產業趨勢

2020年工業機器人 產業發展趨勢

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

機器人產業自2018年即反應貿易問題,在 歷經多個季度的整理後,訂單庫存逐漸已有落底 跡象;且在智慧製造仍是未來主流議題下,我們 審慎樂觀地的看待2020年的發展。

預估20 2 0年全球工業機器人產值有望較 2019年增加。車市的回穩、5G電訊設備的需 求、消費性電子新產品的問世,再加上美中簽 署階段貿易協議後,都讓機械設備製造廠商認為 有助景氣復甦。近期雖受到中國新型冠狀病毒肺 炎疫情影響而增添變數,但長期來看仍是充滿機會。

台灣廠商未來的發展,重點在於應用面 know-how的建立與自動化系統整合的能量;機 會在於1、智慧型線性傳動產品的發展。2、透 過跨領域技術的融合,讓機器人可以優化生產, 關鍵在於製程軟硬體的整合。在工業機器人產品 與技術的發展趨勢我們以9字來綜整:技能化、 協作化、高彈性。

一、全球工業機器人市場規模與發展

圖1是2008-2020全球工業機器人裝置量 的統計與預估,2018年全球裝置了422,271台 工業機器人(與2017年相比增長10.8%)。 2010年到2018年,全球工業機器人成長超過 3倍(2010:12.1萬台;2018:42.2萬台)。在 製造業領域的前三大應用分別是汽車相關產業 (29.7%)、電機電子產業(24.9%)、機械金 屬產業(10.3%)。在反應去年貿易戰衍生的機 械設備投資不振問題後,2020年全球工業機器 人的裝置量將有望較2019年增加。

工業機器人多被應用於裝配(Assembly / Disassembly)、搬運(Handling Operations / M a c h i n e T e n d i n g ) 、焊接( W e l d i n g / Soldering),此三項占多例關節工業機器人總裝 置量244萬台(統計至2018年底服役於全球工業機器人總數))的)73.4%。

全世界積極推動智慧化生產,智慧化生產受 全球製造業的重視。其帶動工業機器人市場規模 擴大,我們看到製造業透過機器人生產的彈性與 數位化資訊,因應客製化的訂單;機器人幫助人 工完成重勞力、具汙染性且精密的工作,並同時 維持高品質。

我們觀察到工業機器人最主要的三個應用發 展,分別是 1、機械設備機器人化;機器人、刀具庫、 檢測站等均已模組,可透過組合不同模組,與週 邊快速整合,快速構成彈性混線加工系統。

2、多機器人協同工作;多機器人直接同時 被應用於加工、?光、檢測。展現彈性化任務分 配與最佳化路徑技術。 3、工業機器人技能化;以精度補償技術、 剛性強化等各種方式,讓機器人朝高精度加工的 目標邁進,可被以靈活、彈性的優勢取代某些工 具機的製程。 因此,我們也歸納出三個主要的發展趨勢, 分別是:

圖1   2008-2020全球工業機器人 裝置量的統計與預估

資料來源:IFR,工研院產科國際所(2020/02)

1、(Automated Vehicle,自 動導引車)會逐漸演化為彈性、靈活、能獨立自 主航行的AMR(Autonomous Mobile Robot,自 主移動機器人)。

2、機器人製造商佈署工業物聯網建構智慧 製造,IIOT(Industrial Internet of Thing,工業物 聯網平台)是機器人的工頭;讓生產系統資訊 化,實現按需生產。

3、機械手臂已從單純執行抓取上下料,逐 漸與設備組成柔性生產系統,現在是協同完成加 工工藝,未來逐漸進化為機器人技能化。

資料來源:IFR、工研院產科國際所(2019/05)

圖2    協作型機器人與人共工的情境

二、協作型機器人與自主移動機器人

有安全功能的機器人聚焦了眾人目光,也就 是機器人在移動時,可預知在運動過程中隨之而 來的應有力量,只要一有突發的力量出現,如外 力觸碰到機器人,機器人就會馬上停止動作,這 個技術讓工業機器人從柵欄中被解放。

雖然傳統工業機器人現身於工廠生產線許 久,但因為其快速、不具備與人體安全互動而 防護的特性,總是需要圍欄隔開機器人與人,才 能確保工作上的安全。現今全球的工業機器人廠 商,應該清楚且明白,即使缺工情形嚴重而且招 募新手困難,也絕不可能一夜之間遣散所有工廠 裡的工人,全部用機械手臂取而代之。所以讓機 器人與人合作,讓機器人去幫助現有的工人,讓 機器人置身於勞工中,與人們一同合作,人機協 同式的情境應該要被應運而生。加上生產效率可 達成業主的期待,這是人機協同式機器人受到重 視的原因。

圖2是協作型機器人與人共工的情境 與安全程度需求相關性。 協作型機器人的需求非常多樣且分散。預估 將以電子產品製造業和汽車暨零組件製造業為2 大應用領域,將會採用協作機器人來進一步強化 生產自動化程度。電子產品的生命週期需要自動 化的彈性,汽車暨零組件製造業用來執行加工物 件的裝卸。

協作型機器人與AGV的整合,透過機器視 覺與深度學習,讓機器人可對物料進行識別以 夾取正確之物品的能力,更是日益成熟。倉儲的 物流應用將成為協作型機器人未來需求成長的重 要領域。全球市場上已有許多機器人與AGV的 整合,針對倉儲物流,做大量的物件揀選和運 輸。許多供應商都有此類產品,例如Kuka的LBR iiwa、Grenzebach的MR10S、inVia的倉庫移動機 器人、IAM Robotics的Swift、Magazino的倉庫 移動式機器人、台灣達明與日本歐姆龍公司合作 的移動式機器人。

協作型機器人使用直流馬達驅動,直流馬達 驅動器較簡單、體積小,好安裝。不過協作型機 器人功率較小,傳統工業機器人則要用大功率的 交流馬達。用現有AGV整合傳統工業機器人會 有直流電(電池)轉換成交流電的問題,就是效 率的問題,若能克服,我們認為AMR的市場也 會成長。

 

三、台灣工業機器人裝置量統計與面臨問題

台灣工業機器人的裝置數量在2018年達到 歷史新高,為12,145台。2018年總裝置數中, 39%(4,717台)為安裝在電子製造業;8% (1,008台)為安裝在汽車工業以及6%(753 台)為使用在機械金屬加工業中。 目前台灣工業機器人的裝置量在全球排名第 6,僅次中國大陸、德國、日本、美國、南韓。機器人密度方面,從2013年的每萬名製造業工 人擁有125台機器人到2018的221台,台灣機器 人密度目前排名全球第7,次於丹麥、瑞典、日 本、德國、南韓和新加坡。

台灣工業機器人的年裝置量從20 1 3年到 2018年的年均複合成長率為17%;至2018年 底,服役中的機器人總數累計為67,768台。

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。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, 預估將是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,工研院產業科技國際 策略發展所預計2017年~2021年的複合成長率 可達9.95%。

而就市場現況來看,國產機器人在台灣市場 的市佔小於10%。國內業者多採用國外手臂的 原因包含產品信賴度、性價比高、軟硬系統整合 考量、機器人介面操作方便性、售後維運等。

台灣機器人產品製造商在銷售機器人時,透 過自動化系統整合商擴展系統化技術,但到目前 為止,多數的系統整合商能力僅在將機器人與各 種感測器(力覺、視覺)或是各種其他設備(輸 送帶、機台)連接與調適。 若要進展到機器人所需之智慧化功能,像是 實現預知維護、跨協定之彈性組態管理、混合資 訊整合等的系統化技術,系統整合商必須導入國 外的模組或產品,技術來源被國外箝制,製造製 程整合應用調機需國外原廠共同進行評估。

因此系統整合商為了讓生產製程有一個整體 研製的考量,又回頭探尋歐日原廠品牌的機器 人,造成台灣目前超過70%的工業機器人雖被 應用於機械金屬等相關製程,但在此領域具競爭 力的機器人企業是日系及歐系品牌。

所以台灣雖已建立國產機器人品牌產品,但 以單機及模組為主,欠缺製造系統之數位系統解 決方案與機器人加工應用之演算法,無法透過軟 體創造與國外競爭者的差異化,這是工業機器人 產業面臨的核心問題。

 

四、台灣產業發展的機會

隨著生產製程的變化,對中小企業而言,需 要的是靈活與彈性的自動化技術融入現有製程, 降低智慧製造的投資規模。長期來看,全球產業 邁向自動化及智能化的大趨勢不變,產業升級的 腳步只會越來越快,機器人的需求只會越來越 多,加上機器人的本體單價持續下滑與相關技術 的成熟和相輔相成,如人工智慧、通訊技術或者 邊緣運算,都將使工業機器人長期發展看好。而 機器人本體外所衍生的周邊需求,如機器人軟韌 體、生產系統整合、通訊裝置等相關,將會是本 體價值的3倍以上,這是台灣相關廠商的機會。

因此,我們已很明顯地觀察到,電腦及週邊 設備製造業者邁向成為智慧製造解決方案的提供 者,他們把自身的產品與機器人自動化設備整 合,讓機器人發揮力覺、視覺、移動的效能。例 如佳世達的硬體產品,顯示器、投影機、行動通 訊、車載應用系統、照護醫療電子,與ABB、達 明機器人等機器人業者展示人機協同概念,展現 出製造的解決方案;特別是應用在自家產品的智 慧製造上,從賣產品到賣解決方案,從電腦及週 邊設備製造業,變成機器人製程系統整合業者, 甚至是工業自動化設備商,這些資通訊產業開始與製造業產生更緊密的鏈結,要克服消費性電子 產品毛三到四的營收窘境,開創出另一片藍海。

還有自動化系統整合商。國內的工業自動化 系統整合商,以主要的製造領域區分,在機械 金屬加工製造業,主要有盟立、旭東、大銀微 系統、世紀貿易、公準。汽車暨零組件製造業, 主要有永彰、統旺、潤蓬、也成、和大。和大本 身除了是汽車齒輪等傳動零組件的製造商,未來 也將會是傳動零組件智慧製造方案的供應商。電 子產品製造業,主要有盟立、佳世達、致茂、均 華、帆宣、志聖、均豪、信紘科、和椿。

值得注意的是,台灣有許多電子公司逐漸由 生產消費性電子產品轉型,跨出傳統代工,以多 角化經營方式,朝更具附加價值的領域發展;機 器人和智慧製造就是其中的重點。且美中貿易戰 並無讓台商投資研發的意願下降,反而看到東南 亞國家取代中國,成為這些電子公司海外布局的 選擇。 現今全球製造業大多面臨傳承、跨界、產業 整合、國際化及貿易戰爭的衝擊,除了要

圖3 台灣工業機器人裝置量統計

資料來源:IFR、工研院產科國際所(2019/05)

力求轉 型,還必須改變企業的與定位。我們看到工 業自動化業者逐化演化為智慧生產方案提供者。

未來可預期的是透過購併、異業結合或同業整合 為聯盟,並有許多逆向創新的元素,例如為新市 場尋找最佳解決方案,重新設計產品,從零開始 的創新,使尚未成為客戶的人應用新的產品,建 立新的產品核心性能,在新市場建立新的成長平 台。

 

結語

影響發展趨勢有市場、定位、功能三大元 素,第一是市場,因美中貿易戰,許多台商關閉 在大陸工廠,未來在大陸不一定要有工廠,但 要重視中國大陸市場,尤其是近年興起的服務市 場,深具成長潛力。第二是定位,台灣不僅要成 為歐美日系統技術提供者,還要扮演資源整合者 角色。第三是功能,過去是賣單一產品,未來要 走向提供智慧生產解決方案;不再是單一企業或 產業鏈的一環,而是透過異業結合或同業整合, 建構產業生態系(Eco-system),才較可能會是 立足於未來的關鍵。

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, 逐步擴展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。這時也不單只是僅 考量AI的開發,尚包括系統性的整合,如加工、 製造效率、產品良率、系統可靠度的整合,經由 製造系統的製程整合,讓機器人結合台灣產業應 用領域的know-how。機器人除了單純協助工具 機取放料作業外,還能執行鑽孔、組裝、檢測等 輕切削加工動作,朝智慧機械系統邁進。

也就是 工具機產業的發展高度連動機器人產業,工具機 與機器人整合應用的型式將從單純執行抓取上下 料,組成柔性生產系統,共同完成加工工藝,進 而邁向高彈性的工業機器人技能化。 車市的回穩、5G電訊設備的需求、消費性 電子新產品的問世,再加上美中簽署階段貿易 協議後,都讓機械設備製造廠商認為有助景氣復 甦。不過受到新冠肺炎疫情影響,已增添變數, 而多數企業認為這是短中期衝擊,長期展望仍是樂觀。

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2020年工業機器人產業發展趨勢

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