即使近十年來以電力取代氣壓動力源驅控線性傳動系統已漸成主流，包括國內外氣壓傳動元件大廠也早已導入「閥島」架構設計，藉以整合氣、電力傳控元件。如今更隨著工業4.0、數位轉型等潮流推波助瀾下，也不落於電力傳動系統之後，陸續投入開發應用軟體App、人工智慧（AI）加值，為市場上各式各樣氣/電力線性傳動系統節能增效。

因應2011年工業4.0概念問世以來，雖然若依照氣壓傳動元件從前後、上下施壓的作動原理看來，似乎更符合自動化工廠常見的線性軌跡，但國內外氣壓傳動元件/系統業者仍面對OEM設備製造廠商、終端使用者，對於電動化線性傳動系統理應動作更為精準、配置簡便的期待步步進逼正達到高峰。勢必要加速朝向輕量化、節能增效及高強度結構等自動生產方向整合，從傳統人員操作到搭配各式機器人，全面升級氣動化產線為智慧自動化已是必然方向！

氣立機械式無桿缸　打入半導體供應鏈

圖1 : 氣立公司生產的PR系列機械式無桿缸，既節省空間也讓移動更為穩定、易用，現已被導入半導體、光電產業的製程自動化設備，甚至通過大廠認證。（攝影：陳念舜）.

上市氣動元件大廠台灣氣立除了主要生產氣壓調理組合、閥類，以及多樣氣壓缸、驅動與接頭組件等氣動元件，近年來也看好工業4.0智慧工廠會是市場主流，而陸續推出無桿缸、機械夾爪及真空元件等主力產品，現已打入台灣半導體大廠供應鏈，應用在晶圓中後段設備、美系及韓系等智慧型手機大陸供應鏈，搶攻智慧製造商機。

其中該公司生產的PR系列機械式無桿缸，既節省空間也讓移動更為穩定、易用，現已應用於半導體製程生產作業、檢測作業、光電產業中的自動化搬運作業等自動化設備中，甚至通過大廠認證導入製程。

甫榮獲2021年台灣精品獎的PRE系列機械接合式無桿氣缸，採取無軸心設計，需求的作動範圍會比一般氣缸更小，可避免長行程軸心伸出產生偏擺，而造成其他零件的損壞；以及搭配PU材質內鋼帶包覆不鏽鋼鋼索，強化縱向拉扯強度。除了使用壽命更久之外，還因為PU材質氣密度佳，可改善微量漏氣的現象，適用無塵及氣流影響限制較高的作業環境；加上氣壓推力效率提升，減少空氣消耗量而兼具節能效果。

加上該產品扁平的特殊外型，也是得自關鍵技術取決於橢圓形鋁擠本體的特殊結構，相較於一般方形或圓形鋁擠型氣缸，其本體鋁擠成型及加工難度高，可實現作動更穩定，並提升氣缸整體的剛性、作動精度及穩定性。

因此PRE系列機械接合式無桿氣缸在氣源安裝上可以配合客戶所需，將接頭安裝在氣缸的兩側或同側之上。於氣缸兩端設置緩衝裝置，可依不同需求選用油壓或氣壓方式搭配使用，減少所受到的衝擊力，並增加使用上的壽命；氣缸內含感應磁石，可在自動化場合中搭配磁性感應器使用，較容易掌控氣缸的作動狀態。

等到未來AI應用成熟，氣立還能通過CC- Link、IO- Link輸出資訊管理，以隨時檢修設備、元件預防洩氣；或供AI學習、分析、判斷、預測，解決現今空壓機產氣後往往有50%流量虛耗，而無法被充份利用的問題；進而促使空壓機僅須產出最佳氣量，屬於主動式節能手段。

除了有利於工廠自動化之外，進而加入業務、交貨、研發平台；甚至有利於邊緣運算（Edge champing）分散處理運算、儲存資訊，只有非必要資訊才上傳雲端，同時減輕初期昂貴的建置成本，也避免雲端運算過於緩慢或有資安疑慮。

Festo串連IO-Link從站　落實工業4.0

德商氣動元件大廠飛斯妥公司（Festo），也將旗下3萬多種產品主要分為3大系列：P系列，電磁閥、氣動缸等氣動元件；E類，螺桿、皮帶、伺服/步進馬達及PLC等電氣分散控制系統；PA，製程自動化、廠務所需閥門。

即使身為德國工業4.0核心小組成員，Festo卻也感嘆過去市場上有超過80%以上的工業自動化客戶仍使用傳統I/O控制，導致系統配線相當龐雜，但到了追求工業4.0世代的設備或零組（元）件數量大量增加，對於現場布線、維護和更換備品等都是嚴酷挑戰，也影響設備後期的營運成本甚大。

除了早在80年代便應客戶要求，率先推出氣電一體化的「閥島」（Valve Terminal）控制架構，經過現場總線（Field bus）連結，陸續衍生出可編程、模組式、網路化等各式閥島設計推陳出新，藉此將氣動系統中的多個單閥，通過單一通訊模組、氣動模組，和多種不同介面連結。

當這些閥門通過中央氣/電力供應裝置，連接可編程邏輯控制器（PLC）之後，即可透過閥島廣為應用於控制線性傳動系統上特定數量的閥門與處理資訊。例如將單閥上的電壓信號轉換為氣動信號，再經由氣壓啟動流程閥來控制和調節流體。

使用者也能在離線時針對多部機器模組，進行PLC編程設計和測試，以便於廠內或機台設備上容易布線，即時在現場採集輸入信號及控制其他輸出信號，而不必因為機器上大量增加的每個電磁閥，都需要單獨連線。

並將具備診斷功能的閥門電路和壓力感測器整合於單一設備，與上游控制系統連接。業者將依目標應用需求，選擇合適的功能加以整合，降低成本；閥島也能因為直接與分散式外圍系統連接，得以更深入整合到上游控制和管理系統層級。

圖2 : Festo同時導入底層的氣動缸、感測器實現數位化，支持IO-Link從站設備，使得客戶在IO-Link網路下的自動化產品布局更為靈活。（攝影:陳念舜）

設備製造廠商得以根據特定加工客戶的需求，選用對應的基本模組構成整機，大幅縮短設備製造週期，且實現了單一模組多次使用；在單機設備裡整合了許多閥件的通訊和自動化功能，讓軟體安裝和編程更加容易。閥門因此可不必單獨設置參數，而是可以透過網路完成。讓使用閥島比起單閥自動化，更能降低安裝費用和設備投資成本。

到了工業 4.0 的大框架下，為了優化設備運行，氣動系統還應具備更全面的診斷功能，例如斷線、短路監控或開關操作循環計數等。這樣才能在最佳時間內安排維護閥門，並且在出現故障的情況下快速識別並排除故障，又不致影響生產效率。

Festo引進VETEM軟體　率先實現氣動數位化

飛斯妥公司經理張有安指出，Festo目前與未來提供的核心產品、新產品、解決方案，也都涵蓋了氣動、電動、物聯網和數位化技術，並且大部分都採用模組化設計理念，產品外觀小巧節約安裝空間，可靈活接入無線通訊網路，使用者介面友好使用便捷，滿足各行業自動化工藝的專業需求。

經過現場總線系統，方便在閥島上串連整合多種電氣、氣動和機械功能，使之成為結合了多項診斷功能的電氣自動化系統，滿足業界無論在緊湊型機器或帶有多種閥門的大型系統中，對於整個系統自動化和操作安全的高度要求。

當設備故障時可以快速找出故障的模組，縮短停機維修時間到最短，充份發揮氣電一體化的優勢，大幅簡化了包括線性傳動系統在內的複雜系統安裝、調校、性能檢測，以及監控、診斷、維護工作，讓整條價值鏈都可以從中受益。Festo也藉此涉足了許多創新應用領域，包括汽車、電子和輕組裝、平面顯示器、食品和包裝行業、工具機，生物技術、生物製藥、生命科學實驗室自動化、化工行業和水處理行業，針對節能減碳、設備安全等議題，提供實質的協助與服務。

如今Festo不僅透過IO-Link、現場匯流排和工業乙太網路，簡化了上位機與現場主站設備之間的通訊，同時導入底層的氣動缸、感測器實現數位化，支持IO-Link從站設備，包括：比例閥、閥島、電動夾爪等簡易型電力驅動方案，使得客戶在IO-Link網路下的自動化產品布局更為靈活。

並在此基礎上蒐集使用者經驗，再度於五年前（2017）率先發表「數位化控制終端技術（VTEM）」，強調是全球首款由App控制的閥體，也是名副其實的「數位化氣動元件」，相當於50多個氣/電動元件的整合與融合，毋須更換硬體，只要一鍵切換軟體，改變硬體參數，就能同時滿足客戶對於標準化與高度個性產品需求，實現一步到位的氣動數位化。

圖3 : Festo於2017年再度率先發表「數位化控制終端技術（VTEM）」，強調是全球首款由App控制的閥體，也是名副其實的「數位化氣動元件」。（source：Festo）

相對於傳統電磁閥與比例閥結合的氣動控制方案，VTEM產品方案具備以下功能：

一、柔性氣動運動控制，使氣缸運行中的方向、氣流、氣壓、功能狀態等，都可通過控制系統軟體與APP參數靈活改變，無需更換硬體，即可滿足工業4.0智慧製造大批量個性化的自動化控制需求。

二、低TCO總體持有成本，最大程度降低了傳統氣動技術最讓人垢病的硬體複雜度、安裝成本與能源消耗，通過簡化整個價值鏈，幫助用戶真正提高利潤率與能源效率，並保護智慧財產權。

三、更智能的氣動數位化方案，經過整合的智慧感測器完成自我診斷、自我學習、自我調整，並透過工業互聯網為雲端提供精準的氣動元件狀態資訊，?明使用者真正實現智慧化及數位化轉型升級。

張有安指出，目前VTEM提供單一硬體可實現12種功能，其中「預設行程時間」App係考量客戶一開始購入設備時的產能，將會隨著氣缸磨耗遞減，過去使用者會將壓力調高來提升。現在App則可依每支氣動缸的進/退設定時間補償修正，以免落後或暴衝；同時取代傳統大量控制用節流閥，省下大量設備占用空間與成本，且產能不變，從產品設計、採購階段，到現場組裝、維護、產線更新與變化，都可為帶來不同好處。

進而依序結合節能概念，從節能壓電技術到控制終端應用，透過「可選壓力等級」、「ECO驅動」，控制四合一閥橋結構及閥片開關總桿，來改變氣動缸源頭進/退壓力，從而實現高效運動，在本質上達到節能70%效益；搭配用於診斷狀態的「洩漏診斷」，讓產能使用效益最佳，同時省下比例閥、流量計等成本及占用空間。

具體應用於移載搬運系統，可協助提高取放動作的靈活性，讓氣動缸變化多點不同定位，適用於多種容器尺寸，還能發揮最佳動作效益；比例壓力調節，根據重量調節不同施力的真空度，可靠檢測真空形成、受控噴射脈衝，進而實現能源耗用率優化。

預設行程時間，依不同產品設定，自動校正磨損造成的偏差，以免影響產能；緩停止，透過氣壓迴路、App達到緩衝效果，取代液壓緩衝器也幾乎無振動，減少了磨損和受到撞擊的生產風險，循環時間更短且過程可靠；還有洩漏診斷來實現預測性維護，節省能源和成本。不必讓氣動缸每次都須要達到全行程，取代大量電磁閥、迴路，達到與電動元件同樣效果。

人工智慧AIR有望　擴大機器人應用及雲端服務

圖4 : 現今VTEM還能連結雲端服務蒐集資料，且將工業邊緣人工智慧與機器學習專案結合為AX系統賦能智造實際場景。（source：festo.com）

此外，由於機器人在工業4.0時代的彈性生產單元，希望能實現多功化目標，又不再受限於每種不同夾爪、夾治具，就等於增加一件硬體，讓臂端工具設計更簡單。現在只要利用VTEM「比例壓力調節」App整合無限壓力調節系統直到真空，都只需要各一個壓力源和現場匯流排通信模組，最多可支援16個獨立通道，持續顯示壓力資訊，保證品質；「可選壓力等級」，自定義須節能時控制抓取力增大、放鬆時減小；節省空間，方便安裝和排除故障；洩漏診斷，用於預測性維護和節省能源成本。

值得一提的是，現今VTEM還能連結雲端服務蒐集資料，提供線上工具選型、下單；且將工業邊緣人工智慧（AI）與機器學習（ML）專案結合為AX系統賦能智造實際場景。可視為生產系統裡的氣動缸、螺桿軸外掛模組，用於監控設備狀況與優化生產流程，再經過通訊讀取資料，得知其運轉數據，加以分析和判斷使用壽命；進而模擬氣動缸或一般難以查覺的電動缸負載，以及洩漏後運轉異常示警，可對於每個氣動缸、電動馬達及軸承預先健診、記錄，待正常後重新計算壽命，省下外購流量計的元件及成本，提升設備使用效率。

Festo強調其數位控制終端在於運動、壓力和流量的氣動調節能力獨樹一幟，由App控制的氣動裝置，以及多種調節角度的閥結構一體化取得數據和資料處理，使得該公司的氣動產品更加適用於於未來工業4.0需求，這種數位化優勢正體現於價值鏈的各階段，對於原始設備製造廠商或最終使用者都是如此。

**刊頭圖（source：knowhow.distrelec.com）