即使近十年来以电力取代气压动力源驱控线性传动系统已渐成主流，包括国内外气压传动元件大厂也早已导入「阀岛」架构设计，藉以整合气、电力传控元件。如今更随着工业4.0、数位转型等潮流推波助澜下，也不落於电力传动系统之後，陆续投入开发应用软体App、人工智慧（AI）加值，为市场上各式各样气/电力线性传动系统节能增效。

因应2011年工业4.0概念问世以来，虽然若依照气压传动元件从前後、上下施压的作动原理看来，似??更符合自动化工厂常见的线性轨迹，但国内外气压传动元件/系统业者仍面对OEM设备制造厂商、终端使用者，对於电动化线性传动系统理应动作更为精准、配置简便的期待步步进逼正达到高峰。势必要加速朝向轻量化、节能增效及高强度结构等自动生产方向整合，从传统人员操作到搭配各式机器人，全面升级气动化产线为智慧自动化已是必然方向！

气立机械式无杆缸 打入半导体供应链

图1 : 气立公司生产的PR系列机械式无杆缸，既节省空间也让移动更为稳定、易用，现已被导入半导体、光电产业的制程自动化设备，甚至通过大厂认证。（摄影：陈念舜）.

上市气动元件大厂台湾气立除了主要生产气压调理组合、阀类，以及多样气压缸、驱动与接头组件等气动元件，近年来也看好工业4.0智慧工厂会是市场主流，而陆续推出无杆缸、机械夹爪及真空元件等主力产品，现已打入台湾半导体大厂供应链，应用在晶圆中後段设备、美系及韩系等智慧型手机大陆供应链，抢攻智慧制造商机。

其中该公司生产的PR系列机械式无杆缸，既节省空间也让移动更为稳定、易用，现已应用於半导体制程生产作业、检测作业、光电产业中的自动化搬运作业等自动化设备中，甚至通过大厂认证导入制程。

甫荣获2021年台湾精品奖的PRE系列机械接合式无杆气缸，采取无轴心设计，需求的作动范围会比一般气缸更小，可避免长行程轴心伸出产生偏摆，而造成其他零件的损坏；以及搭配PU材质内钢带包覆不锈钢钢索，强化纵向拉扯强度。除了使用寿命更久之外，还因为PU材质气密度隹，可改善微量漏气的现象，适用无尘及气流影响限制较高的作业环境；加上气压推力效率提升，减少空气消耗量而兼具节能效果。

加上该产品扁平的特殊外型，也是得自关键技术取决於椭圆形铝挤本体的特殊结构，相较於一般方形或圆形铝挤型气缸，其本体铝挤成型及加工难度高，可实现作动更稳定，并提升气缸整体的刚性、作动精度及稳定性。

因此PRE系列机械接合式无杆气缸在气源安装上可以配合客户所需，将接头安装在气缸的两侧或同侧之上。於气缸两端设置缓冲装置，可依不同需求选用油压或气压方式搭配使用，减少所受到的冲击力，并增加使用上的寿命；气缸内含感应磁石，可在自动化场合中搭配磁性感应器使用，较容易掌控气缸的作动状态。

等到未来AI应用成熟，气立还能通过CC- Link、IO- Link输出资讯管理，以随时检修设备、元件预防泄气；或供AI学习、分析、判断、预测，解决现今空压机产气後往往有50%流量虚耗，而无法被充份利用的问题；进而促使空压机仅须产出最隹气量，属於主动式节能手段。

除了有利於工厂自动化之外，进而加入业务、交货、研发平台；甚至有利於边缘运算（Edge champing）分散处理运算、储存资讯，只有非必要资讯才上传云端，同时减轻初期昂贵的建置成本，也避免云端运算过於缓慢或有资安疑虑。

Festo串连IO-Link从站 落实工业4.0

德商气动元件大厂飞斯妥公司（Festo），也将旗下3万多种产品主要分为3大系列：P系列，电磁阀、气动缸等气动元件；E类，螺杆、皮带、伺服/步进马达及PLC等电气分散控制系统；PA，制程自动化、厂务所需阀门。

即使身为德国工业4.0核心小组成员，Festo却也感叹过去市场上有超过80%以上的工业自动化客户仍使用传统I/O控制，导致系统配线相当庞杂，但到了追求工业4.0世代的设备或零组（元）件数量大量增加，对於现场布线、维护和更换备品等都是严酷挑战，也影响设备後期的营运成本甚大。

除了早在80年代便应客户要求，率先推出气电一体化的「阀岛」（Valve Terminal）控制架构，经过现场总线（Field bus）连结，陆续衍生出可编程、模组式、网路化等各式阀岛设计推陈出新，藉此将气动系统中的多个单阀，通过单一通讯模组、气动模组，和多种不同介面连结。

当这些阀门通过中央气/电力供应装置，连接可编程逻辑控制器（PLC）之後，即可透过阀岛广为应用於控制线性传动系统上特定数量的阀门与处理资讯。例如将单阀上的电压信号转换为气动信号，再经由气压启动流程阀来控制和调节流体。

使用者也能在离线时针对多部机器模组，进行PLC编程设计和测试，以便於厂内或机台设备上容易布线，即时在现场采集输入信号及控制其他输出信号，而不必因为机器上大量增加的每个电磁阀，都需要单独连线。

并将具备诊断功能的阀门电路和压力感测器整合於单一设备，与上游控制系统连接。业者将依目标应用需求，选择合适的功能加以整合，降低成本；阀岛也能因为直接与分散式外围系统连接，得以更深入整合到上游控制和管理系统层级。

图2 : Festo同时导入底层的气动缸、感测器实现数位化，支持IO-Link从站设备，使得客户在IO-Link网路下的自动化产品布局更为灵活。（摄影:陈念舜）

设备制造厂商得以根据特定加工客户的需求，选用对应的基本模组构成整机，大幅缩短设备制造周期，且实现了单一模组多次使用；在单机设备里整合了许多阀件的通讯和自动化功能，让软体安装和编程更加容易。阀门因此可不必单独设置叁数，而是可以透过网路完成。让使用阀岛比起单阀自动化，更能降低安装费用和设备投资成本。

到了工业 4.0 的大框架下，为了优化设备运行，气动系统还应具备更全面的诊断功能，例如断线、短路监控或开关操作循环计数等。这样才能在最隹时间内安排维护阀门，并且在出现故障的情况下快速识别并排除故障，又不致影响生产效率。

Festo引进VETEM软体 率先实现气动数位化

飞斯妥公司经理张有安指出，Festo目前与未来提供的核心产品、新产品、解决方案，也都涵盖了气动、电动、物联网和数位化技术，并且大部分都采用模组化设计理念，产品外观小巧节约安装空间，可灵活接入无线通讯网路，使用者介面友好使用便捷，满足各行业自动化工艺的专业需求。

经过现场总线系统，方便在阀岛上串连整合多种电气、气动和机械功能，使之成为结合了多项诊断功能的电气自动化系统，满足业界无论在紧凑型机器或带有多种阀门的大型系统中，对於整个系统自动化和操作安全的高度要求。

当设备故障时可以快速找出故障的模组，缩短停机维修时间到最短，充份发挥气电一体化的优势，大幅简化了包括线性传动系统在内的复杂系统安装、调校、性能检测，以及监控、诊断、维护工作，让整条价值链都可以从中受益。Festo也藉此涉足了许多创新应用领域，包括汽车、电子和轻组装、平面显示器、食品和包装行业、工具机，生物技术、生物制药、生命科学实验室自动化、化工行业和水处理行业，针对节能减碳、设备安全等议题，提供实质的协助与服务。

如今Festo不仅透过IO-Link、现场汇流排和工业乙太网路，简化了上位机与现场主站设备之间的通讯，同时导入底层的气动缸、感测器实现数位化，支持IO-Link从站设备，包括：比例阀、阀岛、电动夹爪等简易型电力驱动方案，使得客户在IO-Link网路下的自动化产品布局更为灵活。

并在此基础上搜集使用者经验，再度於五年前（2017）率先发表「数位化控制终端技术（VTEM）」，强调是全球首款由App控制的阀体，也是名??其实的「数位化气动元件」，相当於50多个气/电动元件的整合与融合，毋须更换硬体，只要一键切换软体，改变硬体叁数，就能同时满足客户对於标准化与高度个性产品需求，实现一步到位的气动数位化。

图3 : Festo於2017年再度率先发表「数位化控制终端技术（VTEM）」，强调是全球首款由App控制的阀体，也是名??其实的「数位化气动元件」。（source：Festo）

相对於传统电磁阀与比例阀结合的气动控制方案，VTEM产品方案具备以下功能：

一、柔性气动运动控制，使气缸运行中的方向、气流、气压、功能状态等，都可通过控制系统软体与APP叁数灵活改变，无需更换硬体，即可满足工业4.0智慧制造大批量个性化的自动化控制需求。

二、低TCO总体持有成本，最大程度降低了传统气动技术最让人垢病的硬体复杂度、安装成本与能源消耗，通过简化整个价值链，帮助用户真正提高利润率与能源效率，并保护智慧财产权。

三、更智能的气动数位化方案，经过整合的智慧感测器完成自我诊断、自我学习、自我调整，并透过工业互联网为云端提供精准的气动元件状态资讯，?明使用者真正实现智慧化及数位化转型升级。

张有安指出，目前VTEM提供单一硬体可实现12种功能，其中「预设行程时间」App系考量客户一开始购入设备时的产能，将会随着气缸磨耗递减，过去使用者会将压力调高来提升。现在App则可依每支气动缸的进/退设定时间补偿修正，以免落後或暴冲；同时取代传统大量控制用节流阀，省下大量设备占用空间与成本，且产能不变，从产品设计、采购阶段，到现场组装、维护、产线更新与变化，都可为带来不同好处。

进而依序结合节能概念，从节能压电技术到控制终端应用，透过「可选压力等级」、「ECO驱动」，控制四合一阀桥结构及阀片开关总杆，来改变气动缸源头进/退压力，从而实现高效运动，在本质上达到节能70%效益；搭配用於诊断状态的「泄漏诊断」，让产能使用效益最隹，同时省下比例阀、流量计等成本及占用空间。

具体应用於移载搬运系统，可协助提高取放动作的灵活性，让气动缸变化多点不同定位，适用於多种容器尺寸，还能发挥最隹动作效益；比例压力调节，根据重量调节不同施力的真空度，可靠检测真空形成、受控喷射脉冲，进而实现能源耗用率优化。

预设行程时间，依不同产品设定，自动校正磨损造成的偏差，以免影响产能；缓停止，透过气压??路、App达到缓冲效果，取代液压缓冲器也几??无振动，减少了磨损和受到撞击的生产风险，循环时间更短且过程可靠；还有泄漏诊断来实现预测性维护，节省能源和成本。不必让气动缸每次都须要达到全行程，取代大量电磁阀、??路，达到与电动元件同样效果。

人工智慧AIR有?? 扩大机器人应用及云端服务

图4 : 现今VTEM还能连结云端服务搜集资料，且将工业边缘人工智慧与机器学习专案结合为AX系统赋能智造实际场景。（source：festo.com）

此外，由於机器人在工业4.0时代的弹性生产单元，希??能实现多功化目标，又不再受限於每种不同夹爪、夹治具，就等於增加一件硬体，让臂端工具设计更简单。现在只要利用VTEM「比例压力调节」App整合无限压力调节系统直到真空，都只需要各一个压力源和现场汇流排通信模组，最多可支援16个独立通道，持续显示压力资讯，保证品质；「可选压力等级」，自定义须节能时控制抓取力增大、放松时减小；节省空间，方便安装和排除故障；泄漏诊断，用於预测性维护和节省能源成本。

值得一提的是，现今VTEM还能连结云端服务搜集资料，提供线上工具选型、下单；且将工业边缘人工智慧（AI）与机器学习（ML）专案结合为AX系统赋能智造实际场景。可视为生产系统里的气动缸、螺杆轴外挂模组，用於监控设备状况与优化生产流程，再经过通讯读取资料，得知其运转数据，加以分析和判断使用寿命；进而模拟气动缸或一般难以查觉的电动缸负载，以及泄漏後运转异常示警，可对於每个气动缸、电动马达及轴承预先健诊、记录，待正常後重新计算寿命，省下外购流量计的元件及成本，提升设备使用效率。

Festo强调其数位控制终端在於运动、压力和流量的气动调节能力独树一帜，由App控制的气动装置，以及多种调节角度的阀结构一体化取得数据和资料处理，使得该公司的气动产品更加适用於於未来工业4.0需求，这种数位化优势正体现於价值链的各阶段，对於原始设备制造厂商或最终使用者都是如此。

**刊头图（source：knowhow.distrelec.com）