從台灣工業機器人產業的歷程探討發展定位

台灣智慧自動化與機器人協會、工研院產科所分析師/黃仲宏

一、產業發展歷程

台灣自動化發展分為三個階段:即低成本 自動化、生產自動化、以及產業自動化。在低 成本自動化階段(1982年以前),台灣地區已 存在其他產業的整機廠與關鍵零組件廠,也開 始涉入工業機器人的應用。在生產自動化階段 (1983~1989年),台灣政府推動自動化相關 政策,陸續有自動化專業廠商成立,如盟立、研 華、均豪等。

 

70年代工研院即投入多關節工業用機器人 的開發,所培育出的專業人員投身業界後亦發展 出有能力協助光電業、半導體業設備廠設置生產 線的業者。80年代開始,中國大陸幾乎提供了 一個完美的製造天堂,便宜的土地、租稅、源源 不絕的低薪人力,讓以工業生產製造與主的台灣 製造業,大量的外移中國,當地便宜的製造成本 使得台灣本地的自動化工業進展減速,間接影響 了國產的工業用機器人品牌誕生;也由於研發進 度的中止,多軸工業機器人的技術中斷十數年。 但就在此時,日本和德國的工業機器人產業正如 火如荼的發展,尤其是日本,從關鍵零組件的開 發到六軸正逆向運動學的相關技術,都有廠商相 當的著墨;於是台灣的相關自動化業者逐漸轉型 代理國外機器人產品並進行整合應用至各需求產 業的方式來推行工業自動化。

 

2008年後,產業環境發展變化,中國大陸 逐漸地不再是完美的製造天堂,因為人力需求的 問題、人工薪資逐年上漲的問題,使得以代工製 造為主的許多企業重新關注工業用機器人國產化 的問題,而工研院此時也扮演領頭羊的角色,投 入多關節機器人相關技術和零組件的開發。

 

時至今日,結合台灣金屬機械、資訊電子和 化學工業等優勢產業,投入智慧製造領域。發展 單機自動化機器人系統、組裝機器人作業單元、 加工機器人作業單元,將機器人產品及智慧化 系統並重,落實技術深耕,建構製造業服務化能 量,已是值得台灣業者努力的方向。現在的目標 是實現零組件的國產化,以創造國產工業機器人產品更高的附加價值。

現今台灣機械產業群聚所孕育的零組件模組 優勢,讓以機器人為核心的自動化產業已經有著 一定的技術基礎,但也有著一刀兩刃的效應;台 灣的工業機器人零組件發展在與台灣機器人產業 共同成長的同時,是否會類似工具機產業的發展 過程?成為日本產品降低成本、中國大陸機器人 產品追趕台灣的幕後功臣。以致到後來又陷入發 展困境,這是在國產機器人用減速機、伺服系統 和控制系統日益茁壯下,不得不去顧忌的發展隱憂。

二、產業現況與未來

2018年台灣工業機器人產值約新台幣126.5 億元,預估2020台灣機器人產業產值為650億 元新台幣,產值包括單軸機器人與工業機器人。 單軸機器人,由一個伺服馬達(含驅動器及控制 器),整合線性滑軌與滾珠螺桿所構

圖1 台灣主要產業崛起歷程

資料來源:行政院主計處

成之模組, 用在搬運、移載等以直線運動為導向的線性平 台。工業機器人,指三軸或三軸以上,具有多種 作業功能,可依預定程式動作,具有可再程式化 操作的多功能用途之自動操作機。包含關節型機 器人、平面關節型機器人、並聯型機器人和座標機器人(高架機器人或X-Y-Z機器人)等, 用於焊接、點焊、噴漆、裝配、取放、鑄造、熱 處理、研磨、切割、疊棧、包裝、檢測。 從應用領域來看,汽車與汽車零組件、電子 電機產業、機械金屬產業是台灣多關節工業機器 人應用的前三大。透過比較2010年與2017年台 灣工業機器人主要應用領域的裝置量,可以發現 汽車與汽車零組件、電子電機產業、機械金屬產 業分別有154%、228%、178%的成長。其中 搬運、焊接與上下料是工業機器人最主要被應用 的工序。

其他產業,如水五金、航太、表面處理業 等,目前機器人的導入仍偏低,預估這會是 現在到未來工業機器人被應用的主要領域,特 別是在機械金屬加工,所謂機械金屬加工是指 做Mechanical cutting(切削)、grinding(研 磨)、deburring(去毛邊)、milling(鑽孔)、 polishing(拋光)的工序。預計2017年~2021年 複合成長率為9.95%。 目前台灣市場上的終端用戶,在選擇購買 關節式機器人導入應用時,仍大多考量來自於 歐日的品牌,例如FANUC、Kawasaki、ABB、 EPSON、KUKA、NACHI等,台灣的國產品目前 較難切入,除了機器人產品的技術成熟度外,另 外是終端應用者在購買了某一品牌的機器人產品 之後,因為操作者多年的使用習慣已建立、機台 連線的方便性、維修時機台可彈性調用等因素, 幾乎都會持續延用原來的品牌,尤其是在汽車與 汽車零組件、電子電機產業、機械金屬產業等 領域,特別是半導體相關產業,因為已高度自動 化,廠內已有數百甚至數千台機器人,考量生產 效率,更是難接受新的機器人產品。 台灣智慧型機器人產業的發展與國際大廠處 於時空不對等競爭;目前處市佔領先的幾個全 球工業機器人企業;ABB:在發展中國家發展其擴張策略,特別是在中國大陸,力推電力和自 動化產品、系

資料來源:工研院產科國際所(2019/09)

圖2    台灣機器人產業發展主要歷程

統及服務,以此為新階段策略的核 心。FANUC:持續維持高階自動化設備能提供 穩定量產的優勢、並導入機器學習於工業機器人 產品,且逐步讓機台連線資訊透明化。KUKA: 力固研發技術的優勢,從專用控制系統,到 使用工業PC做為控制系統,再到Windows做 為人機互動介面,技術發展朝工業4.0邁進。 YASKAWA:發展與人協同工作的機器人並涉及 醫療照護領域。Kawasaki:將工業機器人與符 合工業4.0規格的軟硬體整合。

根據筆者長年的研究,得到一個重要的觀察 結果,前述幾個在全球市佔高且知名的工業機器 人廠商,都已歷經萌芽、茁壯、成熟、穩定發 展的4個階段,這4個階段的內涵分別是,1、能 夠進行機器人的設計製造;2、有量產工業機器 人的能力;3、有主要的應用領域能夠鋪貨銷售 (貨出得去);4、完整售後的技術支援與服務 體系。每歷經1個階段,至少需要3年的時間。 據此對照並分析目前所有台灣生產製造工業機器

人的公司,在現階段要與這幾個市佔高且知名的 廠商在市場上直接抗衡將還有些必須要歷經的階 段與挑戰。

台灣工業機器人產業,主要區分為機器人零 組件、機器人本體產品與工業自動化系統三部 份;廠商的性質涵括零組件廠商、整機廠商、系 統整合商、以及IPC族群。

 

系統整合商是指結合台灣精密機械廠商發展 單機自動化機器人系統、組裝機器人作業單元、 工業用機器人加值化軟體平台;於各式加工設 備:產業機械、工具機、電子設備….等應用工 業機器人佈建自動化系統。他們是提供智能化服 務,透過系統整合為客戶提供更完整的智能化解 決方案的工業自動化系統整合商。

 

台灣工業機器人產業,機器人本體產品製造 廠商與國外產品、零組件、系統整合商合計超過 百家,直接從業人數超過12,000人。以線性傳 動元件為主的直角座標型機器人產品在全球市場 上擁有一定的競爭力,市佔率超過3成;其他型 式的工業機器人產品在全球的總市佔率目前仍不 到10%。

 

零組件廠商是工業機器人產業供應鏈的主 體,包括傳動元件、控制器、驅動器、感測器。 台製工業機器人,特別是多關節型式的機械手 臂,其關鍵零組件(編碼器、伺服馬達、減速 機)多為從國外採購,但是近年已逐漸建立起自 主能量,另有許多機械金屬零組件的製造商開始 將研發能量投入機器人零組件,且逐漸通過品質 驗證。筆者從最近的訪廠訪談中,得知到台製伺 服馬達與編碼器的規格逐漸符合國際水準,減速 機已完成開發,就穩定性不斷地進行驗證。零組 件的完整關係到供應鏈的完整,供應鏈的健全與 否直接顯示出這個國家的這個產業是否強盛。

 

對比國際上的工業機器人四大家族,ABB以 高效率的馬達(含馬達驅動器與馬達控制器)著 稱;KUKA以PC-Base控制器拓展機器人應用市 場,並強調其PC-Base控制軟體的廣泛支援性; FANAC與YASKAWA均具有自產所有機器人零 組件的能力與機電系統整合,日本本地的大量 機器人需求已培養出強大的機器人產品供應鏈, 並具有價格優勢與歐系廠商對抗,MITSUBISHI 在零組件市場中提供全系列的馬達、馬達驅動 器與控制器。工業用伺服馬達的Panasonic。機 器人關鍵零組件中的減速機,目前以日本公司 Harmonic Drive在小型化機械手臂上的應用最為 著名,機器人用減速機仍以日製、德製在國際上 的評價最高。

 

看待目前台灣工業機器人產業地圖中的公司 在國際上的競爭力和表現:現在~2022年的短中 期,以傳動元件為主的機器人硬體零組件;領域有產品著墨的台灣公司極富競爭力。2022 年~2025年的中長期,研製機器人控制器、驅動 器、感測器的公司。2025年後,我們期待有多 關節工業機器人的品牌能夠與目前歐日的知名品 牌並駕其驅。

 

三、貿易戰下的發展對策

美中世界兩大經濟體貿易對峙的負面效應已 浮現;看來已某種程度傷害全球的經濟成長。 對於這兩大國在工業機器人領域的科技戰,短 期可能情境為:美國在工業機器人的使用和製造 上一直以來並非大國,但在「製造業回流」的大 旗下,美國現在挾帶豐沛的ICT技術強化機器人 的關鍵發展要素-人工智慧。美國有包括軟體在 內的機器人關鍵技術,中國以資金和市場急起直 追,力求高階機器人技術與本體的自主化。

 

我們分析這2大國在工業機器人產業的可能 對峙情形;分別以2-3年的短期和5-10年的中長期來看。

 

短期2-3年內美國可能採取的作為是,美國 政府會推出對中國機器人公司的禁令,甚至限制 美的集團旗下的KUKA進入美國汽車製造市場; 也會醞釀出口禁令,要求美國公司不得向中國公 司提供晶片、人工智慧技術、奈米機器人、機器 人材料等技術。

 

而在中國方面,中國企業不斷在機器人本體 的開發和關鍵技術的突破上,力求完全自主化、 國產化。從減速器、伺服電機、控制器、感測器 到驅動器。中國在機器人本體突破且有市占後, 全面實施生產製造過程中的機器人國產化,並且 開拓服務型機器人的市場。甚至在官方支持下, 中國企業購併歐日美等國的機器人公司。

 

5-10年後的中長期情境:屆時美國和中國 已是世界機器人產品和技術的2強,美國掌握機 器人的核心-人工智慧技術,以此加值歐日品牌 機器人,應用於汽車製造、機械金屬加工、航太 產品製造、國防軍用,而在先進的機器人技術, 例如奈米機器人、機器人材料、醫療機器人處全 球領先地位。中國突破機器人的關鍵技術並國產 自主化,例如在減速器、伺服電機、控制器、感 測器、驅動器等關鍵零組件;且以人工智慧技術 加值工業機器人在內需市場的生產製造過程中的 類人化能力。

 

在美中2強如此的發展下,台灣產業受影響 的是機器人本體產品製造商與零組件供應商。最 好的情況是中長期後,台灣機器人本體技術的升 級、從應用面跨向擁有機器人技能化技術,再到 建立產業生態鏈(Eco System);台灣的機器人 產品能打進美國和中國大陸的市場。 而我們最不樂見的是,5- 1 0年的中長期 後,中國大陸的機器人產業堀起,而美國製造業 回流本土訴求成功,有各式Robotic + AI,而台 灣機器人產業被邊緣化。 因此,工研院產科所認為,我國現今因應美 中科技戰之機器人產業發展因應對策有4。

 

1.對於從事專門工業機器人製造、自動化生 產線規劃設計,或透過自主研發,或與國外技術 合作的中小企業,實施創新研發投資抵減。

2.科專支持Robotic + AI的相關計畫研發。

3.擴展交流國家,設置研發中心,布局美中 以外的機器人產業供應鏈。

4.台灣在工業機器人的發展上,一直以來著 重於強化歐日品牌機器人的應用面,現今必須 將底層有缺口的技術(機電一體化、支援自己 Know how-based的CAD,CAE工業軟體、減速 機材料與加工技術等)補上,並帶動相關產業。

四、產業的機會

全世界積極推動智慧化生產,智慧化生產 對於全球製造業的發展已受到重視。在2012年 ~2018年的期間,我們看見「人機協作」機器人 的快速發展,體積小及簡易使用的協作型機器人 帶動工業機器人市場規模的擴大,發展趨勢是透 過機器人生產的彈性與數位化資訊,因應客製化 生產製造;機器人取代人工完成重勞力、具汙染 性且精密的工作,並同時維持高品質。

 

全球工業機器人的年度裝置量已超過40萬 台,整體產值來到295億美元,利用先進自動化 技術從事生產的議題已成為國際間製造業關注 的焦點,機器人在生產線上的應用會逐漸落實到 各個領域。台灣從滾珠螺桿與線性滑軌起家,一 點一滴累積線性傳動元件的各種關鍵技術。現今 不只賣自動化的關鍵零組件,更一步一步邁向扮 演提供給客戶Total Solution(整體解決方案)的 角色,逐步強化台灣在智慧機械系統於全球的布 局,美中貿易戰的摩擦反而可能是刺激全球製造 業加速朝向智慧機械布局的動力。

 

觀察台灣機器人產業的發展狀況,很類似 三十年前電腦產業即將蓬勃發展的情況。台灣 現在是世界主要的ICT產品生產國之一,已經具 備了發展機器人所需要的智慧需求韌體的產業鏈 (ICT相關產業供應鏈),有機會依循電腦產業 的發展模式來發展智慧型機器人產業,縱使機器 人零組件與產品的穩定性尚待驗證,但仍比其他 國家具有發展機器人產業的優勢;ICT相關產業 供應鏈的優勢也是精密機械、智慧型汽車、5G 發展的契機。

 

台灣關節型工業機器人的裝置量,未來2年 的年均量為11,500台,缺乏市場縱深及產業規 模的台灣機器人產業,不一定要跟隨德日大國 去發展出一具具推陳出新的各式機器人;高知 識含量、高附加價值的技術服務應該是這個產 業發展上的重要選項。展望未來,也就是應用面 know-how的建立與自動化系統整合的能量,說明如下:

 1、重視工業基礎技術讓零組件能自主化是 首要

2、整機產品須與製程整合一起考量

3、結合現有ICT技術與台灣網通技術的能量

資料來源:工研院產科國際所(2019/09)

圖3、台灣工業機器人發展定位與作法

產業趨勢

02

從台灣工業機器人產業的歷程探討發展定位

%E9%8B%BC%E7%B6%B2%E5%BA%95%E5%9C%963_ed

Copyright © 2020 工商財經數位股份有限公司 China Times Group All Rights Reserved.