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机器人系统整合创新应用与未来趋势

时间:2013-5-23 9:45:11   来源:    浏览: 2967次

前言

机器人学是一项能够革新製造业的关键性转型科技(Transformative Technology)。「机器人系统」包括机器人硬体装置、软体、週边设备、加工或服务对象。「机器人系统整合」意指上述各项目之有效结合,使机器人系统更符合使用者需求,亦即包括机器人零组件成本降低、系统效率的提高、更加节能减碳等等。而「创新应用」则是指机器人系统及其週边设备、加工物件或服务对象的创新结合,应用於不同领域。经济学人(The Economist)预测:未来新型整合技术发展将使製造作业可能因為「加式」(additive)製造技术(有别於传统工具机切削加工之“减式技术”),或「三维印刷」技术(three-dimensional printing, 3D printing)而起革命性的变化,生產个人化的零组件将是司空见惯的事。而机器人学和生物机电、生命科学等技术之跨领域整合,也极有可能让身障人士瘫痪的四肢恢复正常活动。

 




一、製造业智慧自动化的过去与未来

1980年代美国汽车製造商在日本对手的竞争压力下,曾经想用完全自动化生產模式来击败竞争对手,但并未成功。日本汽车製造商以生產技术的提昇而非全自动化生產取得了市场销售的胜利。时至今日,在新世代的製造业变革中,将有许多新的生產方式降减了现场的人力需求。机器设备将愈来愈有智能,操作也更加灵巧。以日本著名机器人厂商发那科(Fanuc)為例,其生產线自动化的程度,已达到机器能在无人监督的情况下进行长达数周的生產作业。其他包括雷射切割与铸造等產业也有实施无人作业生產方式的案例。

製造业的人力需求将大為降低,但这些自动化机器设备仍需要人力去保养维护、设定程式以进行正确的运作。原本的机器作业员将转变為机器的监督者,并需要更高的技能水準以因应新的工作内容。目前在半导体以及平面显示器面板的製造方面,由於其作业现场环境的洁净与精密等特殊要求已几近完全的自动化;但在诸如电脑或手机零组件的装配方面,则需要更高精度的机器才能实现。现今的工业机器人在不断的改良精进下,已愈来愈擅长精密的组装作业。不过工业机器人系统除了本体价格之外,加上技术专家的规划、设计与调整测试等费用,其总成本仍居高不下,对於有财力投资的汽车、半导体、面板等厂商或许值得,但对於中小企业而言则显得昂贵且缺乏弹性。



未来的趋势将有所改变,新世代的生產线机器设备将更便宜且容易操作,它们并非完全取代人们的工作,而是和现场作业员协同合作进行生產。对新一代的机器设备而言,拾取零件、装配运送、包装储存、分类清扫等等任务皆能驾轻就熟。尤其对於规模较小的企业,為催生上述新型机器设备的努力仍在进行当中。目前多数工业机器人仍然被安全栅栏所围绕以防止意外伤害,但德国佛朗霍夫研究机构参与了一项计画,欲研发出对於生產线旁作业人员安全无虞的机器,而且这些机器设备能够藉由语音等新的方式进行操控。



前麻省理工学院教授Rodney Brooks (iRobot公司共同创办人)曾预测,目前工厂所使用的工业机器人水準和早期办公室的电脑主机类似。当时这些大型电脑主机由专家操控,一般大眾无法接触他们,直到个人电脑的出现。2008年,他另成立了“Heartland机器人”公司,其愿景為“机器人将改变我们的工作模式”。该公司在机器当中投入於与个人电脑俱备同等功能机器的生產。以丰田(Toyota)為例,该公司拥有精实生產(Lean Production)技术和高度训练的生產线工人,一旦机会成熟,即能提出大幅增进生產力的想法与做法。Brooks教授指出,如果工厂拥有便捷好用的机器,他们的生產力将进一步提高。促使这些新机器与创新的製造业科技相结合,将会带来一场製造业的伟大复兴。



1.未来的微型工厂

日本经济產业省的「未来製造情境」(如下图1)有以下的应用想像:微型化製造、智慧自动化、新材料/再生材料与人性化介面。时至今日,设立一座工厂的资金成本仍然很高,常令投资者难以负担,而投资回收期也太长,故对於新创企业,集资仍是眾所周知的瓶颈。麻省理工学院微机电系统(MicroElectroMechanical Systems, MEMS)工程专家Martin Schmidt也预测,某些尖端生產科技能够降低这些资本成本。Schmidt从一些製造小型装置,例如微型感测器的公司开始著手。他认為,製造该类微型產品的生產设备有可能也变得精巧,甚至和桌面大小差不多,这些微型生產设备降低了资本成本。由以上发展可见日、美两国专家对於未来「微型工厂」的想法趋於一致。

四、结论

从近期机器人系统与智慧自动化技术的发展与应用,可看出在工业机器人的现有基础下,欧美日等国均致力朝向生活领域应用机器人技术。放眼未来,先进国家皆将致力於工业机器人智慧自动化技术之精进,并强调绿色节能与环保之製造,以巩固製造业的根本,提升本国產业的竞争力并兼顾环境的永续发展;而另方面亦朝向医疗照护与各式服务型机器人进行技术蓝图发展规划,以因应社会与环境的转变。未来机器人系统与智慧自动化技术必将更广泛地应用於你我的工作场所与日常生活当中。

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