兼顧彈性 Softmotion搶佔智慧製造重要契機

機器人不一定完全取代人類，也不一定完全取代運動控制，但機器人的加入，對自動化的發展還是產生一定的衝擊。研華

機器人不一定完全取代人類，也不一定完全取代運動控制，但機器人的加入，對自動化的發展還是產生一定的衝擊。過去運動控制作為自動化產線的主流，主要是透過CPU來管理運動，龐大佈線引發的問題，除了系統複雜，還有線纜束過粗不易維修、無法提供可靠服務的困擾；分散式運動控制的出現，正是為了減少、解決上述問題。

21世紀的自動化設計，是在原有的CPU架構上增加一塊運動控制卡專門處理運動控制訊號，分散CPU的工作，所有資訊與控制，從傳統的CPU，轉送到自動化系統的邊緣裝置上。將運動控制功能外移到驅動器內部或周圍，除了降低CPU工作負荷，佈線需求也大幅減少，可以有效降低安裝成本，簡化佈線作業，節省大量時間金錢。

DSP與FPGA控制器的問世，讓運動控制走向開放式架構。運動控制的核心控制技術，從SoC、微處理器、ASIC，一路發展到現今的DSP(digital signal processor；數位訊號處理器)、FPGA為主的開放性運動控制核心，已在市場大量出現。高性能系統的發展趨勢，也朝結合DSP與PC的優勢發展，以PC電腦為基本平台、DSP高速運動控制卡為伺服控制核心，處理資料的細插補。

DSP此一微處理器功能強大，最適合處理大量數學運算、高度重複性的作業，運算速度飛快，能即時處理數位訊號，以便為連續的類比訊號進行測量或濾波。相較於其他處理器，DSP的優勢在於速度快、抗干擾強、精確性、彈性、體積小、價位低等，因為它能在更少時脈週期內，以更快速度完成許多工作。

DSP控制效果與連續系統相當接近，歸功於強大的資料運算處理功能，即使在複雜的控制中，一樣可以取得極小的採樣周期。利用DSP的即時運算，進行複雜的運動學、動力學計算，和誤差補償、運動規劃、高速即時多軸插補，讓運動控制的運動更加平穩，精度愈高，速度也愈快。

產業對高速度、高精度的要求，正是催生運動控制的溫床，使運動控制運用範圍，從傳統產業到熱門電子產業皆有之，還包括醫護設備、繪圖儀等跨領域的廣泛應用。FPGA則針對需要重複改變組態的電路，挾其邏輯閘特性，讓設計者可依自身需要加以改變設計，特別適用於必須不斷變更設計的產品開發，可以有效加速產品上市時間。建構於這樣系統之下，以軟體為基準的Softmotion也由此而生。

以軟體為中心

Softmotion，可以說是應用習慣所造成的技術。這種來自於歐洲的思維，是透過軟體以函式庫與高階語法，進行開發運動控制的作動，而這種運動控制的架構，適合用在規劃大型系統的應用環境。Softmotion的發展除了彈性應用之外，另外一個重點其實在於「智慧製造」的最終目標——使用者可以依任意調整產線的產能與製程項目，讓運動控制可以依需求進行調整，但在現況上由於EtherNET仍處於百家爭鳴的情況，如果通訊介面無法共通整合，像要透過系統達成即時性控制需求的設定就無法發揮，這也是現在Softmotion在技術發展上，首要必須克服的挑戰。

在產業應用上，運動控制的要求並不複雜，但卻是運動控制機構設計的必要項目，透過模組化的設計，以簡單的功能來進行規畫，如此讓運動控制的技術產生了延展性，透過軟體架構的修改與客製，即可用最簡單的方式降低運動控制應用的成本，並可提升相當的效能，這樣的延展性可以從小規模到大而複雜的架構，均可發揮充分的效用。

近年運動控制系統的應用，已逐漸邁向精密化，不論是在電子組裝暨檢測設備，LED打件、打線、太陽能晶圓生產設備、半導體測試設備及自動光學檢測設備等等，或是產業加工機械如雷射加工機、切割機具、多軸同步加工設備等，關鍵核心技術均在運動控制能力的展現。像是製程所需的高精度與高穩定度之製造設備與檢測機台，必然需搭配高效能等級的運動控制模組，才能搭配完整的效用，模組化的技術在於可以讓使用者依需求搭配，在不同的要求底下彈性調整。

觀察現況產業，除了前述高精度產品需求外，另一個極端則是技術含量較低但產量極大的應用，Softmotion可提供在不同需求下的不同整合，讓產業可以彈性整備。由硬體保證即時同步的運動控制，不但較為穩定，而且透過導入函式庫的規畫，也可以協助系統在開發上保持一致性，在降低整備的時間及應用系統的授權成本上，均可以產生較高的附加價值。

從不同的市場需求上觀察，雖然應用模式趨向兩極化發展，但「最適化」將成為共同的導向，模組化會成為現階段廠商發展的主要脈動，如何針對終端使用者的根本需求來提供客製化的服務；不論是簡單應用或是高附加價值應用，透過模組化及軟體系統的搭配應用，均可找到「最適化」的解決方案。

邁向智慧工廠

環顧工廠製造的發展歷程，早期主要是讓「人」來照顧機台；在自動化導入後，雖然建立大量標準化規則，並透過程式系統加以控制加工生產，但仍然需要「人」監視機台，製程資訊亦需要透過人工抄寫，統計資訊內容亦不甚完整。一直到整合平台、軟體、硬體及機台的共同發展，逐漸形成「智慧工廠」概念，才使得廠商從單純的製造業，成為「服務型」的創新產業，這其實也與Softmotion發展態勢相近。

智慧工廠早期多注重在「製程」的智慧化，這主要是來自於高科技產業的快速發展；透過電腦平台系統，直接監控機台及生產線，適合應用在較為精密的產業上；此外像是半導體晶片等相關製程，多需要在極度潔淨的無塵環境工作，「人」的變因反而有可能造成產品製程複雜化，因此「自動化」乃至於「智慧製造」成為這類高科技廠商的最佳選擇。

由於智慧製造的設備，必須具有感知能力，以感測器做連結，系統可進行識別、分析、推理、決策、以及控制功能；這類製造裝備，可以說是先進製造技術、資訊技術和智慧技術的深度結合。

當然此類系統，絕對不僅只是在工廠內安裝一個軟體系統而已，主要是透過系統平台「累積知識」的能力，來建立設備資訊及反饋的資料庫。這不但可掌握產品完成之時程，亦可提供更進一步服務，從訂單開始，到產品製造完成、入庫的生產製程資訊，都可以在資料庫中一目了然；此外，在遇到製程異常的狀況，控制者亦可更為迅速反應，以促進更有效的工廠運轉與生產。

毫無疑問，智慧製造的確是自動化的未來發展方向。在製造過程的各個環節，幾乎都可廣泛應用人工智慧技術，像是專家系統可以用於工程設計、工藝過程設計、生產調度，以及故障診斷等技術；亦可將神經網路和模糊控制技術等先進技術，應用於產品配方、生產調度等流程，實現製程智慧化。