4.0 背後的精神，是分散式決策，各組織或單位依據足夠的資訊來合作。因此，部門之間、員工與機器的互動模式也將因此改變，對於整個企業的組織結構帶來極大的變動。

講了這麼多，到底怎麼定義工業 4.0 ？

根據維基百科的基本定義，工業 4.0 又被稱為第四次工業革命，是現在工業製造科技中自動化與數據使用的趨勢，其包含了網宇實體系統（cyber-physical systems）、物聯網（Internet of Things）與雲端計算。

工業 4.0 創造了所謂的「智慧工廠」，將所有工業相關的技術、銷售與產品體驗統合起來，透過智慧整合感控系統，建立一個有感知意識的新型智能工業世界，並做出去中央化的決策。使用物聯網技術，聯網實體系統（即為各種偵測、感應裝置）之間可以互相傳遞訊息，也能與人及時溝通、合作，物聯網同時也讓價值鏈（Value Chain）中的相關人獲得內部與跨組織的服務。

未來台灣的工廠，都要變成智慧工廠：機器自動自發做事情，人員只負責重要決策 

台灣在全球製造業產業鏈中，憑藉著 OEM（代工製造） 與 ODM （代工設計製造）的多年累積，具有不可代換的實力基礎。也因此，面對工業 4.0 的浪潮，不論規模都必須了解智慧化工廠轉型的實質意涵。建造一個智慧工廠，人與機器高度協作的工廠、自動化的工廠、充滿數據資料的工廠，必然會是台灣硬體產業必走的轉型之路。

在完美的工業 4.0 烏托邦世界裡，透過物聯網的控制，智慧工廠能自行管理生產鏈、物流與程序，互相整合的系統在機器、資產、程序與物品之間建立起互動的橋樑，智慧型機器與裝置可以利用校正程序避免意料之外的失誤。

停機時間成為過去，浪費與瑕疵被減少，每個機器、部件都完美無缺地互相配合。工廠中的所有手持裝置，皆能隨時報告所有大型裝置的狀態，每個人都能取得即時且可應對的資訊。穿戴性裝置將追蹤員工定位資料以防意外發生。一個全球性的科技團隊將分析即時大數據，確保特定部件的採購與補足。除此之外，智慧工廠能達到的，將會是整個人類生活的型態轉變，這是資訊科技帶動的工業革命歷史中，全新的里程階段。

過去的工業革命受蒸氣推動，現在的工業革命全靠網路 

「物」是什麼？是一組感控設備系統，置入於各種裝置和電腦中，從內部連結這些機器。不過要建立一個智慧工廠，單純擁有物聯網技術與設備是不夠的。

想要從傳統工廠進步到智慧工廠，其實有四大步驟：

智慧工廠第一步：讓設備和機器開始「說話」

根據 Factora 的 COO Andrew Waycott 所言，智慧製造將產業的重點從「設備在做什麼」，轉移到「設備在表達什麼」。他指的當然不是工廠中的機器會講話，而是這些機器會提供各式各樣的數據，提供管理者與員工做出大大小小的決策。

從你的機器上搜集到可使用的數據後：

1) 分析數據，用之定義部件缺損、監控材料品質與存貨目錄，追蹤效能問題，並推動省時並帶來獲利的機會。

2）將觀察變成行動。

3）大數據與雲端計算等技術能提供管理工廠方面的深入分析。當然，你需要一些進階工具來儲存與處理這些數據。彈性化、大型化且划算的雲端儲存空間可以用來獲取這些資料。

4）接著，精密的軟體將被用於分析結果，讓決策者將數據轉換成改革性的計畫。

智慧工廠第二步：布建感測裝置，連上數據分析的世界

若你擁有的是一個具備老舊機械的傳統工廠呢？著手改造它吧。在過去幾十年間，只有製造工業大佬有能力與心力去購買、連結感控裝置並分析結果。現在，感控科技的價格已經降到一個程度，任何大小的執行計畫皆能更新、升級、改造，為數位自動化做準備。

成為智慧工廠的過程並非一蹴可幾；換句話說，工業4.0製造產線智慧化的佈建不再只是大型工廠的事，中、小型企業工廠更要加快腳步適應新局。

智慧工廠第三步：迎向前所未見的創新商機

許多國際大廠如 Bosch、Cisco 等已經投入物聯網智慧工廠策略的品牌都正在從中獲得各種好處，如增加競爭力、效率、產能等。要最大化智慧工廠的成功和效果，就要認知到這些實質與虛質的益處。

增加針對生產線的觀察，協助在問題發生前著手解決：品管被改進，設備可被追蹤，維護、修復與其他計畫可被最有效地使用。

智慧供給鏈管理：RFID標籤等感應裝置讓管理者追蹤並監控物流及程序自動化。

降低總體擁有成本：更低、對環境更友善的間接成本。

智能電網的安裝以及科技進步改進能量消耗、物聯網HVAC與負載均衡。這也代表更少的實地服務需求，優化遠端監控與診斷，以及更積極的設備維護與修理。

增加收入：綜合以上，智慧工廠優化帶來更好的成果、新的商業機會，節省成本並提高利潤。

工業4.0將如何改變現在的商業模式：從區塊鏈技術思考

除了工業4.0、智慧工廠之外，做為一個提供資訊透明化與確保資訊安全的分類系統，區塊鏈的開發也能大幅改善生產線。區塊鏈最直觀的運用範例是，將產品資訊登錄於區塊鏈的分類裡，作為能辨識的交易項目，再加入如價錢、日期、地點、品質、產品狀態等任何與生產線管理有關的資料。

區塊鏈絕對有潛力能改變並破壞我們現有的生產、行銷、購買與使用產品的方式。它所帶來的生產線透明化、可追蹤性與安全度，加入工業4.0的技術後，絕對能將我們的經濟變得更安全、可靠，並且杜絕一切可疑的商業運作手法。

工業 4.0 改革潮，是台灣再次運用製造業優勢接軌世界的機會

當全世界的製造產業越往智慧化發展，製造業就越要將合作伸向全球，並充分擴張企業願景、技術、試點項目、測試平台與建設。在2015年秋天，德國「工業4.0平台（Platform Industrie 4.0）」的代表與工業物聯網聯盟（Industrial Internet Consortium，IIC）在瑞士蘇黎世會面，探討他們兩者資訊架構之間潛在的整合可能性，其中工業4.0平台擁有Reference Architecture Model（RAMI 4.0），而工業物聯網聯盟則是Industrial Internet Reference Architecture（IIRA）。

德國的工業4.0平台由政府、企業與貿易同盟人員組成，意旨推動製造業的計算機化與支持其在德國的實施，是德國能維持生產大國地位的主要推手之一。工業4.0於近期被擴張到投入於系統安全、工作與教育訓練，以及法律糾紛的領域。

工業 4.0 平台與工業物聯網聯盟之間的會面十分成功，兩者所擁有的模型系統自然而然地互補彼此的不足，也與彼此產生許多直接的連結，更讓人看到清楚的未來計畫方向。除此之外，這兩個團體也討論了測試相關的設備與平台、標準化作業，以及工業網路（Industrial Internet）的架構與商業成果。

工業 4.0 改革潮，對掙扎於產業升級瓶頸的台灣來是，是再次運用製造業優勢接軌世界的機會。

台灣以海島國家的小市場之姿征戰全球，台商製造業者之所以能夠在全球搶得競爭優勢，過去憑藉的是優異的製造技術與製程能力。以鴻海為例，從台灣起步，成為全球巨型製造業龍頭，上與頂級品牌商如蘋果電腦連接，下與千萬中小企業連接。因此，當自動化工廠從傳統的自動操作往聯網機器人升級時，鴻海也是全球少數大量採用自動化聯網智慧機器人工廠的製造業先行者，鴻海也因此會是工業 4.0 的定義者之一。

因為深厚的製造業供應鏈經驗，台灣是世界上生產工業電腦密度最高的產製中心，工業電腦正是工業 4.0 智慧化工廠演化過程中的種子技術之一，多重因素，讓台灣成為工業 4.0 演化過程中的優勢競爭者。在這個優勢下，台灣更需要掌握時機，順著工業 4.0 的世界浪潮頂端前進，及早參與，再一次接軌世界。

機器人、3D 列印、智慧自動，在工業 4.0 系列展一窺「未來工廠」新樣貌(摘選自：INSIDE)





作者： 關鍵評論網媒體集團《業務團隊》-廣邊企劃


本文轉載並摘選自機器人、3D 列印、智慧自動，在工業 4.0 系列展一窺「未來工廠」新樣貌    from     INSIDE











工業 4.0 結合自動化機器人、AI、物聯網、雲端運算、銷售及生產大數據分析等領域，透過人機協作的方式，降低生產成本以提高效率及產值，是重要的工業革命進程，也是產業轉型升級的關鍵。隨著科技的進步、高速網路的誕生，促進物聯網、智慧製造、數位轉型等觀念普及，工業 4.0 已逐步形成一個完整的智慧產業鏈，台灣也正努力邁向工業 4.0。雖然已有不少廠商、企業做出嘗試，也有許多傳統業者對於轉型升級躍躍欲試，然而台灣目前仍舊未進入工業 4.0 時代，甚至部分在全球市場佔有一席之地的 ICT 產業，依然停留在工業 2.0 階段。



台灣名列世界前十大自動化程度最高的國家，卻稱不上工業 4.0，主要原因在中小企業比重高達 9 成以上，其投資設備升級的預算上往往不如大廠來得豐沛，加上工廠轉型不一定能立即見效，讓不少業者難以跨出第一步。此外，即使預算足夠，但公司本身缺乏相關能力，如設備過時、自動化能力不足、沒有具體製造策略、欠缺數位化平台等，都是產業無法成功升級的原因。

工業 4.0 以最少的人力，完成最大的工作價值

 不少成功落實工業 4.0 的大廠呼籲，受國際局勢干擾導致市場景氣低迷，整體經濟規模疲弱之外，人工也愈來愈難招募且工資逐漸調漲，要同時兼顧產能和節省成本，升級設備走上智慧製造已勢在必行。


從產地到消費者手中的最後一哩路——冷鏈與物流系統




電商的興起刺激物流產業升級，而全球食品安全及生技醫療的品質意識抬頭，讓「冷鏈物流業」更備受重視。

另外，物流管理是一套專業系統化的供應鏈，涵蓋範圍包括倉儲、配送、通路與銷售等，如何從供應鏈數位化到物流全場景智慧化的升級路徑，實現點、線、面各節點相結合的物流智聯網，提供更低成本且更高效率的升級解決方案，是一個值得探討的問題。(詳細解決方案請見原文：機器人、3D 列印、智慧自動，在工業 4.0 系列展一窺「未來工廠」新樣貌)

未來工廠造就未來商品，工業 4.0 時代來臨中

3D 列印在製造業掀起第四次工業革命後，帶起另一波應用風潮，包括生物醫療 3D 列印技術、創新線材發表，及全球十大自造者推薦機台等。其中，3D 列印應用在醫療領域已於全球颳起旋風，不僅被視為智慧輔具的基礎技術，更可以列印出人體組織，加速醫療產業在動物或人體試驗上的改革。



談到科技不該取代人類，該如何創造人機共存「1＋1＞2」的雙贏？提到生產自動化最先聯想到的設備就是機器人或機械手臂，最常被用於取代重複性、危險性較高的工作，但環境跟技術不斷改變，生產流程及產品需求也會不同，工廠裡的機器人不能再像過去十幾年下來都在生產同一款產品、做著一樣的事情。因此，所謂的人機協作、柔性製造就非常重要。 

工業 4.0 浪潮席捲全球，從系列展看台灣「智造」趨勢





作者： 關鍵評論網媒體集團《業務團隊》-廣邊企劃


本文轉載並摘選自工業 4.0 浪潮席捲全球，從系列展看台灣「智造」趨勢    from     INSIDE











疫情改變生活型態，也改變了各行各業工作模式，尤以仰賴人力為主的製造業更是首當其衝。過去只要顧好產品質量，就不愁沒通路，但現今需求邁向個人化、客製化，若生產條件無法靈活應變，順應第四次工業革命，便很難在嚴峻考驗中持續突圍。


近年機器人、智慧製造等技術日趨成熟，成本不斷降低，加上少子化、高齡化以致缺乏人口紅利的情況下，人機協作已經是勢不可擋的趨勢，自動化製造的下一個領域，許多世界大廠早已搶灘於前。

而當人類的智慧結合機器人的精度與準度，「人機協作」可望帶動生產效率與彈性的提升。

工業4.0：「智慧製造」成不可或缺的商業思維

「智慧製造」也是第四波工業革命的變革核心，運用先進製造技術、大數據、雲端計算、人工智慧與物聯網等新一代的資訊技術，徹底顛覆過往製造思維。除了重新整合產品生命週期各個環節，從市場、研發、生產到最後端的銷售服務，也更著重在客戶對產品使用後的反饋，將傳統生產方式轉為高度客製化的商業模式，快速且少量多項產製商品，以因應不斷變化的市場。這是過去「以量取勝」的製造業思維，難以想像的創新作法。