自動化與機械手臂建置大解密

許多工廠為了追求智慧化、達到工業4.0的領域，便不斷購入設備，想利用自動化來全面提升產能、降低人力成本，但這樣做真的能替企業主們帶來最大效益嗎？

全球知名運動用品自動化的困境

為了追逐低價人力，全球運動鞋品牌龍頭在2016年決定與台灣代工大廠合作，攜手開發自動化技術，想要把機台跟原物料送進墨西哥，打造以機器取代人工的製鞋工廠！

沒想到才短短兩年時間，這項合作便宣告失敗，損失高達數千萬！這之間面臨哪些問題？哪些又是我們可以引以為鑑的呢？

工廠自動化的誘因

在快時尚潮流引領下，無論是衣服還是鞋子品牌，都陷入短則24天，慢則45天便需要重新產生「潮流」的窘境。因此各大品牌都想要以機器取代人力大量生產，但以製鞋業來說，要想產出一雙球鞋，需要經過400人之手，複雜程度比手機還高！而這樣的情況下會造成生產過程中還會出現哪些問題呢？

打造自動化工廠的困難點

1.標準化困難：製鞋業屬於傳統勞力密集型的產業，以球鞋來說，為了製造複雜的花紋與樣式，每一款都需要現場實作調整，逐漸累積經驗，依靠電腦與機械完全取代人力並不容易。

2.產品生命週期短：在快時尚潮流的引導下，產品汰換速度日新月異，市場需求反覆，企業們都要想盡辦法縮短製造週期、提升出貨能力，但機器、模具、人力是否能跟得上腳步是一大問題。

3.成本提高：想要從傳統生產模式轉型成智慧製造，需要在機械設備這部分必須投入一定的成本，自動化的規模越高，代表投入的金額也越可觀，成本攤提時間相對變長，甚至會讓整體效益降低。

從上面製鞋的案例來看，我們可以知道對於製造業者來說，無論是哪個產業，想要打造智慧化的生產環境，絕非單單只是導入自動化機器，便想要由機器取代人力，完成全部事情，而是要不斷思考與改良，創造出一個更適合人類和機器一起合作的環境，才能提高產能與產值。

當我們從製鞋業的角度轉回CNC加工產業時，智慧製造轉型需求依舊相當熱烈，自動化市場商機蓬勃發展，但若是想以機械手臂取代部分人力，到底該怎麼做才能將產線與設備完全整合，整合後又會帶來那些效益呢？

機械手臂建置大解密

機械手臂在產線上就是幫助我們將事情做對，但還是以人機協作為主，只有讓機器知道怎麼做對的事情，才能真正靈活運用，帶來產值。因此，如果導入機械手臂卻沒有透過物聯網（IoT）和感測器等技術連接生產設備串連在一起，便無法發揮作用。

利用IT+OT讓機械手臂更聰明

想要打造自動化的環境，並非只是專注於OT（營運技術）建置（導入機械設備和打造生產環境現場）就可以成功的一件事情，更需要結合IT（資訊技術）（資料數據的蒐集、傳送、儲存和保護）。只有將資訊數據與機械設備深度融合，才能掌控各種機台設備實際運作狀況，打造靈活應變製造現場。

因此我們可以將機械手臂生產數據拉進邊緣伺服器，與設備採集數據資料一同整合，做到功能與效益的加值，例如：傳統加工的流程是，今天要做A工單，必須先把A工單相關程式輸入CNC加工機內，再由操作人員到機械手臂後端的人機介面挑選程式，才能進行生產。但只要做好IT+OT的智慧建設，便會自動將工單內所需的程式自動輸入CNC加工機、手臂，不需要再經由人力操作，還可以蒐集機械手臂的稼動數據資料，並藉由數據判斷異常狀況、生產時間、電流監控、夾取數量，做到數據採集和即時記錄。至於設備維護保養部分，更不用像以前一樣以紙本記錄、勾選，而是可以拍成照片後儲存，等到下次保養時便會提前做提醒，確保攤提時間拉長。

機械手臂建置流程

1.前期訪談規劃：以標準化、模組化的流程建置，可將初級建置時間縮短為2-4週。

2.產線外觀盤查：由專業人員實際到現場做訪談，確認哪些產品適合由機械手臂取代人力，並能在第一階段開始執行、達到目標效益。

3.設計與規劃：將產品尺寸大小、機台設備、現場環境做整體評估與規劃，確認是否可執行。

4.雙向需求確認：完成規劃書後，需要和生產方（買方）高層長官提案跟報告，確認設備方（賣方）的設備專業是否能與生產方的生產專業、需求融合，確保雙方都可以接受，才能進到下一步驟，而這也是整個流程中最重要的一部分。

5.開始實際執行：完成上述的整體評估與規劃後，才能開始導入與執行。

機械手臂價值與效益

機械手臂到底可以帶給企業哪些效益呢？可以從以下幾點來看：

1.人員因素影響降低：一直以來生產線中，「人」才是最不可控的因素，無論是缺工導致產能不足、無法如期交貨，造成損失，甚至被罰錢，還是因人為操作不當而導致職災發生，現在都可以利用手臂解決這一難點。

2.即時記錄數據資料：早期以紙本抄寫紀錄（屬於後期數據，無法及時運作），也沒有生產履歷，無法掌控機台設備狀況，提高加工成本。

3.產品品質提高：傳統以人員操作機台設備難免有失誤、員工水平良莠不一，也讓產品品質無法統一、產量不均。

4.降低成本：傳統加工方式時間難以計算，成本抓不準，而以手臂取代人力，便可以自由控制產能與時間。

機械手臂應用案例分享

在機械手臂如何降低加工現場人力成本？中，已經詳細介紹過CNC加工廠的痛點、機械手臂運作原理、挑選要點與應用效益，但是口說無憑，紙上談兵終究是難以讓人實際感受到，因此我們就來看看以下各家的困難處以及改善後的效益吧！

金屬相關製造業（以做噴槍為例）

◎面臨問題點：

1.設備稼動率低下：人力不足導致設備閒置，平均設備稼動率僅有53%。

2.品質不良損失：產品品質無法穩定統一，退貨導致一年的生產損失高達數百萬。

3.人力不足：訂單爆量時，卻面臨無足夠人力可三班輪班24小時生產，無法如期交付訂單的窘境。

◎改善後成果效益：減少停等時間，提高稼動率，生產效益提高兩倍。

以1手臂對應2台CNC加工機，加上自動送料台的運作方式，減少停等時間，不僅可以解決人力問題，產線利用率也提高20%，而機械自動標準化生產，更讓產品不良率降低20%。

金屬相關製造業（以生產自行車零組件為例）

◎面臨問題點：

1.設備稼動率低下：平均設備稼動率僅有45%。

2.設備建設成本高：手臂導入成本高，動輒好幾百萬，不敢貿然投資。

3.人力不足：缺工問題導致產能不足，造成即使有訂單也不敢接的情形。

◎改善後成果效益：縮短機械設備建置時間，提高設備稼動率、人力利用率。

採取1手臂對應1台CNC加工機，加上抽屜送料台，可以即時補充來料，減少機械設備停等時間，產線人力利用率更提高25%，並搭載機聯網提高設備稼動率22%，且以模組化導入方式，不僅降低成本還能縮短建置時間、停機時間，打造高彈性生產線。

金屬相關製造業（以工具箱製造為例）

◎面臨問題點：產品體積大，搬運困難，人工堆放棧板費時費工，進度難以控管。

◎改善後成果效益：減少人力需求，降低產品夾取出錯率。

利用大型機械手臂+條碼掃描技術，輕鬆辨別產品，讓機械手臂可以同時應付不同產品，變換夾取力道，降低出錯率和找不到產品的風險，減少人力需求以及職業災害產生。

如何運用不同自動化設備在各產業內協助人們執行工作已是必然趨勢之一，目的便是帶來倍數效益，但無論是導入機械手臂還是其他自動化設備，都要謹慎評估與明確訂好最終目標後，才能一步步逐漸導入，否則只會是竹籃打水一場空。

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參考資料：巨緯科技