產業技術評析

一、2019年漢諾威工業展概況
 

2019年4月1日上午，全球最大的綜合性工業展在德國漢諾威展覽館開始連續進行5天。自從2011年工業4.0(Industry 4.0)議題首次在漢諾威工業展(Hannover MESSE)中提出後，每年的展覽內容除了傳統的工業承包、電力、自動化設備等領域產品外，有越來越多與智慧製造應用相關的數位製造、軟體系統、積層製造及物聯網(IoT)、雲端運算、巨量資料、人工智慧(AI)等智慧科技應用出現在展會中。這也使漢諾威工業展逐漸成為全球工業4.0與智慧製造最新應用方案的展示舞台。
 

在2019年的漢諾威工業展中，各廠商雖然不再以「Industry 4.0 Ready」做為吸引參展群眾目光的標語；但實際的展出內容則呈現出更具技術成熟性與產業實用性的解決方案。包括基於機器人的智慧自動化、工業物聯網(IIoT)、製造領域AI及擴增實境(AR)應用等，都有需多具有吸引力及啟發性的新應用方案出現。以下將分別就智慧化生產模式與系統、智慧化人員輔助工作站及製造領域AR應用的重要展出內容進行說明與分析。
 

二、智慧生產模式與系統
 

在今年的漢諾威展中，Rexroth(隸屬於Bosch集團)、SAP、Siemens、SEW Eurodrive等公司，都以未來工廠或未來生產為主題，展出結合自主載具(AGV)、工業機器人、智慧化人機界面(例如AR)、智慧人員輔助及數位生產資料的新型態生產模式與系統。其主要目的是為了因應未來更彈性、快速的訂製化產品製造需求，並在成本、品質、人員工作條件等多重因素上獲得最佳平衡。
 

例如Siemens公司提出「從自動化到自主式生產」的未來生產情境。在新的情境中，零組件與半成品，以及組裝用的機器手臂都放置在AGV上；這些AGV會依據實際生產需求，將零組件與半成品、機器手臂聚集到人員工作站旁，再透過人機協作方式完成產品製造組裝(如圖1)。Siemens也展出能應用在這種生產模式、結合AGV與機器手臂的移動式機器人(如圖2)。
 

資料來源：工研院產科國際所(2019/04)。
圖1、德國Siemens公司自主式生產情境。
 

資料來源：工研院產科國際所(2019/04)。
圖2、德國Siemens公司結合AGV與機器手臂的移動式機器人。
 

如果Siemens展出的內容仍帶一點未來性質的話，SAP展出的內容已具備相當的技術成熟性。SAP以一個工業用閥體的生產流程來展示結合多種自動化、數位化及智慧化科技的新型生產系統。主要內容包括：自動化倉儲系統，基於AGV的料件移送，結合智慧化機人機介面的人員輔助工作站。
 

在實際運作上，待組裝的閥體半成品由自動倉儲系統取出後，再由結合AGV與機器手臂的移動式機器人移送到人員工作區(圖3)。其中一個人員工作區上方安裝有投影設備，能在人員進行閥體組裝時將正確的工作指引圖像與資訊投影到AGV上的組裝工作區域(圖4)。每個組裝區工作完成後，AGV會自動將閥體移送到下一個人員工作區域。在整個閥體組裝流程中，人員只需要待在定點即可，工件及零組件補充與移送都由AGV完成。
 

資料來源：工研院產科國際所(2019/04)。
圖3、德國SAP公司智慧生產系統中的自動化倉儲及AGV。
 

資料來源：工研院產科國際所(2019/04)。
圖4、德國SAP公司智慧生產系統透過智慧人機介面指引組裝流程。
 

三、智慧化人員輔助工作站
 

德國Rexroth公司在2016年漢諾威展中展出智慧人員輔助工作站，具有人員身分識別、依據不同工件自動提出工作指引等功能。其主要效益包括提高人員工作品質與效率，提供更友善的工作環境等。而在2019年的漢諾威工業展中，除了Rexroth外，包括Fraunhofer(圖5)、KONICA MINOLTA、Light Guide Systems、ARKITE、PTC、OPTIMUM等研究機構與廠商也展出多種類型的智慧人員輔助工作站產品。
 

這些智慧人員輔助工作站產品的主要特性包括：
 

● 可以自動辨識工件規格，並依規格提出工作指引；包括應選取的零件與工具，以及工作步驟。
 

● 透過智慧化人機界面來呈現工作指引或錯誤警示；例如以投影機投射圖像，或是透過AR眼鏡呈現資訊。
 

● 透過人員觸碰按鈕，以光學指示器指向接受器，語音，或自動化肢體辨識(例如使用光學雷達LIDAR)，來識別人員動作階段是否已完成或零件選取是否正確。
 

資料來源：工研院產科國際所(2019/04)。
圖5、德國Fraunhofer智慧人員輔助工作站外觀及透過AR眼鏡顯示的組裝指引。
 

四、製造領域AR應用
 

AR應用方案是2019年漢諾威工業展中的一大焦點。有超過20家以上的廠商展出與AR應用相關內容，包括PTC、Capgemini、KONICA MINOLTA、DAQRI、RE-FLEKT、Remote eye等公司。展出內容則包括AR眼鏡或頭盔，以及透過AR進行各類製造領域應用。包括大型或複雜產品展示，工作指引(位置、選取、方法)，教育訓練，遠距專家支援等。
 

例如PTC展出以Vuforia平台發展的製造設備運作與維護AR應用(圖6)。其主要功能包括：
 

● 透過設備上的機台條碼自動將AR數位內容載入到操作人員的手持裝置(平板電腦)。
 

● 透過AR提供機台運作效能(圖7)，設備操作安全範圍，故障位置，機台設備維修程序指引(圖8)，遠距專家諮詢與操作指引等。
 

資料來源：工研院產科國際所(2019/04)。
圖6、美國PTC公司製造設備運作與維護AR應用。
 

資料來源：工研院產科國際所(2019/04)。
圖7、透過AR提供機台運作效能。
 

資料來源：工研院產科國際所(2019/04)。
圖8、透過AR提供機台設備維修程序指引。
 

五、結論
 

從2019年德國漢諾威工業展整體產出內容觀察，可以發現：人員依然是製造領與中的核心元素之一；因此無論是智慧化生產模式與系統、智慧化人員輔助工作站及製造領域AR應用，其主要目的是：透過各種自動化、自主式、智慧化軟硬體工具，打造更人性化、友善、安全的工作模式與環境，同時在兼顧整體成本、品質、效能的前提下，滿足客戶在彈性生產、個人化與客製化生產的要求。雖然在展場中，各類基於機器人的自動化生產系統仍然是最吸引眼球的產品；但是在短中期內，如何發揮人員的潛力與工作價值，仍是製造業數位化與智慧化過程中不可忽視的發展主軸。
 

相較於歐美企業，臺灣廠商雖然在各類硬體(例如AGV，機械手臂，自動化元件，AR穿戴裝置等)發展上已具備相當的實力，但在相關軟體與數位資料整合應用，以及透過軟硬整合衍生創新方案上，則顯得較為遲緩。臺灣擁有多元化的製造產業，同時也面臨因為人口老化及出生率降低導致的勞動人力不足問題。因此如果能善用臺灣在AGV，機械手臂，自動化元件，AR穿戴裝置等領域既有產業能力，再透過與國際領導廠商或新創業者合作，彌補在數位資料模型建構與軟硬整合方面的不足，並以臺灣廣大的製造業作為利基市場，應可在智慧化生產模式與系統、智慧化人員輔助工作站及製造領域AR應用等智慧製造方案發展上有更好的機會。

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)