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第四章 自動化技術 n n n 自動化的歷史演進 使用自動化的原因 自動控制 自動化系統的組成要素 業用機器人 未來趨勢 第四章 自動化技術 n n n 自動化的歷史演進 使用自動化的原因 自動控制 自動化系統的組成要素 業用機器人 未來趨勢

自動化的歷史演進 (以日本為例) n n 1945 -1960間的低勞 成本策略 1960 -1965間的規模經濟策略。資本密集的產 業開始佔據重要地位,資本的投資也導致生產 力的提升。 1965 -1970間的集中式 廠。生產線趨於密集, 自動化的歷史演進 (以日本為例) n n 1945 -1960間的低勞 成本策略 1960 -1965間的規模經濟策略。資本密集的產 業開始佔據重要地位,資本的投資也導致生產 力的提升。 1965 -1970間的集中式 廠。生產線趨於密集, 市場需求量大增,大量生產時代來臨。 1970 -present間的彈性 廠。多樣少量的產品 策略產生,使產品具有世界級的競爭價格優勢。

使用自動化的原因 n n n n n 增加人 生產力 減少人 成本 減輕人力短缺的影響 減少或排除例行公事的干擾 確保勞 安全 使用自動化的原因 n n n n n 增加人 生產力 減少人 成本 減輕人力短缺的影響 減少或排除例行公事的干擾 確保勞 安全 改善生產品質 縮減製造前置時間 執行無法以人力完成的 作 避免無自動化所造成的成本

自動控制 開迴路控制:無回饋控制 閉迴路控制: 恆溫冷氣機 感測器: 用來計測各種物理量的信號 n n n n n 氣壓式感測器 磁簧式感測器 電感式感測器 自動控制 開迴路控制:無回饋控制 閉迴路控制: 恆溫冷氣機 感測器: 用來計測各種物理量的信號 n n n n n 氣壓式感測器 磁簧式感測器 電感式感測器 光電式感測器 溫度感測器 壓力感測器

氣壓式感測器 氣壓式感測器

氣壓感測器外型圖 氣壓感測器內部結構圖 氣壓感測器外型圖 氣壓感測器內部結構圖

磁簧式感測器 磁簧開關是以磁石之磁場將磁簧管做接近作動之近接開關 磁簧式感測器 磁簧開關是以磁石之磁場將磁簧管做接近作動之近接開關

電容式壓力感測器 電容式壓力感測器

電感式壓力感測器 電感式壓力感測器

光電式感測器非接觸地探測物體,廣泛用於許多 自動化領域,如管理系統、機械製造、包裝 業等。 光電式感測器非接觸地探測物體,廣泛用於許多 自動化領域,如管理系統、機械製造、包裝 業等。

溫度感測器 兩種不同材質的導體,如在某點互相連接在一起,對這 個連接點加熱,在它們不加熱的部位就會出現電位差 溫度感測器 兩種不同材質的導體,如在某點互相連接在一起,對這 個連接點加熱,在它們不加熱的部位就會出現電位差

壓力感測器主要是利用壓電效應製造而成的 壓力感測器主要是利用壓電效應製造而成的

自動控制 n 致動器(actuator): 將控制器的命令訊 號轉換成實體參數。這些實體參數通常 是與力學相關,例如位置或速度。 n 根據使用放大器(amplifier)的型態,致動 器可分成三大類 n n n 電力型: 馬達、繼電器開關 自動控制 n 致動器(actuator): 將控制器的命令訊 號轉換成實體參數。這些實體參數通常 是與力學相關,例如位置或速度。 n 根據使用放大器(amplifier)的型態,致動 器可分成三大類 n n n 電力型: 馬達、繼電器開關 液壓型: 液壓活塞 氣動型: 氣動汽缸

電力致動器 電力致動器

液壓致動器 液壓致動器

氣動致動器 由壓縮空氣操作的截止式閥門. 用一隻小型兩位五通電磁閥,控制其通斷 氣動致動器 由壓縮空氣操作的截止式閥門. 用一隻小型兩位五通電磁閥,控制其通斷

n 可程式化邏輯控制器 (PLC) n PLC的結構 n 可程式化邏輯控制器 (PLC) n PLC的結構

自動化系統的組成要素 n 自動化製造系統包含許多元件 n 加 設備 n n n n 手動式 (manually operated) 半自動式 自動化系統的組成要素 n 自動化製造系統包含許多元件 n 加 設備 n n n n 手動式 (manually operated) 半自動式 (semi-automated) 全自動式 (fully automated) 搬運設備 儲存設備 業機器人 整合與控制以上元件的電腦系統

搬運設備-無人搬運車 ( Automated Guided Vehicle;簡稱AGV) n n n 搬運重量與搬移方式-搬運重量通常大都為 100 KG至 2000 KG 無塵室的應用-最受矚目的是半導體 搬運設備-無人搬運車 ( Automated Guided Vehicle;簡稱AGV) n n n 搬運重量與搬移方式-搬運重量通常大都為 100 KG至 2000 KG 無塵室的應用-最受矚目的是半導體 業無塵 室所使用的AGV,常利用影像識別,或超音波 的感應識別用在AGV定位控制上 在服務業之應用-目前有醫院、飯店、超市等 的病歷卡或藥品、配膳、商品展示、廣告以及 自倉庫搬運物品等各種不同的應用。

無人搬運車(Automated Guided Vehicle;簡稱AGV) 無人搬運車(Automated Guided Vehicle;簡稱AGV)

AGV的誘導方式 n 引導式AGV: 使用纜線或磁帶等誘導體構 成行走路徑,藉著AGV的誘導感測器, 檢測出行走路徑。 n n 電磁誘導式、磁力、磁體誘導式與光學式 無引導式AGV n 地上輔助器、自律行走 AGV的誘導方式 n 引導式AGV: 使用纜線或磁帶等誘導體構 成行走路徑,藉著AGV的誘導感測器, 檢測出行走路徑。 n n 電磁誘導式、磁力、磁體誘導式與光學式 無引導式AGV n 地上輔助器、自律行走

Inertial (Magnet) Guidance Future Guidance Systems Inertial (Magnet) Guidance Future Guidance Systems

半導體產業物料搬運系統 半導體產業物料搬運系統

半導體自動化搬運系統構成 n n 晶舟(boat)為物料搬運的最小單位 灣內的搬運 作是從機台到機台、機台到儲存設備、 儲存設備到機台 灣間自動化搬運是從一個隧道搬至另一隧道 物料控制系統(material-control system): 其主要的 作就是接收由主控端傳來的搬運訊息,確認協調下層 的搬運系統作搬運 作 半導體自動化搬運系統構成 n n 晶舟(boat)為物料搬運的最小單位 灣內的搬運 作是從機台到機台、機台到儲存設備、 儲存設備到機台 灣間自動化搬運是從一個隧道搬至另一隧道 物料控制系統(material-control system): 其主要的 作就是接收由主控端傳來的搬運訊息,確認協調下層 的搬運系統作搬運 作 n n n 協調各處理系統的主要 作 判斷哪個製程要被執行 提供保養及報告

半導體自動化搬運系統構成 半導體自動化搬運系統構成

晶舟(Quartz Boat) n 石英晶舟: 主要在半導體製程中 用以承載晶圓。由於 與精細晶圓直接接觸, 故對品質的光滑與平 坦度之要求十分嚴格, 且必須能夠在極大的 溫差下保持物理性質 的穩定。 晶舟(Quartz Boat) n 石英晶舟: 主要在半導體製程中 用以承載晶圓。由於 與精細晶圓直接接觸, 故對品質的光滑與平 坦度之要求十分嚴格, 且必須能夠在極大的 溫差下保持物理性質 的穩定。

灣內的搬運 作 灣內的搬運 作

灣間自動化搬運 灣間自動化搬運

物料控制系統 (material-control system) 物料控制系統 (material-control system)

儲存設備 n 與產品相關的物料 n n 與製程相關的物料 n n 渣滓(refuse), 具(tooling), 備料(spare part) 與所有的 廠營運有關的物料 儲存設備 n 與產品相關的物料 n n 與製程相關的物料 n n 渣滓(refuse), 具(tooling), 備料(spare part) 與所有的 廠營運有關的物料 n n 原物料, 採購零件, 在製品(WIP), 最終產品, 廢料(scrap) 辦公室日用品 自動儲存/取回系統(Automated Storage/Retrieval Systems,簡稱AS/RS )

自動儲存/取回系統 (Automated Storage/Retrieval Systems,AS/RS ) 自動儲存/取回系統 (Automated Storage/Retrieval Systems,AS/RS )

自動儲存/取回系統 (Automated Storage/Retrieval Systems,AS/RS ) 自動儲存/取回系統 (Automated Storage/Retrieval Systems,AS/RS )

 業用機器人 機器人的組成元件 n n n 手臂本體(manipulator) 手部(End Effectors) 控制器(controller) 動力供給裝置(power supply) 自由度: 能沿著一線性軸或一轉軸運動的機能 業用機器人 機器人的組成元件 n n n 手臂本體(manipulator) 手部(End Effectors) 控制器(controller) 動力供給裝置(power supply) 自由度: 能沿著一線性軸或一轉軸運動的機能 機器人的類型 n n n n 直角座標型(rectangular) 圓柱座標型(cylindrical) 極座標型(spherical) 關節型(jointed-arm) SCARA

未來趨勢 n n n 21世紀我國自動化產業技術配合虛擬 廠及全球運籌之營運演化趨勢而發展。 PC-based Control 網路應用 n n 電子自動化控制器(IP-Embedded Controller) 設備及系統應匹配電子自動化控制器 未來趨勢 n n n 21世紀我國自動化產業技術配合虛擬 廠及全球運籌之營運演化趨勢而發展。 PC-based Control 網路應用 n n 電子自動化控制器(IP-Embedded Controller) 設備及系統應匹配電子自動化控制器 n n n ERP, Fieldbus, etc. 內容供應業:提供專業知識、資料庫、專家系 統等內容 服務供應業

電子自動化與原有自動化的不同點 n n n 速度:即數據、影音資訊均以近光速傳遞。 廣度:網際網路使全球合而為一,地理的距 離為之消除。 深度:知識與資訊均可隨時擷取 電子自動化與原有自動化的不同點 n n n 速度:即數據、影音資訊均以近光速傳遞。 廣度:網際網路使全球合而為一,地理的距 離為之消除。 深度:知識與資訊均可隨時擷取

分散式控制 分散式控制