帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
強化工業用感測器產業鏈 有賴產研協同合作
 

【作者: 陳念舜】   2019年10月02日 星期三

瀏覽人次:【1789】
  

回顧2011年漢諾威自動化工業展首度發表工業4.0之際,同期參展的台灣廠商最先被看好的,就是能掌握所謂資通訊產業「優勢」,可望切入核心關鍵的感測器環節。孰料因為業界仍集中於出口導向,僅生產大批量訂單、組裝用的消費電子市場為主,導致工業用感測器缺口始終難以彌補,因此有賴於產研各界協同合作開發。


為了因應近年來貿易戰加速各國製造業轉型與升級趨勢,智慧化科技在製造端創新應用效益更值得關注,感測器不僅在工業4.0問世開始,就被視為CPS(Cyber Physical System)的核心關鍵零組件。可以用來蒐集生產資訊、辨識物件及週遭環境,以即時因應異常狀況,提供系統間溝通、決策、合作所需訊息來源;進而衍生分析、預測、模擬等功能,達到聯網通訊及巨資分析處理的功能,創造智慧產品、智慧產線、智慧工廠、智慧物流等應用解決方案,應用領域涵括:


1. 「監測設備狀態」,係透過聲學或力學感測器偵測設備的異常響聲、震動,並依此判斷設備故障徵兆,可在問題發生前採取預防措施,避免因為意外停機衍生龐大損失。


2. 「提升生產效率」,利用力學感測器偵測設備的速度、軌跡、扭力、距離等變數,或光學感測器管控品質、偵測異常溫升等功能;或結合力學/光學感測器,讓自動化設備或機器人具備手眼協調功能,提升生產工廠的運作效率。


3. 「監控工廠安全」,經過溫度、濕度、壓力、電流、氣體、熱影像等感測器,偵測廠內設備或管線是否異常,避免發生工安災害或意外損失。



圖1 : 台灣感測器產業的結構雖然看似完整,但多數廠商僅開發單一感測元件,將重點市場放在供應消費性3C電子用感測器,下游系統品牌商卻仍偏好國際大廠產品,導致多數台製品均出口至海外市場。(攝影/陳念舜)
圖1 : 台灣感測器產業的結構雖然看似完整,但多數廠商僅開發單一感測元件,將重點市場放在供應消費性3C電子用感測器,下游系統品牌商卻仍偏好國際大廠產品,導致多數台製品均出口至海外市場。(攝影/陳念舜)

然而,台灣感測器產業的結構雖然看似完整,但上游感測元件IC設計公司能量較弱,多數廠商僅開發單一感測元件,將重點市場放在供應消費性3C電子用感測器,卻未積極投入工業用感測器;中下游感測器製造與封測業者技術實力較強,下游系統品牌商卻仍偏好國際大廠產品,導致台灣感測器的進口替代效果並不顯著,多數台製品均出口至海外市場。


對於中小企業為主的機械產業而言,若想採購台灣或歐日系大廠品牌產品,發展感測器技術,還要顧慮到對方是否願意犧牲部份產能接少量訂單,以及是否符合台灣廠商彈性需求與價格等問題?才能確實有助於塑造台灣智慧製造方案的差異化,提升國際競爭力。


經過多年來產官學研各界努力的成果,2016年甚至由台灣半導體協會(TSIA)、國際半導體產業協會(SEMI)、台灣智慧自動化與機器人協會(TAIROA)、台灣區工具機暨零組件公會(TMBA)等四大產業公協會宣布跨域結盟,盼攜手開發工業用IC應用在智慧機械核心所需的加速規、馬達控制、視覺及感測器等關鍵元件自製能力,以解決台灣發展工業4.0的瓶頸,效果卻十分有限。


@段標:法人建立完整感測驗證平台 串連工業用感測器生態系


如今,根據工研院IEK Consulting統計顯示,包含需求端的製造業或供給端的感測器產業,皆已意識到工業物聯網發展已成大勢所趨,且將帶動更多工業感測器的應用需求,點燃龐大市場商機,估計將帶動全球工業感測器產值由2018年34.8億美元,成長至 2022年53.9億美元。


其中,滾珠螺桿可說是工具機產業裡最重要的關鍵零組件之一,卻常受到長期不間斷使用、磨耗導致失準。工研院智慧微系統科技中心也在今(2019)年台北國際自動化展,發表與傳動元件製造大廠全球傳動科技,以及宏剛精密工業、榮剛材料科技、洽群機械公司歷經4年投入「超薄型複合式感測模組之工具機智慧進給系統預析補償技術開發計畫」,所推出的智慧螺桿產品。


與市面上其他智慧螺桿最大不同,便在於將超薄型複合式感測模組與滾珠螺桿中的螺帽完整結合取代預壓片,而非採取外掛方式影響外觀設計,間接估算預壓或溫度值。得以首創無論機台處於靜態或動態運轉時,皆可更直接、即時取得預壓力及溫度的智慧螺桿進給系統,維持可靠精度,大幅提高進給系統的穩定性;也不容易受到機台設備的結構干擾,導程準確率度更高,還能有效節省感測元件的封裝成本。目前背隙判斷檢出率>95%、力感測範圍0~7kN、溫度監控範圍0~200℃。


再經過標準通訊介面將感測數據與馬達資訊融合,傳送到PC就能用於預知保養、診斷故障,防止因意外停機影響生產稼動率,而不必外掛特殊控制器或感測系統;甚至可將反饋資訊傳遞到控制器定位補償,形成閉迴路控制控制智慧螺桿精度,以提升服務價值,掌握智慧機械的自主關鍵技術與專利佈局。


值得一提的是,除了由智慧微系統科技中心完成建置動態力感測器的感測結構、讀取電路、感測模組與測試平台的開發設計以技轉廠商,並利用感測器平台技術,將動態力感測器模組應用於滾珠螺桿,整合預壓力+溫度偵測模組、模擬與即時補償預析技術為核心,以直接偵測預壓力和溫度的方式預先診斷工具機健康度。


未來還將規劃轉移感測器關鍵技術與專利到相關產業,持續為台灣精密夾爪提供關鍵感測模組的客製化設計與應用服務,補足感測器產業的缺口,並提升相關產業的智慧化附加價值與國際競爭力,提升生產品質。


同時促進精密機械產業鏈上中下游環節的廠商整合,攜手設計適用於製造現場的高效能智慧感測器,開發出具備國際競爭力的智慧化滾珠螺桿進給系統,以協助機台升級,隨時保持最佳的生產力與效率。


包含因應滾珠螺桿的有限空間,設計體積更小、適合置入的超薄型感測模組,而串連上游榮剛材料科技公司,開發出了能與高穩定感測元件結合的新材料設計與處理技術、宏剛精密工業的複合式傳感器設計與加工技術;再結合全球傳動科技的智慧螺桿模組整合設計與回饋預析技術,並經過持續地測試及優化,一步步建構每個環節的技術,再交由洽群機械公司主動式進給系統實機測試,瞭解工具機業者的實際需求與功能。


工研院智慧微系統科技中心執行長朱俊勳指出,為滿足現階段工業用的客製化需求逐漸提高,許多廠商正透過導入工業用感測科技,蒐集現有機台或設備生產數據,經過分析最佳化。但他坦言,目前台製設備所需的關鍵核心感測器幾乎皆受制於國外,普遍存在應用規格限制、導入價格過高、客製化程度不足等問題;以及台灣IC設計廠商又都聚焦於消費型產品市場,規格一致,大家都會組裝,接下來只能比較不同商品的品牌價值。但只是用來單純組裝的數量不多,台廠也比不上中國大陸業者的議價能力。



圖2 : 工研院智慧微系統科技中心工研院智慧微系統科技中心執行長朱俊勳(左3)與宏剛精密工業總經理方敦正(左1)、全球傳動科技總經理李進勝(左2)、榮剛材料科技副協理侯文星(左4)發表智慧螺桿。 (攝影/陳念舜)
圖2 : 工研院智慧微系統科技中心工研院智慧微系統科技中心執行長朱俊勳(左3)與宏剛精密工業總經理方敦正(左1)、全球傳動科技總經理李進勝(左2)、榮剛材料科技副協理侯文星(左4)發表智慧螺桿。 (攝影/陳念舜)

反觀每部工業設備機台的設計都不同,難以完全因應台灣廠商轉型智慧製造,對於工業感測方案的彈性化、客製化需求,必須先完全掌握基礎理論、材料、設計能力。該智慧螺桿則結合台灣最佳螺桿、材料技術,首度採取獨步全球的直接內嵌式感測器設計,在國際也擁有高度競爭力。


朱俊勳說:「隨著工業4.0成為製造業升級主流,感測器不乏取得資訊管道,惟其本身沒有意義,關鍵仍在可否取得有意義的數據!」且有別於國外工業感測器通常只專注於單一領域,台灣廠商最難的是跨出第一步,忍受先被責罵多年的階段之後就有機會,也不畏如今貿易戰造成全球供應鏈支離破碎。



圖3 : 與市面上其他智慧螺桿最大不同,便在於將超薄型複合式感測模組與滾珠螺桿中的螺帽完整結合取代預壓片,無論機台處於靜態或動態運轉時,皆可更直接、即時取得預壓力及溫度的智慧螺桿進給系統。(source:全球傳動)
圖3 : 與市面上其他智慧螺桿最大不同,便在於將超薄型複合式感測模組與滾珠螺桿中的螺帽完整結合取代預壓片,無論機台處於靜態或動態運轉時,皆可更直接、即時取得預壓力及溫度的智慧螺桿進給系統。(source:全球傳動)

宏剛精密工業總經理方敦正表示,該公司其實與工研院、全球傳動皆有長遠合作關係,透過這次合作希望將佛家所謂的「六識(眼、耳、鼻、舌、身、意)」工業化,成為視覺、聲覺、力覺等不同應用領域的感測器,並充分利用過去該公司開發力覺感測器的知識經驗,自主開發系統再內嵌於滾珠螺桿,將之提升到工業4.0層級。


這次與工研院合作開發的智慧螺桿,除了串起包含原材料的自主供應鏈,通過不同嚴苛環境的強度、寬溫考驗,都能維持材料穩定度,得以實現可直接內嵌於螺桿的感測器,且比起進口品牌更具有價格優勢之外。最重要的是能擷取更細節資料加以分析,發揮大數據效益,從而具備高度客製化與系統整合能力,有利於面對接下來「商品化」的挑戰,採模組化設計,依客戶真正需求增減功能。


「否則,若仍只是對外採購關鍵零組件標準品用來組裝的話,將無法真正滿足客戶需求!」方敦正說,這也是目前大陸推動自動化的難題,所以在「中國製造2025」計畫裡特別加入籌辦感測器研發中心,台廠必須慎防其後來居上。且相較於國外大廠通常自主開發居多,宏剛精密藉由這次與工研院合作,有機會被國外大廠看見,不僅造成外商壓力,也開始探詢合作機會,不排除背後還有併購意圖。


@段標:新創企業切入國際供應鏈 原見精機發表機器人觸控技術


此外,在今年台北國際自動化展前夕,傳來勞動部職安署公告將工業機器人納入機械安全源頭管理而掀起軒然大波,雖然最終延緩執行,卻可見安全感測在工安的重要性。惟究其主因,便緣自於依勞動部統計2018年一般動力機械占職災肇因媒介物第二名所致。


進而修訂原先依據ISO標準制定的CNS 14490《工業機器人危害預防標準》,並釋出最新安全規範,讓人機協作自動化產線能依法移除柵欄,提升空間利用;同時制定《協同作業機器人作業安全評估要點》,要求雇主於機器人協同作業初次安裝時,應由事業單位相關人員與原廠專家共同執行,並提供適當防護設備進行試運轉測試後,方可進行起動作業。並公告產製運出廠場、輸入、租賃、供應或設置的工業機器人或系統,其構造、性能或安全防護事項,應符合國家或國際標準,自2019年9月1日生效。



圖4 : 雖然最終勞動部延緩將工業機器人納入機械安全源頭管理,卻可見安全感測在工安的重要性。(攝影/陳念舜)
圖4 : 雖然最終勞動部延緩將工業機器人納入機械安全源頭管理,卻可見安全感測在工安的重要性。(攝影/陳念舜)

目前工業機器人整合的外部感測技術除了仍以光學感測為主,包含紅外線、光柵、雷達、光達等產品;近年來還有國際機器人大廠紛紛投入觸覺感測技術,讓機器人可在極細微觸碰下,就能即時辨識並做出反應,增進操作人員的安全性。


2017年由工研院獨立出來的新創公司原見精機,則專注於研發製造工業機器人觸覺感測產品與系統,現已推出輕薄緻密、敏感的力覺感測模組「安全皮膚(Contact Skin)」,係經由觸覺感知來保障人機協作安全,確保機器人一旦發生碰撞時將會立刻停止,以確保相同工作環境人員的安全性,已可支援多家國際機器人大廠合作應用,創造智慧製造的利基市場;甚至與國內外工業機器人廠共同設計,直接升級為「安全協作觸覺機器人」。如在今年自動化展也與歐系機器人大廠ABB合作,展示導入達群自動化公司的鑄造業智能及自動化解決方案。



圖5 : 面對工業4.0時代強調產線多樣化及生產效率,原見精機近年來還成功推出獨特的直覺教導用觸覺介面「指尖教導環,應用於工業機器人的協同作業。(攝影/陳念舜)
圖5 : 面對工業4.0時代強調產線多樣化及生產效率,原見精機近年來還成功推出獨特的直覺教導用觸覺介面「指尖教導環,應用於工業機器人的協同作業。(攝影/陳念舜)

且因為從材料、製程、電子電路到機器人控制系統逐一完備,近年來原見精機還成功推出獨特的直覺教導用觸覺介面「指尖教導環(Finger Teach)」,應用於工業機器人的協同作業,有別於過去工業機器人必須透過電腦輸入指令,或用控制面板、手搖桿等人機介面教導移動點位。


原見精機董事長蘇瑞堯表示,面對工業4.0時代強調產線多樣化及生產效率,現有教導方式並不直覺也不容易使用,可能耗費大量時間;加上隨著人機協作需求不斷成長,如何發展更方便有效率的直覺式互動教導,也成為工業機器人的重點課題。現在只要操作者指尖觸碰感應介面,即可判讀操作手勢及指尖力道,再傳回工業機器人的控制器,轉換成不同操作指令,裝置於前端而能輕易「指」揮機器人動作,達到直覺式教導功能。


相關文章
突破數據時代瓶頸 SerDes技術方案是關鍵
工業機器人提升感測效能與價值 有賴與半導體業者深度整合
工業機器人歷經萌芽茁壯 著眼成熟發展契機
人機協作的最大公約數 安全認證勢在必行
協作機器人的關鍵元件:碰撞感測系統
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新聞
» 易控TM協作機器人實戰應用說明會實際案例分享
» 五強聯手打造智造生態圈 協力助台灣製造升級
» 科銳與ABB宣佈SiC元件合作 供汽車和工業領域解決方案
» 南樺發表Line警報器解決方案 協助提升製造業擴廠彈性
» NexCOBOT結合AWS雲平台服務 簡化智慧機器人開發及部署流程
  相關產品
» Fluke首款可攜式口袋熱像儀上市
» Fluke首款工業聲學成像儀ii900上市
» Fluke四款640 x 480解析度熱像儀齊登場
» 明緯擴充EPP-500系列
» KNX用於現代建築 可降低事後維護與火災風險

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2019 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw