台灣的智慧製造

協作AI機器 (CoRobot)手臂如何幫助台灣的物流業半導體晶圓蒸鍍與機械精密製造增加工作效率

台灣位於西太平洋的海底斷層邊緣,是一個幾乎沒有任何天然資源的小島,只有勤奮的人民與勇敢創新的企業家。當2019年由中國武漢P4實驗室外洩的冠狀病毒開始蔓延全世界後,有百萬人因感染病毒離世,有些國家被迫封城,企業採取在家工作的方式避免疫情影響運作。位於南臺灣的物流業長呈,是主要的五金配發物流業,在疫情期間苦於員工大量短缺,傳統出貨時需要大量人力按照訂單從倉儲四萬個零配件中挑選對的物品,就成為營業主管的噩夢。

經過30幾年的發展,台灣的半導體製造已經成為台灣的護國神山產業,先進製程的晶圓製造佔據全世界90%的產能。在晶圓製程中的晶圓蒸鍍是一件單調但是又非常重要的步驟。要將一片片的晶圓準確的放入誤差不到 0.5mm 的半圓形蒸鍍承載台上,將特殊的材料”貼”到晶圓表面。如果沒有精確的崁在正確的位置,造成晶圓滑落,或是汙損表面,就損失2~3萬元。

達明機器人開發了視覺型協作機器人,不需要將機器手臂關在籠子裡,以避免旋轉時傷及人類。以AI 自動學習標記的方式,學習從虛擬建構的五金零件中,找出適合的抓取點,將需要撿出的零件取出移到出貨的箱子裡。這個視覺型協作機器人解決長呈人力不足的問題,同時也減輕員工的工作負荷,增加工作效率。同樣的方式,具有視覺的達明機器手臂,藉由相機識別晶圓的尺寸,AI 配定抓取位置,然後精確地崁入蒸鍍承架上。視覺型協作機器人替人類精準的完成繁複的晶圓製程中一項重要的工作。

達明機器人應用在半導體生產

富田電機原本是做工業電動機的廠商,一個電動機的重量大約是400公斤左右,在2006年時,特斯拉要開發一款全部依靠電池驅動的電動汽車,找上富田電機,規格要求重量要小於60公斤的電動馬達,經過與特斯拉反覆的驗證後終於開發出符合規格的電動馬達。之後特斯拉的故事大家也都清楚了。之後日本的汽車大廠也找上門要開發特殊的電動馬達,要將混合動力引進在現有車種,延長電動汽車的行駛距離。並且要將差速器,齒輪箱,逆變器,電動馬達、發電機、DC轉AC,接線盒全部整合在一個28吋行李箱大小的範圍內。在2016時全世界對電動車的需求與日俱增,富田電機的廠能已不符合需求,當訂單開始流失後,為了要擴大產能,引進自動化與人工智慧技術,每一個元件生產時就會產生一個QR code,作為生產履歷的依據。電動馬達的轉子是非常重要的元件,在高速轉動時質心就會有偏差,偏心的轉子會產生噪音與震動,並且性能較低與不安全。平衡轉子是製造高品質動力系統的關鍵要素。使用人工調整轉子質心需耗時一個小時,透過自動動平衡調整,只需4分鐘就可以調整一個轉子。為了因應訂單增長的需求,富田電機的22個工作站必須要在7分鐘內完成一個7合一的電動馬達組裝,需要上百顆螺絲以準確的扭力固定,每一顆的螺絲透過電動伺服電槍拴緊,紀錄扭力值,提供客戶將來故障排除的依據。透過智慧機械與智慧造,富田電機已成為電動車的驅動力。

不管是飛機的渦輪噴射引擎的扇葉,或是汽車的輪圈,現代工業牽涉到製造金屬零件時都需要”製造機器的機器”那就是工作母機。台灣是全球第五大工作母機出口國。1950年成立的台中精機除了提供工作母機外,也因應智慧製造工業革命4.0 的產業升級需求,必須提供客戶生產線的規劃,減少製程的需求,找出製程的瓶頸,提供解決方案。加工不同的物件時就需要不同的刀具與夾治具,以人工更換非常耗時耗力。台灣精機引進智慧生產的方法,建造四條智慧生產線,運用機器人運輸、加工。使用機器手臂進行車床夾頭的更換,這一條智慧產線可加工的工件達到70種不同的樣式,以機器人更換夾頭的速度是人工的6到8倍。同時為了要達到精密加工的需求,台灣精機建構了AI 實驗室研究金屬加工熱變位,透過AI 技術發展出熱補償技術,車床不用熱機,能將精度保持在0.1mm。減少二次加工的需求,增加產品的精度,也減少廢品的產生。

台灣智慧機械成就

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