每年於德國漢諾威市舉辦的「漢諾威工業博覽會」（Hannover Messe），為當今規模最大的國際工業博覽會之一。創始於1947年的漢諾威工業博覽會，匯集全球廠商共同展示與交流最先進的工業技術與產品，同時也是國際工業大廠呈現研發成果並相互較勁之地，甚至有「世界工業貿易晴雨表」之稱。2011年在展會中所提出的「工業4.0」一詞，更成為晚近十年影響工業轉型的核心概念。
2023年的展覽以印尼為主要合作夥伴國，並以「連結性與氣候中和的解決方案」（Solutions for Connectivity and Climate Neutrality）為主題，在7大主軸下劃分16個展館主題，共計約4,195家廠商參展。其中又以自動化與感測技術、數位工業方案、碳中和方案、機器人技術與工業互聯網等相關主題最受關注，並強調與碳中和技術結合，解決工業生產的碳排放問題。然而，若從工業智動化的未來趨勢需求來看，本年度的展覽在工業機器人、物流傳輸設施，以及數位分身應用上，都有更值得深入觀察之處。
一、工業機器手臂的發展趨勢
機器手臂是當今製造業最普遍使用的機器人類型。結合軟體編程，可以讓機器手臂快速、準確、有效率地完成重複性或高風險工作。隨著安全性和穩定性已成為協作型工業機器手臂的標準條件，近期的主要進展則是強調其適應不同工業應用的靈活彈性與運作速度。在今年的展覽中，直立式多軸機器手臂已普遍發展出可拆解、組裝的模組化模式，並搭配移動軌跡學習與客製化專用軟體，便於終端客戶自行依照使用需求進行調整與應用設定。另一個重要型態則是採取懸吊式機器手臂進行平面作業，結合氣壓與油壓雙控制模式，更精準且快速地完成標準化工作，特別是在切割、沾黏、揀選、排列等工作，加快機器手臂在工作現場的執行效率。此外，為便利客戶端採用，國際大廠亦多提供客製化的鏡頭包覆材質，適應不同產業類型的規範需求，例如涉及醫藥食品衛生，或是處於較多腐蝕性原料的製造環境等。
資料來源：本研究拍攝自展場。
圖1 可拆解組裝和懸吊式機器手臂
結合光學辨識和人工智慧（AI），強化工業機器人的感知辨識能力，是提升機器手臂運作準確性的重要趨勢。得益於AI技術在機器學習（Machine Learning）以及深度學習（Deep Learning）演算法的突破，利用AI的神經網絡模型，機器視覺得以從點（凹凸點、破孔）、線（刮折痕、裂痕）、面（摩擦、汙染、缺件）進行2D與3D的影像偵測，大幅提升機器手臂的精準度（修正公差）與速度，改善如瑕疵／異常偵測、分類／辨識等作業環節的品質。在本次展覽中，已見機器手臂導入自動化光學檢測技術（AOI）成為標配，並持續追求更高解析度的相機，進一步結合AI技術、物聯網、感測作業軟體等新興科技，得以在不同作業環節中發揮更精確的引導、識別、量測及檢驗等功能，大幅提升了機器手臂的應用類型與效率。
資料來源：本研究拍攝自展場。
圖2 內建3D與AI機器視覺之連網機器手臂
二、產業磁浮傳送智慧化
除了倉儲物流運輸所關切的自動貨車系統外，改良生產線上的運輸設備、提升物流與傳送智慧化，也是調節智慧製造體系的重要環節。其中，「磁浮技術」能夠提供高精度且高度動態的定位功能，並減少生產線上的物理消耗（磨損問題），在平面移動領域已有多家國際大廠投資，在本次展覽中展示更加完善、創新的「產線元件磁浮傳送系統」。磁浮技術強調以電力驅動自由懸浮、隨意排列的動子載盤，結合線性和旋轉驅動控制產線，組成一個更加彈性的生產系統。磁浮系統上的載盤可以以任何順序輸送到處理站、超車或等待，並透過電磁系統掌握輸送帶的速度、位置，同時支持各種產品的規格、批量大小及加工步驟，能夠更有效率地應對製造過程中的急單、插單等客製化環節和生產線變線需求。
此外，為因應生產多樣化、生產週期縮短的趨勢，藉由磁浮傳送系統可重新配置、模組化產線流程，並利用創新托盤、驅動器、感測器等軟硬體元件，突破固定式的自動化流程，提高運輸系統的靈活度以及彈性調整的能力。未來，結合可拆解的模組化輸送系統設計，可以依據產線需求自由調度組配，或是快速整併至原產線當中，節省產線調整的拆裝重組時間，大幅提升生產系統的靈活性、開放性，進而降低成本、提升生產效率，將是目前在物流與過程自動化相關技術的創新趨勢。
資料來源：本研究拍攝自展場。
圖3 磁浮運輸系統
三、工業數位分身的虛實整合
工業數位分身（industrial digital twin）是協助掌握工業生產效能的重要虛擬技術，可分為五個建置層次：（1）建置虛擬分身（virtual twin）：建置與實體相符的虛擬化身，有助於掌握物理世界的對應部位。（2）連結分身（connected twin）：與實體完全連結的數位分身，能夠實時反映實體狀況與數據，進而提供應用洞見。（3）預測式分身（predictive twin）：除了與實體連動，亦能夠根據實體經驗獨立運作，並進行指引、預測等作業。（4）規範式分身（prescriptive twin）：利用先進建模和即時模擬能力，為未來可能的情境提供模擬和對策。（5）自動化運作分身（autonomous twin）：透過多種實時數據進行學習，並具備為校正問題而自動採取決策的能力，進而能夠進行預測式與規範式的作業，以完成虛實對應的自動化運作，達到無人智慧工廠。
數位分身被視為實現工業元宇宙願景的核心技術，現階段主要結合VR技術，實現在設計、測試、操作、維修、遠程協作與培訓等作業環節，目前在SIEMENS、GE Aerospace、Boeing、Volkswagen等國際大廠皆已出現應用。從本次展覽內容來看，工業數位分身已出現多元的落地應用方案。相對「元工廠」規模的數位分身，目前在工業應用上，更強調重視不同作業環節的管理特性，透過建置不同環節的數位分身、連結為工廠的虛擬生態系以優化整廠管理效益。此外，為工廠建置數位分身，也成為虛擬服務與軟體業者的進軍工業元宇宙的重要敲門磚。諸如以工業設計軟體為主的Autodesk、專長於模擬運算的Altair，皆在本次會展中展示其針對複雜的工業產線協助建置虛擬分身的能力。
資料來源：本研究拍攝自展場。
圖4 專為能源系統的不同環節設計的數位分身
四、小結：工業智動化的技術發展趨勢
隨著全球供應鏈邁入分散化、區域化生產，產業也需要積極適應少量多樣、短周期、快速製造的生產型態。因此，透過多元軟硬體技術的搭配應用結合產業解構重組，協助業者兼顧「少量多樣客製化」和「大量穩定製造」的生產需求，逐漸成為下一波智慧化發展的重要趨勢。2023年的漢諾威工業博覽會，突顯出國際在工業智動化技術正面對幾項重要的技術創新議題，包括：（1）提升機器手臂與人機協作的靈活彈性與工作效率，提供簡潔的編程軟體協助快速採用。（2）因應客製化與批量生產的雙重需求，重視產業的物流傳送性能以提升調度能力。（3）數位分身技術強調特定生產環節的「虛實連結」，協助不同類型的業者提升生產管理效率。
在新的全球地緣政經結構變遷下，以及各國對於數位發展與淨零排放的雙轉型需求，快速導入新興科技以提升生產效率、提高顧客體驗、降低碳排與能資源損耗等，將持續是為工業智動化製造業的重要趨勢。2023年的漢諾威工博覽會展示內容顯示，國際大廠對於工業虛實整合邁向智動化的策略，強調以自動化設備、精準感測裝置、控制裝置等元件為基礎，結合「硬體」整備和先優化整廠連線管理能力，逐步建立業者邁向虛實整合營運管理的能力。未來，如何更深入因應不同產業類型的特性與需求，進一步提升實體設備的運作效能，並使之能夠與數位虛擬技術相互融合，將持續是製造業者與國際大廠的關切所在。