落實工業4.0，圍觀協作機器人的安全性大躍進
http://www.moduwu.com 2015-11-09 17:24 來源：新電子
2006年，世界正處于智慧型手機革命開端。當時人們只能想像此市場的發展情況。現在，許多人展望的未來，將會是個急需經濟實惠且小型化行動電子產品的世界。
十八世紀至今，每一場技術革新都帶來生產力的大躍進。第四次工業變革親臨你我的生活現場，在列強簇擁下的國家制造升級政策，沒有停歇的空間。
這場由物聯網技術引發的虛實世界模糊化趨勢，將改變制造體系并產生新商業模式。
自2011年德國首先提出“工業4.0”的概念后，各國競相推出制造業升級的政策計畫，比方像是美國的“先進制造”、日本的“工業4.1J”、韓國的“制造業創新3.0”以及臺灣近期發布的“生產力4.0”等。
除此之外，中國也在今年5月頒布了“中國制造2025”，加上去年10月中國國務院總理李克強與德國總理梅克爾共同發表了《中德合作行動綱要：共塑創新》，首次將工業4.0納入雙邊合作的課題，令紅色供應鏈的后續發展充滿無限想像，也讓人思考對臺灣可能造成的沖擊與影響。
制造業升級有其階段性進程與門檻，從工業1.0逐漸邁向4.0。根據德國顧問公司Roland Berger表示，演化進程從工廠自動化開始，接著工廠數位化，工廠資訊科技(IT)與操作技術(OT)整合，進而擴大到供應鏈體系的互聯，最后達到人、物體與服務系統的互聯共享。
美、德兩國顯然正在3.0到4.0的路上較勁中，而中國則懷具雄心地同步發展各項技術，希望直接從2.0躍進4.0之列。臺灣在這場列強爭奪賽中，仍然有其角色，并提出生產力4.0。知己知彼，明確定位，在這場突破虛實界限的智慧制造競爭中，好好地上演一出以小博大的反攻。
近十年前已有機器人制造商譬如ABB開始重新審視其在工業機器人與自動化方面的努力，尤其著重于以靈活敏捷的系統取代復雜繁復的制程。
隨著時間的推移，這些進展統稱為綜合產業，或是所謂的第四次工業革命。資訊物理系統、生產場景和真正的人機協作，是成功管理由于這場革命而不斷成長的人、事物及服務生態系的關鍵。另外，此種新形態協作必須提供平衡解決方案，以永續、高效且可獲利的方式利用此生態系最大優勢。
以人為本提供主動式設備維護服務
市場調查數據指出，在萬物互聯概念驅動下，至2020年全球聯網裝置數量預計將會超過三百億個，并創造高達14.4兆美元的商機(圖1)。但不論串連的設備有多少，只關注在硬體的連結數是不夠的，因為所有串連起來的“物”其實是要回饋給“人”進行相關決策，進而提供所需或必要的“服務”，因此唯有將三者同時納入規畫的“Internet of Things、Services、People”才是完整演繹物聯網之應用。
圖12020年全球聯網裝置數量預計將超過三百億個，并創造高達14.4兆美元的商機。
“技術”并不是唯一，“人”才是須關注的重點；以ABB積極讓機器人成為聯網設備為例，隨著網際網路與無線網路的普及，設備供應商所提供的技術支援與售后服務也產生了巨大的變革，新服務已從過去有問題才被動反應、派員處理之作業模式轉變成主動式服務。
因此產品提供聯網與遠端存取將是必然的趨勢，而透過可確保資訊安全之應用平臺收集所有資料的監控服務，則能為客戶提供更多的產品附加價值。
譬如ABB目前安裝于各國的機器人中，已經有五千臺是聯網設備，而該公司設在印度的全年無休之后勤工程團隊則能針對這些連線的機器人進行相關運作狀況之監測。
藉由此種遠端服務(Remote Service)且持續的監控來提供客戶主動式與預防性之設備維護，不僅能早期發現機械異常避免生產線意外停機，就算臨時出現任何突發狀況，也能在極短的時間內進行診斷并迅速排除故障，而各種資料收集后所形成的大數據將累積成資料庫，做為日后改善與管理之用。
聯網機器人是ABB因應物聯網趨勢從使用者與客戶的角度出發所提供的服務，該公司并訂下聯網機器人要在五年內翻倍成長的目標，從而實踐以人為本的服務理念(圖2)。
圖2聯網機器人加速工業智動化發展腳步。
與時俱進迎接新經濟世代考驗
隨著網路資訊發達、產品生命周期縮短、少量多樣及客制化等成為消費主流，各國政府為取得主導地位而紛紛推出了工業4.0、先進制造、產業重振等制造業升級計畫。
臺灣除了面臨開發中國家分食量產市場、歐美工業大國搶占客制化市場的雙重夾擊之外，根據國家發展委員會發布的人口推計報告，臺灣勞動人口每年平均以十八萬人速度遞減，總勞動人口的問題更讓本土制造業者面臨著迥異于以往的競爭壓力。
為此，經濟部工業局副局長呂正華表示，政府在過去輔導產業自動化的基礎上，提出“生產力4.0”之計畫(圖3)，做為未來十年推動臺灣制造業升級的主要發展方向，期能在善用物聯網、大數據、智慧機器人、智動化設備等技術，并運用資金融通、研發補助和投資抵減等政策工具，先期以中堅企業建置示范工廠來帶動包括電子、金屬、機械、食品、紡織、農業和零售等產業升級，同時推動臺灣制造業朝創新、高值化與關鍵技術等領域發展。
圖3生產力4.0推動作法示意圖
人機協作改變機器人/自動化的未來
如今，市場的轉變已超乎機器人制造商最大膽的預期，遠比其所想像的還要復雜，且需要不可思議的龐大人工組裝需求。由橫跨幾千條裝配線數以百萬計的勞工，構建出這個世界越來越依賴的電子產品。這些產品類型呈爆炸性成長，且生命周期極為短暫，再加上勞工對更多報酬的工作、更高的薪水及更佳生活品質的需求提升，表示目前的系統最終既無法擴展亦無法永續。
回顧2006年，在機器人制造商開始研發解決這些問題的小零件組裝解決方案概念時，并不知道需求將會變得這么龐大。機器人制造商了解這些手工組裝線將必須加以自動化，而此轉變可能需要數十年時間，且必須在不中斷復雜、龐大且根深蒂固的現有小零件裝配基礎架構的情況下發生；正因如此，無論機器人制造商開發出哪些解決方案，本質上都必須是機器人，并能在人類身旁安全作業。
近來機器人制造商譬如ABB將此概念稱為人類與機器人協作，但當時ABB單純只想創造固有安全的解決方案。
而此市場需要靈活度，才能處理生命周期僅幾個月且仍持續縮短的不斷變化產品。 解決方案必須方便攜帶且易于安裝于生產線上，并能符合現有生產線上的規畫，此外還必須采用相當直覺性使用的創新程式設計方法，毋須特殊訓練任何人都能上手。然而，最重要的是必須足夠安全與作業員并肩作業，無需安全圍籬且無威脅感。
YuMi增進自動化戰力
藉由引進全球第一部真正協作式雙臂工業機器人--YuMi(圖4)，ABB工業機器人再次擴展機器人自動化未來的樣貌，且將從根本上改變可采用機器人自動化的工業制程類型。
圖4協作型機器人有助提升工廠作業安全性。
就字面的意義而言，YuMi在英文中代表“You & Me”，意指你和我共同創造自動化的未來。據了解，這項突破性的解決方案是經過多年研究與開發的成果，預示能像人類一樣并肩合作，藉以完成同一個任務的全新時代，同時仍可確保周圍人員安全。
小零件組裝領域正在經歷日新月異的變革。尤其是在電子產業，高速成長的需求已遠遠超過熟練勞動力工作的生產數量。隨著傳統裝配工藝越來越無法滿足現代生產的需求，制造商無論從策略角度還是經濟性考慮，都必須進行投資和尋找新的解決方案。
盡管YuMi的設計是為滿足消費電子產品產業對彈性生產和靈活制造的需求，但它同樣可應用于任何小零件組裝環境中(圖5)；這得益于其雙臂設計、多功能智慧雙手、通用零件進料系統、基于機器視覺的零件定位、引導式程式設計，以及一流的精密運動控制。
圖5 ABB新款協作型機器人具有十四軸設計，可靈活執行生產線上的組裝作業。
乍看之下將手工裝配線上的制程自動化似乎相當簡單，但實際上要復制人類能力并不容易。
協作型機器人須要擁有能靈巧精確處理細膩事物的觸感和馬達控制，并能判斷在特定組件上用力多少才不會過猛，并能看到物件在哪里，十分容易將它撿起，并能毫不遲疑處理種類極為繁雜的零件；此外，協作型機器人還擁有空間感，因此能與作業員共同完成工作。
采用YuMi所須要面臨的挑戰，在于決定如何以基本符合成本效益的方式，重現至少像人類一樣安全所必要最低限度的感官和能力。
復制所有這些人類特質，但仍能提供自動化實質好處。透過遠多于機器人所需，且基于各種用途所構建的設計，已創造固有安全的組件系統，提供小零件裝配未來所需的精度、容易使用、速度、靈活性及投資回報。
這款智慧型產品，從規畫之初就以與人共同合作為主要設計概念，因此產品經過ANSI/UL 1740安全認證，以及符合ISO-13849人機協同之安全標準，所以不再像傳統機器人必須留下空間設圍籬或光柵護欄才能確保機器人與現場工作人員的安全。
此外，雙臂總共十四軸手臂的YuMi不但能平順地多工運作，而且不會出現兩手打架的情況，還有將控制器整合在手臂內部的設計也免除了原本需要控制箱的需求，而透過平板電腦的教學控制，并拉著此款機器人的手動作，即可讓機器人快速學會所須執行的操作。
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