工業4.0與智慧工廠成為製造業的重要趨勢，而要讓智慧化願景成真，自動化架構勢不可免，簡單來說，智慧化是自動化的延伸，透過設置於自動化機台上的感測器與控制器，擷取設備各類數據後，再由後端系統分析，以制定相關策略，令設備的自動化動作有其智慧意涵，在自動化系統中，機械手臂向來是極重要的一環，設置於產線中的機械手臂，與作業人員共工的機率相當高，因此如何避免人員為機械手臂所傷，就成為機械手重要設計。

目前的機械手臂發展可分為線性手臂、SCARA手臂、關節多軸機械手臂等，其應用各有不同，線性手臂與SCARA手臂多用於體積較小、重量較輕的零組件組裝，關節式多軸手臂則有依其設計，分為小、中、大、重型等4種區別，20kg以下為小型、20kg～60kg為中型、60kg～300kg為大型、300kg以上為大型，由於關節式多軸機械手臂的抓取物有一定重量，且產線效率要求下，動作速度都相當快，重力加速度所產生質量相當大，若與人體發生碰撞，極容易受傷，因此中、大、重型關節是多軸機械手臂，都會使用圍籬作業人員區隔，避免發生碰撞。

機械手臂工安SOP

目前機器手臂圍籬可分為實體與光柵兩種，實體圍籬以金屬製成隔板或網狀，阻絕人、物的進入，光柵顧名思義就是以光線隔絕，這兩類架構都會與機械手臂鏈接，若有人強行進入，機械手臂會即時停止動作，以防誤傷人體。

機器手臂的圍籬通常在導入初期就會一併設計，由於現在這類圍籬產品的技術不難，導入也容易，製造業者通常找系統廠商直接安裝，這種方式通常不會設計整套的工安標準流程，其安全防護僅在機械手臂動作期間，或許有人會認為，機械手臂在未動作時不會發生意外，不必納入相關規範，但有業者曾經發生過，維修人員身形被機械手臂擋住，也未在圍籬入口掛告示牌，結果操作人員未經檢查逕行開啟，所幸經出聲後操作人員立即關閉機台，未造成維修人員受傷。

圖1 : 設置於產線中的機械手臂，與作業人員共工的機率相當高。（Source: Universal Robots）

現在機械手臂的安全設計考量，除了確保正常操作的安全外，不正常操作時的安全也需納入，因為傷害多為不正常操作，像是今年台灣南部曾經發生機械手臂動作後，工作人員才發現抹布掛在上面，情急之下進入拿取結果受傷，業界人士指出，不管是正常操作或不正常操作，機械手臂在動作時都必須要有一定的標準化流程，以前文為例，機械手臂的維修標準流程，應是進入圍籬後，先掛上作業標示牌，再從內部反鎖圍籬，如此一來其他人員便可清楚知道目前手臂正處於維修狀態。

至於非正常操作的安全設計，這必須由設備內部設計著手，內部設計包括「安全迴路」與「安全元件」的建構，這類安全設計與過去設備的思維不同，以往的設計思維是當機械手臂出現異常後，立刻出警報，通知前端有異常發生，安全迴路與安全元件的作法，則是機械手臂在動作時，迴路會隨時間手臂狀態。

圖2 : 機械手臂的安全設計考量，除了確保正常操作的安全外，不正常操作時的安全也需納入，因為傷害多為不正常操作。（Source: HIS Engineers 360）

一旦手臂內的安全元件未達迴路所射的的標準，系統會即時發出斷電指示，並通知後端管理人檢查，直到手臂安全疑慮排除，才能重啟系統，因此所謂非正常操作時的安全控管，在這部份的解讀應為「預防非正常操作」，另一部份的作法則是在機器手臂上設置感測器，當手臂接觸人體、物品等異物時，系統會主動發出指令停止手臂動作，必面傷害持續發生，另外機械手臂也需設有乙太網路通訊埠，手臂一旦有異常動作，後端會立即通知並紀錄，以供後端系統統計備查。

智慧巡檢 人機合力保工安

除了透過設備內建的感測器與通訊網路外，廠房的巡檢也是機械手臂工安規範中相當重要的一環，前兩年談到智慧工廠時，業界曾有人提出「無人工廠」、「關燈生產」等概念，不過設備業者指出，「無人工廠」並非智慧工廠的最佳效益作法，智慧工廠還是必須配置一定的人力，只是這些人力不再負責重複的製造動作，而是從事更具智慧、更高附加價值的工作，畢竟多數工作，機器仍無法取代人力，其中巡檢工作也是。

巡檢屬於智慧工廠中，廠務管理的一部分，透過人員的巡察，紀錄並即時改正廠內各處的疏失，在滿佈機械手臂的廠房中，人工巡檢可定時確認手臂運作處的實際狀況，確保機具完整以維繫生產效能，根據機器人協會的統計，設備事故問題發生因素，機械失效比例為最高，佔43％，平均造成的損失達到7.2億美元，因此設備劣化風險預知機制的建立，已成為各生產設備商的重點設計，機械手臂部份，除了前述的安全元件與安全迴路的內部設計外，外部的巡檢也是確保機械手臂順暢運作的重點。

圖3 : 機械手臂的工安設計目前主要是透過圍籬阻絕外部的人、物，除此之外還須設置層層規範，方能落實工安概念。（攝影／王明德）

過去廠房的巡檢多採紙本作業方式，由巡檢人員攜帶表單，到各指定點檢查，並以手抄紀錄，不過這種作法會產生幾種疏失，1.容易因筆誤或對表格的不熟悉造成錯誤。2.龐大的紙類表單加重後續的管理難度。3.人員難以控管，無法確定是否有至各點巡察。

這種種問題，業界人士建議可利用近年來興起的Beacon技術解決，Beacon是一種定位裝置，可以藍牙與手持式裝置互聯，透過手持式裝置的操作，創造出大量的創意應用，Beacon這幾年的應用主要在消費端，例如美國NFL球團49人隊在主球場中的每個座位都設置了Beacon，觀眾可用手機連上Beacon點餐，不必像以往必須離開位置去攤位購餐，而由服務人員依照Beacon所顯示的位置送餐，此一作法讓49人隊每場球賽的餐飲銷售額多出200萬美元。

Beacon解決紙本作業疏失

在製造現場，Beacon可取代以往的紙本作業，其作法是在定點設置Beacon，當巡檢人員走近時，Beacon會主動與巡檢人員手上的手持式裝置連線，巡檢人員也可透過手上設備紀錄需改善處，並將紀錄即時上傳，而維修工程師與清潔人員也都被納入同一平台中，看到需改善處，便可即時處理。

Beacon的作法可以解決紙本的各種疏失，首先是避免因筆誤讓其他員工不易辯讀字跡，另外所有資料數位化後，可累積為資料庫，除了簡化搜尋動作外，龐大的資料量將可建立為更客靠的資料樣本，作為相關策略的制定依據，另外Beacon的主動連線紀錄，可確認巡檢人員有確實到場檢查，杜絕紙本作業容易發生的敷衍情事。

放眼未來趨勢，機械手臂已成為自動化與智慧化廠房的代表性設備，隨著大陸人工成本的高漲，各製造業者也逐漸加快導入速度，而機械手臂與人員的共工也勢在必行此，在此態勢下，工安規範的制定更行重要，無論是機械手臂的內部設計或外部巡檢制度，業者都必須審視本身特色，與系統整合商級配合，方能制定出最妥善的相關制度。

*刊頭圖片來源(Source:F&P)