半導體科技將自動化與智能化帶入了工業生產在線，讓工業生產的速度與效率大幅提升。盡管因此搶走不少勞工的飯碗令人詬病，然而邁向更先進的自動化產線，甚至是更高一層的無人工廠愿景，卻依然是所有工廠企業主汲汲營營追求的目標。

半自動化vs智能化

NI嵌入式系統項目經理Vineet Aggarwal指出，機器與人不同，想要讓機器順利運作，就必須給予一堆指令。自動化的意義，也就是讓機器能夠知道在什么地方，該進行怎樣的動作，而不出錯。加入更多的指令之后，能處理的事情就更多，且能更早預期會發生的事。

只不過，機器與人畢竟不同，當人累了會知道需要休息，但機器若沒給予休息的指令，會一直不斷做下去。因此，指令在人的認知里是理所當然的是，對機器來說卻完全不然。而從自動化到智能化，其實就是不斷給予更多的指令，讓機器能更有效率地做出更正確的前期判斷，使其提高生產效能、加快測試速度，或者提高機器壽命、并減低人員的傷亡。不同指令給予機器不同程度的進化，然而最終目的，都是希望讓機器的行為更接近人類。

當然，要讓機器高度自動化，甚至智能化，所需要的指令將會非常龐大。倘若數據量多，信息處理又分屬于不同的平臺，不僅對于整體一致性將產生很大問題，甚至可能會超過核心平臺本身的負荷量。

NI營銷經理郭皇志表示，NI針對工業自動化所打造的平臺，其設計的初衷就是希望能讓整個系統透過同一個處理核心，來進行訊號的判別與運動的控制。就像人也是透過同一個頭腦去處理所有的事情一樣，如此可將錯誤產生的機率降至最低。

圖一 ： 機器人不斷朝高度自動化和智慧化發展，最終目的，都是讓機器的行為更接近人類

工業自動化3大方向

自動化當然是工廠生產的利器。在工業自動化一途上，有三大重要發展方向。包括性能提升、降低成本、與功能安全。在性能的提升上，目前不論是智能電網，或者智能化生產工具等，都強調高性能，包括節能減碳、更有效率等，以達到節能減碳的目的。在降低成本上，關鍵在于單芯片的使用，以及多軸化控制。

特別是多軸控制，過去工廠所使用的機器手臂，多半只有四到五個關節。而未來因應工廠自動化，為了更有效率并降低成本，需要設計結構更為復雜的機器手臂，可以同時間多軸同時工作，而非像過去不同軸只能分時工作。

至于功能安全的強調，其實是廣義生命安全的保障，這已是世界的趨勢。也就是如何保護機器不損壞，人員不傷亡。因為自動化產線如果需要經常維修保養，停掉一條產線，將造成很大損失。此外，機器如果經常發生問題，不只設備本身易受損傷，也易造成人員傷害。

目前許多廠商都主推能滿足這些需求的產品，例如FPGA大廠Altera與Xilinx都持續推出工業自動化相關的FPGA參考設計，量測大廠NI也主打以自家LabVIEW圖形化開發軟件為核心的工業自動化開發平臺，工業自動化市場正蓬勃發展。

多軸化是產業升級關鍵

在機器人產業中，常見到的機器人種類包括Delta Robot，以及工業產在線的機器手臂。若著眼的是工業自動化市場，則機器手臂就是目前重眾所注目的焦點了。因為工廠自動化能進展到怎樣的程度，就端視機器手臂的技術層級。

Altera亞太區工業業務部市場開發經理江允貴表示，為了提高工業產線的自動化程度，目前機械手臂朝向多軸化發展是最主要的趨勢。多軸化，顧名思義就是在同一只機械手臂上，有多顆不同馬達同時或分時進行動作，其目的就是為了讓同一個產品，可以在同一條生產在線就完成生產流程的所有工作，不必分多道產線來進行，如此可以節省龐大的人力與時間成本。

圖二 ： 汽車制造已高度自動化，在同一條生產線上就完成生產流程的許多工作，而且只需一名管理工程師

只是，為了達到多軸化的目的，機械手臂上的馬達軸數就必須非常多。這些不同的馬達，或許同時連動，或許分時動作，然而關鍵就在于能互相配合。也就是某個軸旋轉到了某個特定角度時，另幾個軸都必須到達相對的位置上。其中將會牽涉到多軸旋轉時間差的復雜運算，這也正是擁有并行處理能力的FPGA，比起僅能進行串行處理的CPU或MCU，在工業自動化領域更具有優勢的地方。

江允貴舉例說，例如拿半導體封裝廠的產線來看，進行芯片封裝作業時，機械手臂的運作是非常復雜的，最多可以需求到60多軸的運作。也就是在同一條產在線，若要打好一個封裝，必須同時進行60幾種動作，其中將會牽涉到非常復雜的機械動作。在加工的同時，當一個軸轉到某角度時，其他軸都必須配合到達特定位置上。這種相對的動作，正是機械手臂設計上，最為復雜的部分。又例如直升機的螺旋槳葉片，切割時必須同時進行五軸的連動。除了機械手臂會自己轉動，切割刀也必須同時旋轉，是非常復雜的多軸同時連動加工。

就工業自動化來說，越多軸的應用，越能把產線加工的層級，再往上提升。透過復雜的多軸加工，可以讓產品更有變化性。這也是工業自動化的趨勢。