| 本期最優良文章 | 機器人應用於航太加工產業之探討 │

摘要：工業機器人是適合開發具靈活和可重新配置的製造系統，其有助於執行自動操作，例如切削、鑽孔、研磨、拋光、銑削、去毛邊。與傳統的數控機床相比，機器人加工系統象徵著節省成本和靈活的替代方案。隨著工業機器人技術的不斷精進，正逐步應用在航空製造領域，但一些問題也隨之暴露出來，如機器人精度不足、加工點位太多等問題。因此，工業機器人需要更加智慧化才能滿足航空製造領域生產的要求。本文旨在說明有關機器人加工的技術限制及當前技術解決方案，透過分析各別組成的技術障礙及對應的解決技術(機器人運動學模型修正技術、末端精度補償技術、離線編程技術)，進而提供一個對於系統的完整改善。
Abstract：Industrial robot’s flexibility makes it ideal as the core of reconfigurable manufacturing systems. The robots are suitable for automatic manufacturing operations such as cutting, drilling, grinding, polishing, milling, and deburring. Robotic machining system is a cost-saving and flexible alternative to conventional CNC machines. Industrial robots have been applied to aerospace manufacturing with  improving precision and larger workspace. However, some problems with these industrial robots have also been exposed, such as insufficient position accuracy and too many teaching points. Therefore, industrial robots need to be more intelligent to meet the requirements in aerospace manufacturing. This article explains technical constraints and current technology solutions for robotic machining. By analyzing the individual technical barriers and the corresponding solution techniques, robotic maching systems can be completely improved.

關鍵詞：工業機器人、航太、機器人加工
Keywords：Industrial robot, Aerospace, Robot machining

前言
台灣航空產業總產值自2016年突破千億大關達1002.79億元後，每年皆逐步成長，如圖1所示。我國航空產業目前已建構相關民用航空產品之供應鏈體系，與波音、空中巴士、龐巴迪、奇異、普惠、史奈克瑪等世界知名航太大廠建立合作夥伴關係。我國航空產業總產值，2018年度為新臺幣1,207.25億元，較前一年成長約11.27%[1]。在新興經濟體及廉價航空強勁需求的帶動下，未來十年商用、軍用及服務用機的市場規模將達8兆1000億美元。根據美國波音公司（Boeing）預測，全球未來20年需生產4萬3000架新飛機，以滿足需求激增[2]。另外，根據法國空中巴士（Air Bus）最新發佈的《2017-2036年全球市場預估》，預估全球運量每年成長4.4%；座位100仁以上之商用客機總數將在未來20年內倍增至40,000架以上。伴隨著首次搭機乘客數目增加、可支配收入的成長、旅遊業擴張、產業自由化、新航線開航等因素，空中巴士估計到2037年底前，需要近3萬7400架、價值達5兆8000億美元的新飛機，以滿足全球需求。未來20年內，41%新造飛機將交給亞太地區，接著是歐洲20%，以及北美洲的16%[3]。

圖1 台灣航空產業歷年產值[1]

傳統上，飛機的製造是勞力密集型產業，以空中巴士(Air bus)的機翼製造和組裝為例，每年鑽出的數千萬個鑽孔中，大約有將近一半是人工手動完成的[4]，如圖2示意。但面臨工資上漲、缺工、職業安全及品質提升上的強烈要求，許多飛機製造商不得不思考導入自動化的可能性。理想上，這些過程應當可以使用自動化來執行，但因工件的尺寸、形狀及所需對位精度，使得導入自動化存在許多困難。為了應對這些挑戰，目前常依賴大型的加工機床，如圖3所示，通常是龍門式鑽孔系統搭配整體夾治具，此種解決方案常被稱為固定式自動化解決方案(Fixed Automation Solution)。這些客製化的設備和工具最大的問題是欠缺靈活型、投資成本高、交貨時間冗長等。因此，固定式自動化解決方案並不受飛機製造商青睞，同時顯示出許多缺點[5、6]，相關缺點有

圖2 機身蒙皮人工組裝[7]

圖3 Electroimpact公司龍門式鑽孔系統E7000 Fuselage Riveting Machine[8]