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智慧機械的感官-感測器

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智慧機械的感官-感測器
  智慧機械/智慧製造的核心概念,是將感測器、處理器及通訊網路結合運用於生產流程中,在每個階段導入自動化感知、預測、決策、學習及調整功能。感測器是一種獲取環境或設備變化資訊,透過內建運算功能處理相關數據後,執行資料傳送或其他預先設定功能的裝置。透過準確、自動化地收集大量數據,可用於各種情境下的監測和控制機制,進而實現設備聯網、人機互動達到智慧工廠的目標。
 
  感測器可偵測項目眾多,舉凡力量、磁性、光線、聲音、化學、熱等不勝枚舉,感測器互相結合應用即可達成不同效果,以下列舉感測器與其他技術、設備結合之應用方式:
  • 設備故障預測:運用振動、光學、溫度感測器,偵測馬達軸心、切削刀具的運作數據,結合機器學習分析結果判斷並預測損耗狀況,及早進行保養或設備更換,減少因非預期性故障導致的損失。
  • 提升加工精度及穩定度:在工具機上利用光學、熱膨脹量定位感測器,偵測被加工物件是否偏移、受熱膨脹,再利用補償定位技術確保加工成品之品質一致。
  • 智慧組裝:工廠中常見的機械手臂加上力覺感測、視覺感測器後,可使機械手臂得以動態辨識零組件形狀、位置、角度等,調整適當的抓取角度及力道,提高組裝精度和速度。
  • 智慧檢測:運用3D視覺感測結合光學校正技術避免透視誤差;半導體及光電業運用靜電/磁場感測以降低製程變異及干擾。
 
  依據MarketsandMarkets的研究,全球工業感測器的市場規模到2025年將達290億美金,年複合成長率達9.8%,具有相當大的發展潛力,但在過去的調查分析結果發現,我國目前智慧機械所使用之感測器大多仍仰賴進口,面臨規格限制、價格過高、與既有系統整合度不足等問題。
 
  近年來政府積極推動「智慧機械產業推動方案」,其中很重要的一部份即為鼓勵產學研單位運用我國既有半導體、晶片產業之優勢進行國產感測器研發,以滿足我國智慧製造系統、整廠整線方案及智慧工廠等高階應用需求。
 
  在執行成果方面,科技部協助半導體IC封測廠有效減少成本及循環性損失;經濟部協助車用鈑金產業導入汽車零組件的生產效率專家診斷技術,協助提前預測生產過程問題點,使設備異常發生次數降低,提升生產效能。另外亦協助扣件產業導入設備故障預警模組,有效降低設備非預期故障停機次數,優化產線設備稼動率等。
 
  未來因應IoT、AI與5G技術的應用,工業感測器之發展除必須具備高處理效能、智慧化運算決策與高速傳輸聯網能力之外,亦須積極突破市場限制及技術瓶頸,進行多樣化感測器的微型整合,以適應各類智慧機械如機器人、機械手臂、工具機之需求,相關技術亦可擴散應用至無人載具、智慧交通等領域,進而帶動國內晶片、系統廠商的發展,開闢新的商機。
 
 
參考資料:
  1. 經濟部技術處(2020)。2020/2021產業技術白皮書。https://www2.itis.org.tw/Report/Report_List.aspx?industry=5&ctgy=37
  2. 智慧機械推動辦公室(2021)。推動策略。http://www.smartmachinery.tw/page/about/index.aspx?kind=31 
  3. MarketsandMarkets(2020). Industrial Sensors Market with Covid-19 impact by Sensor (Level Sensor, Image Sensor, Gas Sensor, Pressure Sensor, Position Sensor, Temperature and Humidity & Moisture Sensor), Type, End-use industry, and Geography - Global Forecast to 2025. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/industrial-sensor-market-108042398.html
 
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