工業技術研究院

隨著工業4.0、智慧機器人等技術發展與突破，傳統產業也有機會變得智慧又聰明。迎合此趨勢，國內第一大衛浴品牌和成欣業公司，於水龍頭研磨拋光產線上建置智慧化製程，有了工研院的技術加值，成功跨過最關鍵的一哩路，成為臺灣水五金傳統產業邁向工業4.0的最佳典範。

走進和成欣業位於桃園鶯歌的廠房，可看見一台台機器手臂正在辛勤地「工作」著，只見機器手臂穩穩夾取一只多曲面的水龍頭粗胚工件，送到帶子不斷滾動的砂輪機前，只要幾分鐘的時間，就能完成一只水龍頭的研磨工序。

完成研磨工序，機器手臂會把水龍頭再夾到柵欄前方的輸送帶上，且一一地整齊排列好，這一系列的自動化製程，後端系統還有所有製程紀錄，以利產線管理人員可進行分析運算，實現各種智慧化應用，落實工業4.0的智慧生產、智慧決策的生產模式，成為國內少數迎向工業4.0的成功典範。

人工拋光研磨問題多　工研院一次解決

由於水龍頭等水五金造型複雜且多變，傳統水五金研磨拋光絕大部份使用人力研磨，往往都靠著老師傅的經驗傳承，一名新學徒大概需要花六個月的培訓時間。然而，傳統水五金研磨拋光現場總是高溫、且充滿粉塵，作業員必須戴口罩在惡劣環境中工作，這讓國內水五金產業在研磨拋光製程一直都面臨人力缺工問題。

為讓國內更多製造業加速邁向工業4.0，工研院在經濟部工業局的指導之下，特別辦理「金屬機電產業推動計畫示範案例觀摩暨座談會」之和成欣業──水龍頭研磨拋光產線建置計畫示範案例，希望藉著成功經驗的分享，於產業擴散連鎖效益，進而促成整體產業升級轉型。

工業局產業推動辦公室經理呂志濠在案例觀摩會時指出，在經濟部工業局舉辦的多場觀摩會中，和成欣業可說是參與人數最多的一場，可見國內金屬加工業對智慧自動化的高度期望，希望透過這次示範觀摩，能加速促進我國邁向「智機產業化、產業智機化」，厚實國產智慧機械自主供應鏈的能量。

不過，導入智慧自動化是一條漫長的路，每一個個案的狀況都不盡相同，需要更多的智慧集結。因此，產官學研各界應該攜手努力，一同促進更多成功的智慧自動化導入案例，達到我國製造業轉型升級的目標。

「傳統產業是不是夕陽工業，取決於企業的策略，和成欣業雖然是傳統產業，但是持續透過注入高科技，積極求新求變。」和成欣業副總經理康水竪指出，企業要不斷創新改變，才能在機會來臨時，承接住契機，使企業向上躍升蛻變。

因此，和成欣業自1931年成立以來，85年來不斷透過創新邁向永續經營，早在1998年就向歐洲廠商引進三台機器手臂進行水五金研磨，單站式地導入自動化生產。

然而，使用歐洲的自動化設備與技術，後續維修以及軟體更新就面臨很大的問題，無論是零件的替換、新款工件的研磨程式設定等，都必須耗費龐大成本請國外的技師到廠；有鑑於此，當工研院於2015年找上門來，詢問和成欣業是否願意導入工業4.0的智慧自動化生產線時，和成欣業爽快地一口答應。

「這次導入智慧自動化，終極目標是實現水五金製造流程24小時無人化，」康水竪接著說，目前臺灣傳統製造業多面臨找不到人的原因，要面對缺工問題，最好的解決辦法就是發展自動化。由於水五金生產最難自動化的區段就是研磨拋光，在與工研院深入討論之後，決定先以研磨拋光為先行示範區。

康水竪解釋，傳統人工拋光研磨除了作業員必須付出大量勞力外，也有成品品質不穩定、產能有限等疑慮，即便是導入歐洲機器手臂實現自動化拋光研磨，仍存在機器人技術門檻高、人工教點耗時、換線時間冗長與機器人精度偏移等問題。

談到與和成的合作契機，工研院機械與機電系統研究所智慧機器人技術組組長游鴻修指出，早從2014年，工研院就與水五金相關業者進行密切討論，盤點產業的生產流程以及面臨的問題，發現水五金產業在拋光研磨製程存在著工作環境粉塵瀰漫、招工不易、加工品質仰賴人工判斷、新工匠必須透過實作累積技術，導致產業出現研磨技術斷層等問題；就算已經導入自動化生產的廠商，也多使用國外提供的機器系統，使用門檻高且後續維修受限，導致加工技術難以升級、產能也無法擴大。

導入自動化拋光研磨　同時提升勞工價值

為解決產業存在的種種難題，工研院率先在和成欣業廠內導入「網宇實體系統（CPS）研磨拋光機器人系統」，為和成欣業打造聰明、容易使用、虛實整合的智慧自動化系統，成為國內第一條CPS水龍頭研磨拋光機器人智慧產線。

只要將水五金的3D模型檔案載入軟體，便可聰明自動生成加工路徑，並轉換成機器人語言，同時還能進行線上精度監控，不但順利解決缺工問題，也有效提升生產品質與效率。

以解決缺工問題為例，康水竪指出，透過工研院CPS研磨拋光機器人系統，產線管理者只要將水五金3D模型檔案載入軟體，一天便可完成機器手臂的教導，而且與國外機器人大廠機器手臂相較，同一件工件的研磨時間至少可縮減10%以上，在曲面、稜線處的研磨品質也更比國外機器手臂更佳。

相較於傳統人工研磨單一水龍頭需要10分鐘的時間，如今，和成欣業導入工研院的研磨拋光機器人技術後，研磨時間大幅縮短到一半不到；更重要的是，現場作業員可升級成為產線的管理者，一次管理產線上多台機器手臂，同時克服研磨人力短缺與品質控管的問題。康水竪興奮地說，精省下來的人力可以進行更具創新性的工作，如設計、研發等，在導入自動化的同時也提升勞工價值，達到提升生產效率、促進產業轉型升級的目標。

軟硬整合＋線上分析　工研院技術含量高

深入觀察和成欣業智慧自動化系統的技術含量，游鴻修指出，工研院為和成欣業導入的智慧自動化系統，整合了感測器、計算、通訊與控制於一體，透過CPS軟體系統的計算，自動生成機器人研磨拋光加工程式，接著利用通訊網路把完整的拋光研磨作業資訊即時傳送到機器手臂，透過感測器蒐集資訊，可將水龍頭粗胚研磨拋光加工路徑記錄起來，藉此優化研磨拋光的作業程序。

值得一提的是，這次和成欣業導入的工業用機器人，乃是採用國內機器人廠商勤堃機械的產品。游鴻修表示，勤堃機械機器手臂EverRobot搭配工研院MIO機器人控制器，具備快穩準、提升精度、最佳化運動軌跡、容易使用、智慧感測、安全檢知、軟體加值平台等多種特性；另外，機器人上搭載的機器人與自動化模擬器（AssasSim），能夠分析物理作業，並以視覺模擬、力量感測等模擬進行演算分析，使機器人可以任意夾取堆疊物件。

此外，透過CPS研磨拋光機器人技術軟體（EzSim），可以自動生成加工路徑，並讓機器手臂建立研磨路徑模擬。游鴻修進一步解釋，EzSim的「使用者互動模式選擇」功能，讓使用者可透過工件多視角選項，轉換工件正視圖、右視圖與上視圖，再透過旋轉、平移與縮放等功能，可更精準規劃加工路線；之後，使用者可透過工件的點、線、面特徵選擇，擷取模型表面資訊，對路徑形式等工序，輸入適當的參數。

有了加工路徑後，使用者還可透過EzSim軟體的加工路徑管理介面，根據砂帶機實際擺放來設定軟體模擬位置，並在模型上選擇路徑研磨的接觸點；此外，內建的機器人加工路徑模擬器，可透過多種機器人夾具進行運動模擬，檢查路徑是否超過各軸限制，測試設備是否會出現互相干涉，以及機器手臂會不會卡住等問題。

產官研持續攜手努力　邁向智慧製造大願景

經過短短一年多的時間，工研院與和成欣業成功導入水五金研磨拋光自動化生產，成為國內製造業邁向工業4.0的示範案例，掌握智慧自動化軟、硬體關鍵技術，必須歸功於產、官、研各方資源的完整整合。

游鴻修回憶，在經濟部技術處的支持之下，工研院成功開發出機器人控制器與CPS研磨拋光軟體系統，而和成欣業原本使用德國機器人做研磨，願意率先示範，導入工研院的智慧製造解決方案，除了展現其創新能量之外，也成為國內傳統產業邁向自動化生產的領頭羊，藉由經濟部工業局的產業推廣應用，希望可將工研院在智慧製造的技術能量加速擴散，嘉惠更多有需要的廠商。

展望未來，康水竪強調，和成欣業絕不會在智慧自動化這條路停下腳步，除了可能進一步將廠區內所有研磨產線都導入工研院的技術外，也不排除在水五金的其他製程導入智動化，實現和成欣業24小時自動化生產的目標。

游鴻修則提到，德國投入機器人研磨解決方案發展已經長達20多年，工研院能在最短的時間就完成實際產線的系統建置，關鍵在於工研院的創新軟體技術，可以把加工的數據量化，透過對資料分析回饋，修正製程的參數。

在未來，工研院將持續推動各項技術創新與系統整合，期能讓機器人可以像人一樣有眼睛、像人一樣具備高度的工藝，要達到這目標，必須研發更為創新、聰明的控制與感測系統，讓生產流程可以蒐集更多資訊，並發展人工智慧與深度學習等技術。

面對全球經濟劇烈變化、各種新科技傾巢而出，製造業必須不斷求新求變，才能維持競爭力，隨著智慧自動化風潮來臨，臺灣製造業想要邁向永續發展，追求智慧製造，加速轉型升級成為不可或缺的關鍵。