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机器手臂市场全面启动
智慧制造议题发烧

【作者: 王明德】2018年03月21日 星期三

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在制造现场规律、快速移动的机器手臂,是多数人对自动化制造系统的印象,过去机器手臂多用来取代所谓的3K(肮脏、危险、辛苦)工作,不过近年来状况已经改变,在各类产品制程逐渐精微化、大量客制化的趋势下,产品的稳定性与及时生产能力越显重要,要避免库存成本及需求变动所造成的长鞭效应,厂商必须具备短时间大量生产的能力,以往厂商藉由新兴国家低廉的劳动成本增加生产力的作法,也随着新兴国家的快速发展将有所调整,如何有效的利用最少的资源获得最大的效益一向是经营策略的主要目标,因此,未来能取代人力执行更精密、更可靠及更高生产力的机器手臂,已然成为各国发展的重点。


这几年来日本以及欧美国家由于技术上的改进促使机器手臂零组件的价格下降,以及有许多系统整合厂商提供开放性系统解决方案,机器手臂的性能价格比逐渐提高;除此之外,机器人制造商与系统整合厂商开始进行合作,开发具有标准模组化的零组件来降低单位成本与增加生产作业弹性,这意味着即使是少量的产品也能被有效的自动化生产,像是在零件的焊接或切削,以及弹性的组装及包装等工作。



图1 : 更精密、更可靠及更高生产力的机器手臂,已然成为各国发展的重点。(Source: KUKA)
图1 : 更精密、更可靠及更高生产力的机器手臂,已然成为各国发展的重点。(Source: KUKA)

然而使用者对于选择供应商所需考虑的因素,不仅仅是基于其贩售价格,同时也重视供应商是否具有能提供在先期规划制作单元到操作期间的整合服务,机器手臂的制造系统设计重点,除了可扩充新的应用系统之外,同时必须考虑与其他设备搭配的可能性及在整个生命周期中的维修状况;因此,设计者必须基于使用厂商其产业的特性开发适合其使用的机器手臂。


应用市场快速起飞

目前亚洲地区被视为世界工厂,如韩国与大陆等地,各项产业对于机器手臂的需求量增加,使得机器手臂市场需求慢慢由欧美地区转移到亚洲地区,目前亚洲地区已成为机器手臂需求量最高的地区,就使用领域来区分,机器手臂在汽车制造、电子电机、化学等3个领域目前的应用最为成熟,在汽车制造领域,主要汽车市场—北美、日本及西欧国家的汽车成长趋缓,使得这些区域的汽车供应商采取合并生产线来降低开发成本并稳固市场占有率,所有汽车制造商开始转往集中投资于成长中的汽车市场如印度、南美洲、东南亚及东欧等国家,汽车制造所使用的机器人主要在焊接、涂装类部份,此类型机器人对汽车制造业的依存度较高,前几年因为汽车相关制造商对设备投资低迷而产生大幅影响,但因为全世界汽车需求扩大,因此未来以亚洲为中心的汽车市场,将会是未来的成长驱动力。


电子电机产业则因亚洲国家快速的崛起,因此在这些地区的机器手臂的存量累积速度高于其他的国家,特别是用在电子零组件厂商的无尘室机器人,相对来说,欧洲在电子产业的发展就显得比较温和,电子电机应用的机器人主要为组装与搬运用途;在晶圆搬运机器人方面,随着全世界半导体之需求增加,预计将呈现稳定成长,晶圆搬运机器人的需求在美洲、日本等大型半导体制造商所在地。液晶、PDP玻璃搬运机器人主要需求地点,则在大日本、韩国、台湾等地。


至于化学产业,则在所有的产业当中被视为仅次于汽机车产业之后最重要的机器手臂市场,在亚洲及美国地区,化学产业为第三大的机器手臂使用者。由于金砖四国等新兴国家近年来发展迅速,对于基础建设势必会产生大量的需求,基础建设需要大量的原物料,因此在化学、塑胶及橡胶产业未来的成长将有突破性的发展,而此产业对于机器手臂的需求特性较倾向于采用完整的系统胜过于单单采购独立的机种,整体而言,新兴市场对于机器人的投资及装置量预估相对于其他地区将有明显的成长性。


物联网将成技术重点

在技术部分,未来物联网将会是机器手臂的发展重点,透过物联网技术,让生产资讯数位化,同时整理成大数据资料传达给机器人,让机器人可以扮演更加灵活的生产工具,而且包括机器学习、机器视觉等技术,从2D检测、定位到3D取放、量测、人机协作的相关应用,都将会成为机器人未来发展的关键。



图2 : 台厂主要聚焦在机器手臂之相关应用技术,若能将这些主要零组件加以整合开发成为模组化产品,将有助於快速切入市场。(Source: NWI Times)
图2 : 台厂主要聚焦在机器手臂之相关应用技术,若能将这些主要零组件加以整合开发成为模组化产品,将有助於快速切入市场。(Source: NWI Times)

随着机器人标准化结构、整合一体化关节、自组装与自修复等技术的改善,机器人的易用性与稳定性不断被提高,应用产业领域也从汽车、电子产业,迅速延展至食品、医疗、化工等更广泛的制造领域。


机器人本体也将会朝体积小及模组化的方向发展,如机器人关节模组中的伺服电机、减速机和检测系统,能做到三位一体化,希望能解决产品品项、规格过于复杂的问题,进一步缩短设计制造周期并降低生产成本。


未来的工业机器人需对人类行为进行学习,解决大量手工生产制程的自动化问题,同时不断拓展工业机器人的新功能突破复杂工作的技术瓶颈,工业机器人与人协作的能力也将会不断提高,如采用声纳、摄影机或者其他技术,感知工作环境是否有人,如有碰撞可能,机器人就会减慢速度或者停止运作。


为了迎合智慧化趋势,工业机器人显然必须也要朝此发展,如何与其他智慧设备连接共享讯息,而不只是强调高效、精确、可靠等传统价值,如何让工业机器人具有灵活性和敏捷性,并能在少量多样的生产趋势中,保持高产能和高质量,势必将会是工业机器人未来的主要挑战。


台场在零组件有优势

至于台湾厂商的未来发展,台厂主要聚焦在机器手臂之相关应用技术,如产线之建置、IO模组、机器人操作盘、软体、相关零组件及各式夹具的设计制造等,若能将这些主要零组件加以整合开发成为模组化产品,将有助于快速切入市场;另外,CNC工具机控制器因其核心技术与机器手臂控制器类似,因此台湾厂商若要在短时间切入开发出机器手臂用的控制器产品具有相当的优势。


过去3K产业一些特定制程都由人力完成,不过在本地劳工不愿投入,外劳引进又有限制下,未来机器人在这方面的应用确有需求,而且机器人的导入能够帮助厂商提高竞争力,因此从目前台湾厂商具备的技术以及未来市场的需求来看,专用化、高可靠度的机器手臂产是目前值得切入发展的方向。


**刊头图(Source: NWI Times)


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