工業4.0是近來廣受討論的議題，工業自動化領域的各大廠商也已陸續推出可真實應用在智慧工廠的各種解決方案。不過，在本屆自動化展上，許多廠商都透露，雖然技術已經不是實現工業4.0的最大障礙，但制造業者能否順利導入，關鍵恐怕還是主事者的決心。

　　2016年臺北國際工業自動化大展熱鬧登場，各大工業巨頭都利用這個機會展示其工業4.0軟硬體解決方案，五花八門的機器手臂更是展場的目光焦點。表面上來看，工業4.0從概念走向落實，似乎只差最后一哩路。然而，這最后一哩路牽涉到設備投資、投資報酬率計算、商業模式轉型等更復雜的議題，制造業者得非常小心翼翼地走下去。

　　西門子/博世大秀智慧工廠全套解決方案

　　引領工業4.0浪潮的兩大德國工業集團--博世力士樂(Bosch Rexroth)與西門子(Siemens)，在本屆工業自動化展中都展示其展示最新的工業4.0解決方案。其中，博世在現場展示了一條工業4.0概念型生產線，藉由RFID來引導待組裝的產品，在整條生產線上進行各種加工處理。博世力士樂工廠自動化協理陳俊隆表示，藉由RFID的引導，該生產線可以穿插生產不同產品，不用改線或換線，具備極佳的彈性。

　　除了彈性化之外，該生產線上每個工站上的設備都具備資料搜集能力，例如螺絲旋轉圈數、插件的插入角度等，并自動將其納入產品的生產履歷中，以確保制造商可以對產品的品質進行完整追蹤。此外，若生產線上有些工序需要人為介入，相關設備也具有非常智慧化的防呆功能。例如鎖螺絲這道工作，如果作業人員拿錯螺絲，工站上的電動螺絲起子就會停止動作，并告訴作業人員對應的錯誤訊息，以避免人員作業時把不正確的螺絲硬鎖在產品上，造成產品損壞。

　　陳俊隆透露，這次自動化展所展示的自動化組裝生產線只是簡單的概念展示，實際上，這種自動化組裝生產線可以非常龐大而復雜。若制造業者有興趣導入，博世會先從價值流分析著手，先幫制造業者分析產能的瓶頸所在，再根據業主的預算推薦適合的作法，以確保制造業者的投資都能用在刀口上。

　　西門子在這次工業自動化展中，則是把工業軟體、自動化設備、工業通訊、驅動技術及資訊安全與服務等核心概念分成各個專區進行展示，而數位工廠則是貫串其各大展示區的共同主軸。

　　也由于數位工廠的核心在于軟體，因此西門子的展場上雖然隨處可見各種工業化設備硬體，但實際上，西門子攤位上最有看頭的，其實是西門子在軟體系統領域的全方位實力。西門子的各種工業自動化解決方案，都可以與其數位企業軟體套件(Digital Enterprise Software Suite)結合應用。

　　該套件以協同合作平臺Teamcenter為主，可為用戶建構出虛擬的智慧工廠模型，未來還將逐步實現產品生命周期管理(PLM)、制造執行系統/制造操作管理(MES/MOM)及全方位整合自動化(TIA)的無縫整合，提供ㄧ致性的資料管理、符合全球的標準，與統一的硬體與軟體介面。

　　全新的TIA Portal 可提供完整的數位自動化功能的存取，藉由數位化工作流程、整合式的編輯平臺、透明的操作方式，確保在設計、銷售與設備的規劃架構的可靠度，縮短上市時間及提高生產力。

圖1

　　臺灣西門子數位工廠與制程工業暨驅動科技事業部總經理鄭智峰(圖1)表示，若純就技術角度來看，要實現工業4.0或數位工廠，已經沒有太大的障礙。但工業4.0是一個制造業的全面變革，導入之前的前期評估非常關鍵。制造業者必須對自己的需求跟商業模式的未來發展有清晰的概念，才能讓相關投資發揮預期的成效。

　　工業4.0帶來轉型壓力工業電腦改頭換面

　　工業4.0改變制造業，同時也改變了工業自動化廠商的產品設計理念。隨著各種致動/驅動設備、控制器與感測單元越來越智慧化，甚至可以在現場自動針對情況做出判斷，傳統上在工業控制系統中扮演大腦角色的工業電腦，除了必須在系統中尋找新的定位外，產品設計理念也開始出現轉變。例如工業電腦將變得更省電、更小巧，而且更容易掛載或與其他設備整合。

圖2

　　研華工業自動化事業群副總經理張仁杰(圖2)表示，在工業4.0浪潮的影響下，可以預見的是，未來生產線上的每一樣設備都會具備某種資料采集或是感應周遭環境的功能，并由此衍生出能自主判斷狀況、做出回應的各種智慧型工業設備。

    在分散式智慧架構的發展趨勢確立后，現有的工業電腦設備將因而面臨轉型壓力。舉例來說，以往為了對整個工業自動化系統發號施令，工業電腦必須具備很強的運算效能，因此必須在設備體積上做出妥協。然而，在各種工業設備變得更聰明，懂得如何應對各種狀況后，工業電腦如果還繼續追求運算效能，很可能會面臨英雄無用武之地的窘境。

　　有鑒于此，張仁杰認為，未來部分工業電腦將會面臨轉型壓力，必須要朝更輕薄短小、更省電的方向發展，而非一味追求高效能。有一種可能性是工業電腦將退居第二線，成為把資料轉傳到后臺IT系統的中介站，也可能是在不同設備、系統間扮演仲裁、協調的角色。

　　針對這類應用情境，工業電腦必須具備靈活、廣泛的I/O支援能力，可以串接各種系統，而且最好體積小巧，可以很輕松地掛載在各種設備上，或是多部電腦堆疊，以支援不同應用。舉例來說，研華月前發表一款新型單板電腦，只有手掌大小，但支援USB、乙太網與Wi-Fi等通訊介面，而且可以多臺堆疊起來，支援更多I/O，或是掛在顯示器后面，實現數位看板應用。

　　張仁杰認為，這種小型化的工業電腦，將會是工業電腦業界的破壞性創新。在工業自動化系統的終端裝置越來越智慧化的情況下，工業電腦必須要跟著適應系統的轉變。

　　導入主動感知技術機器手臂大舉智慧化

　　機器手臂是工業自動化的代表性產品之一，隨著自動化技術越來越受到市場關注，投入機器手臂研發的業者也跟著增加。值得注意的是，在主動感知技術日益普及，加上軟體工具有了長足進步的情況下，機器手臂的智慧化有了明顯進展，不管是大型手臂或協作型手臂，都變得越來越容易操作，感知周遭環境變化的能力也大幅改善。

圖3

　　工研院機械所智慧機器人技術組組長游鴻修(圖3)表示，工業生產對機器手臂的需求日增，如何讓機器手臂變得更安全、更容易操作使用，將是未來機器手臂技術的主要發展方向。在安全方面，隨著ISO發表ISO/TS 15066規范，對協作型機器人的安全要求做出明確規定，未來機器手臂搭載某種感知技術，以偵測周遭環境里的一舉一動，將是產品設計的潮流。

　　ISO/TS 15066對協作型機器人的設計及安裝訂出詳盡的要求與風險評估準則，其主要重點有四：一、人員觸碰機器手臂時，手臂要立即停止動作;二、機器手臂可由人直接引導來記錄其運作路徑;三、若有人員或其他物件進入機器手臂作業區，機器手臂應自動減速以策安全;四、機器手臂的力道與功率都必須在限制范圍以內。

　　工研院在2015年就已經與上銀合作，開發出臺灣第一部安全協作型機器手臂，并符合ISO/TS 15066規范。在這個基礎上，工研院在2016年進一步開發出可加裝在現有機器手臂上的觸覺皮膚與感測地墊模組，可以讓目前無法感測周邊人員活動的機器手臂也具備一定程度的感知能力，進而調整其運作速度，提升安全性。

　　游鴻修分析，有很多技術可以用來實現安全型協作機器人的規范要求，除了最基本的觸覺感測能力外，有些廠商是以雷射光測距或影像感測技術來實現安全警戒區功能，但工研院認為，讓機器手臂附近的地板具備壓力感測能力，可偵測人員或物件是否進入警戒區，是問題最少，也最直觀的解決辦法，而且其技術原理與觸覺皮膚是一樣的，系統相對單純。

    Universal Robot(UR)在本屆自動化展中，也展示了一系列協作型機器手臂應用，包含結合機器視覺的挑揀應用、曲面物件的表面拋光等。UR區域技術支援主管Andrew Pether表示，協作安全功能是UR機器手臂的標準功能，除了在遇到阻力時會完全停止運作外，還可以搭配其他感測技術，實現動態速度調整。其最典型的應用是，當有人靠近機器手臂的作業區域時，手臂會自動減速以策安全;當人員離開作業區時，機器手臂才會恢復正常速度。

　　博世雖然沒有在本屆自動化展中展示自家的機器手臂，但博世在協作機器人領域也沒有缺席。陳俊隆表示，相較于其他業者以手臂的角度來思考產品研發方向，博世是把機器手臂當作人類員工的隨身助理來看待，因此博世的APAS機器手臂除了具備觸覺皮膚、雷射接近感測等安全功能，使用者還可以推著APAS到處去做不同事情。使用者只要把手臂推到定位，透過簡單的對話視窗設定，就可以調整手臂的工作內容。手臂上也內建3D機器視覺功能，可以準確辨識其所接觸的物件型態。

　　事實上，機器手臂的行動化或許是機器手臂未來值得期待的方向。在本屆自動化展中，自動引導車輛(AGV)，即俗稱的搬運機器人，也是展場上相當吸睛的焦點。

　　目前AGV主要應用在倉儲物流，可以按照程式設定和預先規畫好的軌道進行檢貨、卸貨、上下料，但也有廠商將協作型手臂直接安裝在AGV上，以便讓AGV執行更多元化的任務。

　　視覺系統加持　機器手臂實現高精度組裝

　　機器手臂和機器視覺系統的整合，將可讓機器手臂更精準地完成任務。在本屆臺北國際自動化展中，康耐視(Cognex)與其系統整合夥伴全球儀器攜手展出結合視覺與手臂的自動化手機面板組裝系統。該系統不僅貼合精準度比人工作業更高，還可以即時監控機殼的公差變化，大幅提升手機組裝良率。

　　全球儀器業務部資深經理葉名洋表示，手機螢幕貼合作業以往都是由作業員執行，是相當勞力密集的工作。但人力作業不僅成本越來越高，而且組裝良率也不是很穩定，常有使用者抱怨手機面板與機殼的縫隙太大，甚至以此為由要求退貨，對手機廠商造成很大的損失。

　　為了提升組裝良率與降低成本，全球儀器和康耐視合作，為客戶開發出手機面板組裝自動化方案。該方案本質上是視覺引導機器人(Vision Guided Robotics, VGR)，可利用攝影機引導機器手臂來執行手機面板貼合任務。當機殼達到工位時，攝影機會捕捉機殼的邊緣輪廓，并反覆修正機器手臂與機殼的相對位置，直到面板與機殼的邊緣相對位置差異在0.05mm以下，便展開貼合工作。

　　值得一提的是，由于機器視覺系統本身具備極高的辨識精度，因此若機殼尺寸超過公差容許范圍，系統也能自動示警，避免把手機面板貼合到尺寸有問題的機殼上，提升成品良率。

　　葉名洋透露，這整套系統的邊緣差異補正能力可精細到0.02mm水準，但客戶要求只到0.05mm，因此應付客戶需求綽綽有余。目前全球儀器配合的機器視覺廠商 除了康耐視之外，還有基恩斯(Keyence);機器手臂的配合廠商則有ABB、DENSO。

　　商業模式/ROI精算　業者導入費思量

　　雖然從技術觀點，現在制造業者已經有各式各樣的技術選項來實現工業4.0，但許多工業自動化大廠都以自身經歷指出，工業4.0會對制造業的日常營運造成根本性的變革，而且相關投資將會是一筆大數字，因此絕大多數業者都必須經過一番深思熟慮，把未來的商業模式、投資報酬率(ROI)等問題都想清楚后，才會開始進行導入。也有系統整合業者認為，目前景氣狀況不明朗，使得制造業者在進行設備投資更新時，又多了一層顧忌。這表示，未來臺灣制造業的設備投資很可能會是以改裝為主流，未必會愿意砸大錢購置全新設備。

　　綜合各家業者觀點，臺灣制造業的工業4.0導入于否，其實已經不是技術問題，而是更復雜的財務與企業管理問題。因此，這段工業4.0導入的最后一哩路，可能會走得相當緩慢而小心翼翼，企業主事者到底有多大的決心跟氣魄來貫徹工業4.0轉型，將是決定誰能拔得先機的關鍵。