工業(yè)4.0與智慧工廠成為製造業(yè)的重要趨勢(shì)，而要讓智慧化願(yuàn)景成真，自動(dòng)化架構(gòu)勢(shì)不可免，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，智慧化是自動(dòng)化的延伸，透過(guò)設(shè)置於自動(dòng)化機(jī)臺(tái)上的感測(cè)器與控制器，擷取設(shè)備各類(lèi)數(shù)據(jù)後，再由後端系統(tǒng)分析，以制定相關(guān)策略，令設(shè)備的自動(dòng)化動(dòng)作有其智慧意涵，在自動(dòng)化系統(tǒng)中，機(jī)械手臂向來(lái)是極重要的一環(huán)，設(shè)置於產(chǎn)線中的機(jī)械手臂，與作業(yè)人員共工的機(jī)率相當(dāng)高，因此如何避免人員為機(jī)械手臂所傷，就成為機(jī)械手重要設(shè)計(jì)。

目前的機(jī)械手臂發(fā)展可分為線性手臂、SCARA手臂、關(guān)節(jié)多軸機(jī)械手臂等，其應(yīng)用各有不同，線性手臂與SCARA手臂多用於體積較小、重量較輕的零組件組裝，關(guān)節(jié)式多軸手臂則有依其設(shè)計(jì)，分為小、中、大、重型等4種區(qū)別，20kg以下為小型、20kg～60kg為中型、60kg～300kg為大型、300kg以上為大型，由於關(guān)節(jié)式多軸機(jī)械手臂的抓取物有一定重量，且產(chǎn)線效率要求下，動(dòng)作速度都相當(dāng)快，重力加速度所產(chǎn)生質(zhì)量相當(dāng)大，若與人體發(fā)生碰撞，極容易受傷，因此中、大、重型關(guān)節(jié)是多軸機(jī)械手臂，都會(huì)使用圍籬作業(yè)人員區(qū)隔，避免發(fā)生碰撞。

機(jī)械手臂工安SOP

目前機(jī)器手臂圍籬可分為實(shí)體與光柵兩種，實(shí)體圍籬以金屬製成隔板或網(wǎng)狀，阻絕人、物的進(jìn)入，光柵顧名思義就是以光線隔絕，這兩類(lèi)架構(gòu)都會(huì)與機(jī)械手臂鏈接，若有人強(qiáng)行進(jìn)入，機(jī)械手臂會(huì)即時(shí)停止動(dòng)作，以防誤傷人體。

機(jī)器手臂的圍籬通常在導(dǎo)入初期就會(huì)一併設(shè)計(jì)，由於現(xiàn)在這類(lèi)圍籬產(chǎn)品的技術(shù)不難，導(dǎo)入也容易，製造業(yè)者通常找系統(tǒng)廠商直接安裝，這種方式通常不會(huì)設(shè)計(jì)整套的工安標(biāo)準(zhǔn)流程，其安全防護(hù)僅在機(jī)械手臂動(dòng)作期間，或許有人會(huì)認(rèn)為，機(jī)械手臂在未動(dòng)作時(shí)不會(huì)發(fā)生意外，不必納入相關(guān)規(guī)範(fàn)，但有業(yè)者曾經(jīng)發(fā)生過(guò)，維修人員身形被機(jī)械手臂擋住，也未在圍籬入口掛告示牌，結(jié)果操作人員未經(jīng)檢查逕行開(kāi)啟，所幸經(jīng)出聲後操作人員立即關(guān)閉機(jī)臺(tái)，未造成維修人員受傷。

圖1 : 設(shè)置於產(chǎn)線中的機(jī)械手臂，與作業(yè)人員共工的機(jī)率相當(dāng)高。（Source: Universal Robots）

現(xiàn)在機(jī)械手臂的安全設(shè)計(jì)考量，除了確保正常操作的安全外，不正常操作時(shí)的安全也需納入，因?yàn)閭Χ酁椴徽２僮鳎袷墙衲昱_(tái)灣南部曾經(jīng)發(fā)生機(jī)械手臂動(dòng)作後，工作人員才發(fā)現(xiàn)抹布掛在上面，情急之下進(jìn)入拿取結(jié)果受傷，業(yè)界人士指出，不管是正常操作或不正常操作，機(jī)械手臂在動(dòng)作時(shí)都必須要有一定的標(biāo)準(zhǔn)化流程，以前文為例，機(jī)械手臂的維修標(biāo)準(zhǔn)流程，應(yīng)是進(jìn)入圍籬後，先掛上作業(yè)標(biāo)示牌，再?gòu)膬?nèi)部反鎖圍籬，如此一來(lái)其他人員便可清楚知道目前手臂正處?kù)毒S修狀態(tài)。

至於非正常操作的安全設(shè)計(jì)，這必須由設(shè)備內(nèi)部設(shè)計(jì)著手，內(nèi)部設(shè)計(jì)包括「安全迴路」與「安全元件」的建構(gòu)，這類(lèi)安全設(shè)計(jì)與過(guò)去設(shè)備的思維不同，以往的設(shè)計(jì)思維是當(dāng)機(jī)械手臂出現(xiàn)異常後，立刻出警報(bào)，通知前端有異常發(fā)生，安全迴路與安全元件的作法，則是機(jī)械手臂在動(dòng)作時(shí)，迴路會(huì)隨時(shí)間手臂狀態(tài)。

圖2 : 機(jī)械手臂的安全設(shè)計(jì)考量，除了確保正常操作的安全外，不正常操作時(shí)的安全也需納入，因?yàn)閭Χ酁椴徽２僮鳌＃⊿ource: HIS Engineers 360）

一旦手臂內(nèi)的安全元件未達(dá)迴路所射的的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)會(huì)即時(shí)發(fā)出斷電指示，並通知後端管理人檢查，直到手臂安全疑慮排除，才能重啟系統(tǒng)，因此所謂非正常操作時(shí)的安全控管，在這部份的解讀應(yīng)為「預(yù)防非正常操作」，另一部份的作法則是在機(jī)器手臂上設(shè)置感測(cè)器，當(dāng)手臂接觸人體、物品等異物時(shí)，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)發(fā)出指令停止手臂動(dòng)作，必面?zhèn)Τ掷m(xù)發(fā)生，另外機(jī)械手臂也需設(shè)有乙太網(wǎng)路通訊埠，手臂一旦有異常動(dòng)作，後端會(huì)立即通知並紀(jì)錄，以供後端系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)備查。

智慧巡檢 人機(jī)合力保工安

除了透過(guò)設(shè)備內(nèi)建的感測(cè)器與通訊網(wǎng)路外，廠房的巡檢也是機(jī)械手臂工安規(guī)範(fàn)中相當(dāng)重要的一環(huán)，前兩年談到智慧工廠時(shí)，業(yè)界曾有人提出「無(wú)人工廠」、「關(guān)燈生產(chǎn)」等概念，不過(guò)設(shè)備業(yè)者指出，「無(wú)人工廠」並非智慧工廠的最佳效益作法，智慧工廠還是必須配置一定的人力，只是這些人力不再負(fù)責(zé)重複的製造動(dòng)作，而是從事更具智慧、更高附加價(jià)值的工作，畢竟多數(shù)工作，機(jī)器仍無(wú)法取代人力，其中巡檢工作也是。

巡檢屬於智慧工廠中，廠務(wù)管理的一部分，透過(guò)人員的巡察，紀(jì)錄並即時(shí)改正廠內(nèi)各處的疏失，在滿佈機(jī)械手臂的廠房中，人工巡檢可定時(shí)確認(rèn)手臂運(yùn)作處的實(shí)際狀況，確保機(jī)具完整以維繫生產(chǎn)效能，根據(jù)機(jī)器人協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，設(shè)備事故問(wèn)題發(fā)生因素，機(jī)械失效比例為最高，佔(zhàn)43％，平均造成的損失達(dá)到7.2億美元，因此設(shè)備劣化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)知機(jī)制的建立，已成為各生產(chǎn)設(shè)備商的重點(diǎn)設(shè)計(jì)，機(jī)械手臂部份，除了前述的安全元件與安全迴路的內(nèi)部設(shè)計(jì)外，外部的巡檢也是確保機(jī)械手臂順暢運(yùn)作的重點(diǎn)。

圖3 : 機(jī)械手臂的工安設(shè)計(jì)目前主要是透過(guò)圍籬阻絕外部的人、物，除此之外還須設(shè)置層層規(guī)範(fàn)，方能落實(shí)工安概念。（攝影／王明德）

過(guò)去廠房的巡檢多採(cǎi)紙本作業(yè)方式，由巡檢人員攜帶表單，到各指定點(diǎn)檢查，並以手抄紀(jì)錄，不過(guò)這種作法會(huì)產(chǎn)生幾種疏失，1.容易因筆誤或?qū)Ρ砀竦牟皇煜ぴ斐慑e(cuò)誤。2.龐大的紙類(lèi)表單加重後續(xù)的管理難度。3.人員難以控管，無(wú)法確定是否有至各點(diǎn)巡察。

這種種問(wèn)題，業(yè)界人士建議可利用近年來(lái)興起的Beacon技術(shù)解決，Beacon是一種定位裝置，可以藍(lán)牙與手持式裝置互聯(lián)，透過(guò)手持式裝置的操作，創(chuàng)造出大量的創(chuàng)意應(yīng)用，Beacon這幾年的應(yīng)用主要在消費(fèi)端，例如美國(guó)NFL球團(tuán)49人隊(duì)在主球場(chǎng)中的每個(gè)座位都設(shè)置了Beacon，觀眾可用手機(jī)連上Beacon點(diǎn)餐，不必像以往必須離開(kāi)位置去攤位購(gòu)餐，而由服務(wù)人員依照Beacon所顯示的位置送餐，此一作法讓49人隊(duì)每場(chǎng)球賽的餐飲銷(xiāo)售額多出200萬(wàn)美元。

Beacon解決紙本作業(yè)疏失

在製造現(xiàn)場(chǎng)，Beacon可取代以往的紙本作業(yè)，其作法是在定點(diǎn)設(shè)置Beacon，當(dāng)巡檢人員走近時(shí)，Beacon會(huì)主動(dòng)與巡檢人員手上的手持式裝置連線，巡檢人員也可透過(guò)手上設(shè)備紀(jì)錄需改善處，並將紀(jì)錄即時(shí)上傳，而維修工程師與清潔人員也都被納入同一平臺(tái)中，看到需改善處，便可即時(shí)處理。

Beacon的作法可以解決紙本的各種疏失，首先是避免因筆誤讓其他員工不易辯讀字跡，另外所有資料數(shù)位化後，可累積為資料庫(kù)，除了簡(jiǎn)化搜尋動(dòng)作外，龐大的資料量將可建立為更客靠的資料樣本，作為相關(guān)策略的制定依據(jù)，另外Beacon的主動(dòng)連線紀(jì)錄，可確認(rèn)巡檢人員有確實(shí)到場(chǎng)檢查，杜絕紙本作業(yè)容易發(fā)生的敷衍情事。

放眼未來(lái)趨勢(shì)，機(jī)械手臂已成為自動(dòng)化與智慧化廠房的代表性設(shè)備，隨著大陸人工成本的高漲，各製造業(yè)者也逐漸加快導(dǎo)入速度，而機(jī)械手臂與人員的共工也勢(shì)在必行此，在此態(tài)勢(shì)下，工安規(guī)範(fàn)的制定更行重要，無(wú)論是機(jī)械手臂的內(nèi)部設(shè)計(jì)或外部巡檢制度，業(yè)者都必須審視本身特色，與系統(tǒng)整合商級(jí)配合，方能制定出最妥善的相關(guān)制度。

*刊頭圖片來(lái)源(Source:F&P)