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  • 胡竹生三顧茅廬 延攬跨領域專家

    胡竹生三顧茅廬 延攬跨領域專家

     工研院成功打造國內首台能在場域行駛的自駕車,來自於機械與機電系統研究所所長胡竹生,他深知傳統汽車要朝自駕車發展,需要跨領域合作,因此在2017年時,三顧茅廬延攬前蘋果特別產品部(SPG)主管、投入自駕車研究逾20年的王傑智接任機械所數位長,負責打造國產自駕車。 \n 根據波士頓諮詢公司(BCG)預測,2025年自駕車市場達420億美元、2035年自駕車將占汽車銷售的25%,各國看好自駕車商機,爭相競逐發展。工研院擘劃2030技術策略藍圖,就把研發自駕新科技列入。 \n 而工研院自駕車推手胡竹生,邏輯清晰,對科技新趨的觀察敏銳,在台灣自駕車尚未蓬勃發展時,他就看好這項科技未來,不斷尋訪機械、車輛電子、電機和資通訊等人才加入團隊,研發自駕車。 \n 胡竹生譬喻,台灣自駕車就像充滿生命力的新生兒,而工研院團隊就像新手父母,在嬰兒生長的旅途中,有責任要讓臺灣自駕車茁壯成長。同時不僅持續提升自駕車的性能,還希望鏈結車用電子與半導體領域,帶動台灣自駕車產業鏈發展。 \n 在胡竹生的自駕車發展藍圖裡,未來自駕車商轉後,將提升車子的週轉使用率,譬如自駕車載乘客到辦公室後,還能去其他地方戴人、取貨物流業也能用自駕車收貨。自駕車不僅僅是開車上路,還將衍生更便利的生活服務,它所啟動的新生活樣貌,才是令人最期待的。

  • 瞄準智慧製造 機器人三大趨勢

    瞄準智慧製造 機器人三大趨勢

     台灣製造業面臨激烈競爭,過去大量生產與低價競爭已非決勝關鍵,如何協助產業轉型升級,是當前的重要議題。根據國際機器人聯合會(International Federation of Robotics,IFR)統計,2018年全球工業機器人出貨量達歷史新高、至38.4萬套,包括汽車、電子、食品和飲料、製藥、塑料及金屬等行業,機器人應用都出現成長,隨著智慧製造發展,傳統機器人已不敷使用,必須朝向多功能、人機協作和聯網化發展,將更有利業者邁向智慧生產。 \n 綜觀工業機器人的發展歷史,1960年代第一台工業機器人在美國誕生,1970年代逐漸在歐美市場興起,當時工業機器人可滿足工廠大量生產的需求,但如今隨著社會消費型態改變,全球製造業面臨急單、少量多樣的生產挑戰,傳統工業機器人也需「改頭換面」,學會新能力,因應新生產模式。 \n 近年正夯的「斜槓」風潮,也吹進製造界,隨著機器視覺、語音和觸覺等面向的技術增進,提升機器人的能力,帶動「斜槓機器人」興起,「斜槓機器人」能於單站作業時提供更多功能,滿足業者多種生產需求,改善以往機器人功能少、加工動作簡單的窘境,未來透過多功能的機器人,將更能滿足客戶的客製化需求。 \n 此外,過去工業機器人體積龐大,希望取代人工完成重勞力、高污染的工作,常應用於骯髒、危險、辛苦的3K行業,工廠考量安全性,會使用圍欄把機器人和作業員隔離,由機器人獨力作業。但現今像3C、醫藥、紡織、食品加工和物流業等產業的機器人使用量逐漸提升,這些產業的特色是產品種類多、產品體積精巧,同時也需要作業員靈活的操作能力,因此需要更小型、可與人共同作業、更安全的機器人,所以機器人朝向人機協作發展,並將軟硬體功能模組化,提供整體的彈性解決方案,滿足當前的製造需求。 \n 而隨著行動數據、物聯網、雲端運算和人工智慧技術如火如荼進展,機器人也朝向聯網化發展,以支援工廠生產系統資訊蒐集與雲端數據交換,增進生產效率和良率,協助業者迎向智慧生產。 \n 為因應近年機器人多功能、人機協作、聯網化的趨勢,工研院也投入開發相關機器人技術,譬如本院的「智慧砂帶機與亮面瑕疵檢測系統」、「線上3D視覺檢測系統」、「驅控式整合關節機器手臂」等,協助業者生產管理更自動彈性,突破智慧製造的升級瓶頸,強化國際競爭力。 \n 在瞄準機器人多功能的動向上,工研院開發智慧砂帶機與亮面瑕疵檢測系統解決從前水五金產線的砂帶機,通常一台只有一種功能的窘境,智慧砂帶機配置兩種砂帶,搭配亮面瑕疵檢測系統,能單站完成由粗到細研磨、拋光,並檢測瑕疵,還能改變砂帶形狀、寬度跟角度來符合各式工件形狀、減少研磨死角,三合一的機型設計能有效利用工廠用地。當前,智慧砂帶機除了應用於水五金產業,更協助全球市占率逾90%的水上摩托車螺旋槳大王般若科技,研磨螺旋槳葉片及分析葉片品質、提高產品良率。 \n 另外,傳統機器手臂採用的接觸式檢測設備,通常只具備2D或3D視覺檢測功能,過去面臨檢測時間長、耗費人力操作、只能檢測小型手機零組件的難題。 \n 為解決此問題,工研院研發非接觸式的線上即時3D視覺檢測系統,結合機械手臂可同時進行2D跟3D視覺檢測,更能檢測大範圍、高曲度的工件,在單站即能完成多樣化產品檢測需求,可應用於航太、車輛運具零組件等檢測,目前已與漢翔航空工業公司合作,檢測其高曲度、大面積的工件。 \n 而在人機協作方面,工研院開發的驅控整合協作型手臂,兼具驅控模組化、小型化、高精度,除了整合馬達、感測器、電源轉換等元件,還可如積木組合,依不同需求組成多軸機械手臂,手臂總重約12公斤、荷重約5公斤、重複精度在正負0.02公釐,可彈性調整臂長與構型,配合業者頻繁變動產線內容。 \n 此外,為迎合萬物聯網的時局,工研院攜手產學研界組成「智慧製造聯網數據加值產業聯盟」,推動跨領域設備聯網標準,讓不同設備聯網溝通無礙,並已參考德國機械公會標準,以及工業物聯網國際主流標準OPC UA(OPC Unified Architecture),制定機器人聯網標準、幫助機器人互相聯網,解決過去機器人沒有共通的數據傳輸標準的窘境。 \n 綜上所述,機器人將更為智慧化與多功能,在製造場域的應用將愈加廣泛,面對瞬息萬變的市場以及勞力短缺,導入機器人已成為必然的趨勢。(本文作者為工研院機械與機電系統研究所所長胡竹生)

  • 工研院機械所長胡竹生:技術是過程 重點在應用

    工研院機械所長胡竹生:技術是過程 重點在應用

     科技發展日新月異,每天都有不同的新科技進入你我的生活,面對如此高速的科技演進世代,工研院機械與機電系統研究所(下稱機械所)所長胡竹生說,技術只是一個過程而已,重點在於我們如何去抓到「受到新技術影響後的市場」,找應用才是未來全球競爭的關鍵。 \n 現在全球自駕車的技術開發風起雲湧,擁有美國加州大學柏克萊分校機械工程博士學位、過去也曾經擔任福特汽車工程顧問的胡竹生認為,技術是一種持續演進的過程,以過去美國三大車廠(通用、福特、飛雅特克萊斯勒)在全盛時期的合計產值可能都超過台灣的GDP,如此大的一個產業他們所能衍生出來的技術研發能量當然很可觀,但是台灣自己也不用悲觀,機會還是在的。 \n 如果自駕車有朝一日真的變成你我日常生活的一部分,那麼應該被關注的,不只是我們可以從自駕車的供應鏈卡到一個什麼位置,而是自駕車風行後,會有什麼樣的「新生意」可做。胡竹生舉例,據了解美國麥當勞約有七成的生意是來自高速公路的得來速外帶,如果以後人們都不用自己開車了,那這樣的生意型態是否會被改變?再如汽車旅館,以前開長途車累了人們會找汽車旅館休息,若自駕車世代來臨,那這些旅館又該如何? \n 「零件當然還是可以做,但是資通訊產生的新服務是台灣可以著眼的利基。」胡竹生說,技術會改變市場的長相,連帶也會衍生後續的新應用,但技術終究會成熟,而服務則會日新月異,台灣廠商可以把眼光放得更長遠、制高點更高一些,想想自己可以在這樣的變化中、創造出一個什麼樣新的位置。就像UBER,他們並不生產汽車,但卻可以在「車子」上找到他們可以做的生意,並且影響很多人的日常生活,某種程度來說甚至還改變了這世界的一些樣貌(減少開車、塞車等等)。 \n 講得更接近目前的社會現況一點,胡竹生指出,對Google、Facebook來說,他們賣的、銷售的重點並不是能提供給人們多先進的技術,而是怎麼用你的空閒時間來賺錢。以往交通時間占掉很多小時,但捷運上路、抑或未來自駕車滿街跑的時候,大家忽然每天都可以騰出好幾個小時(不用開車),這時候消費者會產生新的使用習慣來「打發時間」,而新商機也許就在這裡,值得大家思考。 \n 以工研院機械所跟交大、國家奈米元件實驗室合力開發,並在今年拿下全球百大科技研發獎的「半導體微波退火技術(CINmat)」來說,退火是基礎製造技術的一環,幾乎所有製程中需要升、降溫的產品都要這一道程序。胡竹生說,退火的溫度和速度是門大學問,隨著半導體技術的演進,退火技術也從傳統的爐管到現行的快速熱退火處理(RTA)。但CINmat透過邊界條件的調整,在製程不改變的狀況下、更穩定的進行加溫退火,未來可望擴大產業應用,例如碳纖維製程的退火,利用這項技術可以將增溫的熱能降低,同時精準加熱,更快也更節省成本。 \n 胡竹生說,退火並不是新技術,但透過微波提高精度、擴大應用,是研發的核心精神。但以微波退火技術來說,這只是一種可以用的工具,要怎麼用?可以怎麼用?可以給誰用?就不是開發出技術的人光憑想像就可以一直生出來的東西,需要大家動更多的腦筋才行。

  • 台灣實現工業4.0 關鍵在人才

    台灣實現工業4.0 關鍵在人才

     談到工業4.0的發展,首先要釐清它的定義,目前各國政府、各個組織對工業4.0的定義都不太一樣,其中,歐盟FP7計畫ISM2020定義了工業4.0的三個方向:以使用者為中心能夠快速地自我調整、靈活度高且能自我組織的價值鏈、具備持續發展的能力,此定義很值得參考。 \n 簡單地說,工業4.0就是利用先進的資通訊與知識數位化技術,來建立具備自我決策與持續優化能力的製造系統,這套系統可以自我持續進步,並可被精準評估、預測。 \n 從這個定義來看,「工業4.0」與「工廠自動化」是兩個完全不同的製造模式,工業4.0雖然也需要自動化技術,但是它在通訊技術、控制架構、製造設備、人機介面、人員操作、製程模擬與優化、製造模式等面向上,都和工廠自動化不一樣。 \n 舉例來說,工廠自動化使用的通訊技術,是各個系統商或設備供應商自行制定的通訊標準,工業4.0則建構在統一的通訊標準上;在製程優化上,工廠自動化依靠人的經驗,工業4.0則採用大數據分析與人工智慧的幫助;另外,工業4.0其中的一個理想,是產品/工件本身會攜帶製造程序和製造記憶,有別於工廠自動化的集權式架構,期望能達到最大的製造彈性。 \n 從實務面來看 \n 工業4.0四大特色 \n 但是,符合工業4.0概念的製造模式,和現在究竟有哪些不同的地方? \n *混合客製化與大量製造的生產線 \n 首先是大量客製化。工業4.0強調以客戶需求為中心,工廠生產線不會像以前一樣只有量產生產線,而是混合客製化與大量製造的生產線,這時候需要的不只是資通訊技術,就連產線布局都是一門大學問,甚至,未來有可能廠區內若干機台可自主移動,可以很有效率地依據客戶訂單組成生產線。 \n *透過統計模型預估交期 \n 其次是端到端的智慧製造,工廠的訂單量、出貨量和交貨時程是相互影響的,如果製造業者能夠從這個關係中,建立出一個統計模型,當客戶下單後,在訂單還沒有交給工廠前,只要輸入幾個關鍵數字,統計模型就能預估交期並回覆給客戶。 \n 統計模型模擬出來的結果是否精確,就需要虛實整合系統及資料不斷回溯的幫助,換句話說,統計模型的建立,不是一次就能成功,必須不斷地循環及修正,才能讓預測結果趨近於真實。 \n *製造設計考量製程設備實際狀況 \n 第三個特色是製造設計(Design for Manufacturing),台灣仍然是全球代工業的重鎮,所謂代工是指,客戶開出產品規格,要求代工廠生產,通常代工廠必須面對其可製造性以及大量生產品質一致性的風險。 \n 台灣製造業投入代工領域多年,在不同產業都累積了一定的經驗與技術,這讓台灣的代工業者可在接到客戶訂單時,主動分析客戶所提出的規格能否量產,倘若無法順利量產,還可告訴客戶如何調整規格,這樣的能力就是「製造設計」,這部分在台灣做得很好的例子是晶圓代工,在接到客戶訂單時,就能夠準確的告訴客戶製造程序,交期以及必要的設計修正等。 \n 製造設計做得好,會讓製造的品質與效能大幅提升。但要把製造設計做好,需要的不只是資通訊技術的協助,例如:CAD/CAM,還要思考如何將製程設備的實際使用狀況數位化,反饋至系統內。 \n 因為製程設備被安裝至工廠現場後,不只會逐年老舊,也可能被改裝,如果不能將這些狀況反應至製造設計的評估系統內,那麼系統模擬出來的結果有可能會不夠精確。所以,製造業者要思考的是,如何把現場運作的知識數位化,現場操作人員是最了解製程設備的人,唯有把存在於他們腦海中的無形知識與經驗有系統的數位化與儲存運用,才能做好製造設計,這是台灣製造業目前亟需去建立的能力。 \n *透過系統模擬達到製程最佳化 \n 最後是製程最佳化,以系統模擬製造流程,調整參數後導入實體的製造流程中,並找出誤差值,然後再回過頭來修正,如此不斷循環下去才有機會去達到製造最佳化的目標。要把這件事情做好,則必須提升工廠內部人員的素質與知識。 \n 還是以晶圓代工業為例,長期以來就大量聘請受過研究所訓練的工程師,到工廠內管理製程設備,這些一流人才具備在機械、電機與資通訊等的深入知識,可以從基礎學理上去瞭解機台的特性是什麼,因此,機台的問題比較能從科學化的角度去面對,而不是重複地試錯,只能產生短期的效果。 \n 因此,台灣要實現工業4.0,不只需要有人才願意研發技術,更需要這些人才有決心、有意願,實際走進工廠,親身到製程現場觀摩與學習,光是憑想像寫軟體是不夠的,唯有親自到現場瞭解設備狀況與使用需求,才能產出對製造流程有價值的成果。 \n 知識與人才投資 \n 是工業4.0發展基礎 \n 不論是研發工業4.0的關鍵技術,或是推動落實在生產製造,人才與知識投資都是極為重要的。 \n 相較於有形的資產像是設備、廠房或是原物料等,人才與知識的無形資產,從製造業的角度,確實不容易評估其效益。然而透過人才把知識轉化成價值,卻是工業4.0時代必須具備的基礎。以德國為例,其境內的軟體人才有一大部分都投入製造領域,使得德國在製造領域一直保持他們的競爭力。 \n 再回頭看看台灣,我們有很龐大的資通訊產業基礎,但是投入製造領域的卻相對稀少,如果政府能夠推動更多人才進入製造領域,如果企業主願意改變投資方向,從設備投資轉向知識投資、提供好的薪資和福利聘請一流人才,我相信台灣工業4.0的發展將會指日可待。 \n (本文作者為工研院機械與機電系統研究所所長)

  • 人類夢想的延伸 機器人趨勢大解密

    人類夢想的延伸 機器人趨勢大解密

     機器人對你我來說已經不再陌生,從眾所周知的電影「鋼鐵人」,就可知道大家對機器人的想像!從1963年出版的Marvel漫畫改編,在2008年由派拉蒙開拍的電影,主角一旦戴上頭盔,最炫的是螢幕上顯現的不只是資訊,同時也將投射畫面與真實影像結合起來,這就是穿戴式機器人,讓機器人像穿衣服一樣可以穿起來。 \n 這概念也出現在1979年的電影「異形」,女演員坐在機器人裡面,手握著控制器也是一個穿戴型機器人的雛形。而1999年的「駭客任務」電影則在最後劇情中有人坐在機器人駕駛座打機械蜘蛛的橋段,同一年另一部電影「LIS太空號」,則講述飛船到外太空尋找人類生存星球的故事。電影中的機器人透過全像術(Holography)可以將看到、感受到的完全透過全像傳遞到人身上,甚至將疼痛感都可以透過機器人傳回全像的環境,非常有想像空間。 \n 而另一部也展現機器人概念的科幻電影「聯合縮小軍」(Fantastic Voyage),這部電影於1966年上映,講的是人體旅行的奇想故事。故事說到當腦部受重創的主角,需要修復血管,電影將一群人縮小後放進他血管內,然後跟腦中血塊,及體內不好的東西作戰。同樣的想像也在1987年的電影「驚異大奇航」(Innerspace),故事主角被縮小進行一項機密實驗,結果陰錯陽差進入另一個人的身體,發生一連串故事。這兩部電影談到的都是同一個概念,智慧型的機器人進入人體內。在真實世界中,這樣的場景也開始出現了,就是科學家發明的膠囊內視鏡! \n 電影「星際迷航記」的企業號裡有隻仿人機器人Android,有極其複雜的感測與驅動功能,具有比人還強的複製人功能。而現在一般家庭常見的掃地機(家用吸塵器),廣泛出現在各個家庭中,它厲害的地方是世界上沒有兩個家庭的擺設是相同的,但是它卻用最簡單、原始的感測,只靠一個碰撞感測器就可以短時間將家中地板吸過一遍,去做到複雜感測可以做到的事情,是非常聰明的機器人。 \n 我們從「鋼鐵人」、「異形」、「駭客任務」、「LIS太空號」看到現在漸漸成熟的穿戴式機器人,而又可以從「聯合縮小軍」、「驚異大奇航」這兩部電影看到微型的智慧型機器人,就是膠囊內視鏡的前身。另外,「星際迷航記」的仿生機器人則轉變為我們十分依賴的家用掃地機,電影大夢真的已經陸續在你我生活中出現了! \n 機器人本身就「智慧」來說,有非常嚴謹的定義,一是能夠適應或生存於未知環境中,二來是跟家用吸塵器機器人一樣,能夠自我產生適當行為或行動去完成某件工作,第三是能自我定義一群工作以完成某個目標。其精髓就是能針對不確定性去定義工作內容完成目標。 \n 從自動化、智動化 \n 到生產力4.0 \n 而機器人如何運用在工廠自動化中?早年工廠需要機器人以自動化設備及規格大量生產,近年為了因應市場產品少量多樣需求,自動化已提升到「智動化」。以成衣市場來說,推陳出新的樣式及產量都變化快速,如何精準算出備料與銷售量、以滿足客戶的需求,讓自動化必須進一步提升為智慧自動化(簡稱智動化),其中所採用的機器人需具備智慧決策能力,智動化產線就可以進行彈性製造,藉此提升企業產能及效益。 \n 近年台灣製造業在國際市場面臨先進國家與開發中國家前後夾擊,為滿足大量客製化生產需求,未來勢必將轉型為虛實整合的智慧工廠,在有限空間、人力條件下,搭配具有多元感測與聯網功能的智慧機器人,串聯製造與服務供應鏈體系,全面提升生產力與附加價值。 \n 國內產業面臨缺工及升級轉型的課題,行政院早於100年就核定了智動化產業推動方案,並且成立專責辦公室,協助政府推動我國智慧自動化產業發展,經濟部智動化產業推動辦公室整合了國內自動化廠商、法人及大專院校能量成立「智慧自動化服務團」,4年多來已經提供了中堅企業、根留台灣及回台台商929家廠商智動化諮詢診斷服務,並且輔導140家廠商導入智動化生產,促成廠商新增產值213.4億元、帶動投資55.5億元;另外,輔導建置包括3C、3K、金屬加工等22個示範案例,協助解決產業32項生產瓶頸,並藉觀摩成功擴散81家廠商導入智動化,新增產值達新台幣203億元,更協助拓展國內外255案合作商機。 \n 全球先進國家無不積極推動先進製造以增強國力,台灣產業面臨著巨大挑戰,最讓業者感到困擾的,莫過於勞動人力短缺及人均生產力成長趨緩問題,有鑑於此,政府啟動了「生產力4.0」計畫,廣納德國虛實合一的工業4.0、美國的再工業化AMP(先進製造業夥伴關係)計畫,同時結合日本的精實管理,期能運用物聯網、智慧機器人及巨量分析資料等科技協助,導入製造業(電子資訊、金屬運輸、機械設備、食品、紡織)、服務業(零售物流、醫療)以及農業等重點產業,建構生產力4.0創新營運模式,不僅可解決缺工問題,同時藉由人機協同工作的訓練,提升人員素質後,讓台灣產業更具國際競爭力,藉此加速整體產業結構優化,進而搶占全球高階市場商機。 \n 目前政府優先選定具備IT及智動化基礎的中堅企業及其供應鏈,導入生產力4.0智慧製造。未來將結合相關公協會的能量,成立生產力4.0跨領域服務團隊,共同協助台灣廠商逐步導入生產力4.0,達到升級轉型,提升國際競爭力。 \n 18世紀末,人類藉由水和蒸氣,進入機械化生產時代,20世紀應用電力,生產變得更有效率,不到50年的時間,電腦、數位科技進入工廠,更增加精密度與效率,現在,加入物聯網,智能工廠的潛力即將爆發,加入網路後的智能工廠,將和競爭對手產生區隔性和不可取代性。 \n 好萊塢電影為大家帶來機器人豐富的想像力,在真實生活中,當融合消費者需求應用的物聯網和生產力4.0結合,生產變成從設備自動化演進成工廠智慧化,少量多樣、分散製造、快速回應將成為製造業競爭的核心。(本文作者為工研院機械所所長)

  • 工研院彭裕民、 胡竹生 分任材化、機械所所長

    工業技術研究院 (17)日布達新人事,原企劃與研發處長彭裕民博士擔任材料與化工研究所所長、機械與系統研究所技術總監胡竹生博士升任所長。 \n \n企劃與研發處長遺缺則由機械與系統研究所副所長擔任,工研院期望借重3位主管在跨領域創新科技管理及專業研發能力,深化國內產業的發展。 \n \n工研院董事長蔡清彥表示,工研院的使命比個別產業還重大,台灣產業轉型的希望在工研院,也在所長及每一位「工研人」的身上。他期勉透過一棒接一棒的傳承,以新創事業來協助產業發展及轉型升級,才能帶動台灣產業不斷往前邁進。 \n \n工研院院長劉仲明在布達典禮指出,近年科技產業發展的幾個方向包括物聯網、智慧行動裝置及製造業的智慧化與製程智動化,對於安全電源、智慧製造機器人的需求可望快速成長,開放式創新與產業合作是工研院目前最重要的任務,期許3位新任的主管能夠以跨領域的整合管理經驗,帶領團隊加速鏈結產業,協助產業轉型升級,創造經濟價值。

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