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工業4.0時代的來臨─智慧型工業機器人於自動化產業之應用論壇
達明機器人營運長黃識忠博士:智慧型協作機器人─於工業4.0時代所帶來的新自動化應用及改變


工業4.0跟協作型機器人的關聯到底是什麼?工業4.0可以分成兩個部分,一直以來在做的都是實體的部分,也就是產品生產,模組進來之後輸出。虛擬的部分則是用資料流將整體串聯,把使用端蒐集的資料送到RP端做比對,接著設計,並要能快速生產,使得整個流程更好。

其實工業4.0的目的只有三個:品質提升、產品到市場的效率提升、彈性,這三個目的也是企業追求的競爭力,企業沒有競爭力就無法生存,無法生存就被淘汰,所以重點就是要怎麼樣去加快這個cycle?

 

協作型機器人帶給工業4.0的改變

再來講到工業4.0的發展,難道工業4.0是全場自動化、無人工廠嗎?要達到產值才是重點,無人工廠不見得是重點,因為無人工廠不見得有彈性,而且產品不同有很大的影響。所以重點在「分工」,機器人擅長資料蒐集、精度,相對地人擅長決策判斷、靈巧動作,這就牽涉到「協作」。

我舉一個3C產業中外接式硬碟組裝的例子,這是我們工廠真實的案例:從硬碟進來後整個組裝的過程,從question test開始,再做assembling,然後file test、包裝還有AOI檢測,中間有非常多的掃barcode機。問題就在這個地方:安排產線的時候每一個站都要配一個barcode機蒐集資料,再做組裝。

以台灣代工Apple來講,其中一個很大的困擾就是Apple在設計過程中不可能將產品的ID讓外面的人知道,但一找到代工廠就要馬上生產出來,時間非常短,這麼短的時間內做出自動化設備難度是很高的。接著面臨的問題是多樣少量,Apple量還算大的,像我們接觸到做碳粉匣的廠商就說,現在的量不是很大,可是型態很多。

問題就在要怎麼樣去抓工業4.0裡的彈性?如果這站要改機器要怎麼投資?而且西方國家找台灣代工,絕對不只找一個代工廠,這陣子跟你比較好給60%的量,但下一次可能不是,如果貿然投資了一個專用設備你的分攤比馬上就出問題了。本來想說這個設備一年半年可以攤幾%,可是對方可能只合作半年就換一家代工,所以要怎麼做到彈性?就是要分工,機械手臂專長就留給機械手臂做,人專長的部分就留給人做。

 

人機合作 保留彈性

另外,談到人機合作,剛剛提到如果某一站要改變,不管是元件、製程,你可以暫時把機器拿走,換人上來,等技術成熟了再把機械手臂推上來。其中「安全」是關鍵的部分,因為生產線的配置裡人跟機械手臂的位置都蠻接近的。

綜合這些東西,怎麼樣做到有彈性又能跟人互動非常重要。我先播一部影片,這是真實產線的狀況,可以看到共有八台測試機,這些PCPA通過頻段測試後會擺上流水線中的tray(托盤),有問題的則擺到旁邊,如果要retry就換一個測試機再測。這些tray是軟的,還會移動,容易造成很大的誤差,機器手臂得夠精準才能擺進測試機,大概需要0.2mm的精度,要怎麼做到?必須透過camera抓到影像,看到物品去做位置補償。而且因為手臂配有camera,做位置補償時可以順便讀PCPA上面的barcode,生產的同時做到資料蒐集,以前可能需要一個人站在這邊,測試完後再去掃barcode。

我再舉一個例子,我們以前做SSD工業包,一個tray裡面要擺20片,那款SSD非常貴,一片超過300塊美金,可是因為它是透明tray,SSD又薄薄一片,人擺著擺著有時候不小心一次放了兩片。只能說人一定會出錯,我們自己管工廠的老闆都說,那種錯是因為上位管理人員防呆沒做好,所以我們後來做自動包裝都用手臂,還能拍下每一片的序號,出貨後要是客人來challenge哪一箱少一片,我們就可以把相片拿出來證明,這就是資料對產品的重要性。

 

從底層做起 發展機械手臂

接下來我要介紹達明機器人目前開發的機械手臂。大概五年前我們公司毅然決然要投資開發,說實在當時什麼也沒有,因為我們原先在做光碟機,有的就是一群人的熱忱,就覺得這個是未來。我們也做過傳統型手臂,為什麼會轉到協作型手臂呢?因為我們覺得投入傳統型手臂已經沒機會了,全世界有四大家公司,已經做了三四十年,如果我們做出一模一樣的就只能跟他們比價錢,打六折、七折賣,不然人家為什麼要選我們?我們不同的地方在於有寫軟體的人員、控制人員、資工背景的人員、自動控制的人員,智慧才是根本,專業才是根本。所以經過評估,我們改變方向做協同型機器人。

四年前投入的時候全世界最大的Universal Robot才剛開始賣,發現我們的理念跟它還蠻接近的。協同型機器人的三大重點是:安全、聰明,簡單,常常有人問我們為什麼連driver都要自己開發?不是外面就有?問題是從國外取得的馬達數值是固定的,裡面response或參數只有幾組讓你調,要做到安全,還有待會講到的手拉導引,是不夠的,因為運作中隨時要切換速度、位置跟程式語言的控制,甚至是輸出力道的增減,我們認為driver是core knowledge之一,要自己開發。

再加上機器人學這部分什麼公版core都沒有,只能從論文開始看起、寫起,這樣也有好處,就是以後面對客人的要求都有辦法應對,不管力量大小,或機器人姿態有問題,這是我們從底層做起的優勢。

 

不用高級工程師 直覺易上手

再來講到手拉引導,當你要教導這個手臂在空間中呈現任一個姿態的時候,你可以拉著他走,並透過馬達去輔助手推的方向,不像以前的傳統型手臂,需要有空間觀念,知道XYZ才有辦法調整,如果要求一般終端客人都懂是很難賣的。

另一點就是不用寫code的,而是用流程圖的方式去呈現,只要工廠的人員了解自己的生產流程,用流程圖的方式就可以完成,這樣子就不會有學習的困擾。像我們的客戶之前突然要隔壁辦公室的一位RD試著操作看看,一開始可能覺得很難,可是大概半小時就有辦法設定手臂了。中小企業更是如此,他怎麼可能另外請一個高級工程師來管這隻機械手臂?所以必須做到不必再學寫程式或其他,拿到產線就能夠用。

再者,我們的手臂內建視覺,可以做剛剛講的barcode讀取、位置補償、AOI。去年在東京機器人展正式向國際發表的時候,發現全世界幾乎沒有人把影像放在機器人上,我們算是一個創舉,那邊的機器人大廠看了之後都蠻驚訝台灣可以做到這個樣子。

 

協作型手臂的未來:家庭機器人

在現在這一階段協作型手臂對工業4.0相當有幫助,因為它好教,又能做資料蒐集,而且有彈性,可以和人互相合作,可是未來是什麼?其實協作型手臂發展到極致可以變成service robot,可以擺在家庭裡,只是放在家庭裡面安全性和彈性要求更高而已。而且擺在家庭裡絕對不只是跟我們打打招呼,以Pepper為例子,它的手連按按鈕都不行,最近Pepper才跟我們談一個跟雀巢的proposal:Pepper跟客人互動,看客人想要什麼咖啡再請我們手臂去泡咖啡,Pepper說實在只是做互動而已。

所以重點就是要有生產力,要會切水果、泡茶,去冰箱拿飲料,要有這些功能,做到這些可能就是協作型手臂發展的極致。我相信或許五年十年做不到,可是十年以後一定看得到,就像早期我們覺得協作型手臂應該沒那麼快成功,可是現在發現不是。

協作型手臂市場大概從四、五年前開始,每年都是以兩倍成長,從最初的八百到今年的六千,可是傳統型只有12~15%的成長,為什麼會有這樣的差別?主要就是「好用」跟「安全」,使用端可以直接應用手臂不需要另找高級工程師,傳統手臂為什麼那麼慢?就是因為高級工程師太少。在大陸為了找一個自動化工程師竟然有人開價四萬人民幣,為什麼會這樣?因為機械手臂的技術未到位,期待各位同學以後幫手臂智慧加值,技術到位的時候絕對會有跳躍式的成長,得靠大家的努力,謝謝大家。

 

Q&A:

Q:硬體的關鍵零組件主要是台灣還是國外供應的?

A:harmonic是從日本取得,其他都是國內的零組件。我們曾經嘗試在台灣找harmonic,但跑沒多久就開始有噪音,為了品質還是使用日本的,可是其他部分,包括馬達,都我們是自己開規格去外面生產,軟體、影像也是自己開發的。

 

Q:售價大約多少?

A:過去幾天在展場一直被問,我們的標準說法是28K美金,大概是八十幾萬台幣,不過當然跟量有關,我們的size有兩款:70公分跟90公分長,價錢都一樣。

 

Q:影像的部分如果要用顏色辨別,光線不一樣時要怎麼克服?

A:在影像的部分,我們camera前端可以打光,但目前還是要控制環境,以現階段來講做位置補償沒有什麼問題,因為只要能找到外觀跟差異就好;比較麻煩是AOI,如果是這種情形就要特別做隔離,當人眼都看不出差異,要它辨別出來也沒有辦法,這就是我剛才提到技術可以再演進的部分,machine learning或deep learning可以幫助技術更精進。