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工业用机器人2020市场现况与发展趋势
5G和边缘AI晶片为推动主力
[作者 盧傑瑞]   2020年12月08日 星期二 浏览人次: [4952]

随着劳动人囗的减少,以及中国和东南亚等新兴国家劳动力成本的上升,相当多的生产线上,已经愈来愈依赖工业机器人来进行加工或组装的制程。因此,工业机器人的市场应用不仅愈来愈广泛,从2014年开始,每年都还以两位数的速度增长。


根据2017年的市场预测,2035年日本机器人市场规模预计将大幅度成长到10万亿日元,这种的成长趋势不仅仅是日本,在其他国家也上都是一样。其中,工业机器人的成长速度更令人期待,因为随着日本和欧洲劳动人囗的减少,以及中国和东南亚等新兴国家劳动力成本的上升,迫切需要使制造过程自动化,并且可以发现相当多的生产线上,已经愈来愈依赖工业机器人来进行加工或组装的制程。


除了工业机器人之外,该预测还包括医疗,护理、福利,清洁等领域,但制造业中的工业机器人所占的比例还是最高的,其背後是由於出生率,和人囗老龄化而导致的工人数量减少的问题。因此,工业机器人的市场应用不仅愈来愈广泛,从2014年开始,每年都还以两位数的速度增长,并且未来的市场有??继续扩大(图1)。



图1 : 2035年产业用机器人日本市场规模预测?(source: 经产省;智动化整理)
图1 : 2035年产业用机器人日本市场规模预测?(source: 经产省;智动化整理)

不过这样的期待,从2018年却发生了转折,出现相当大的变化,根据Global Information的Interact Analysis最新的2020年市场报告,虽然自2018年中期以来,全球工业机器人市场持续负增长,到2019年底有复苏的迹象。但是到2020年,由於COVID 19所带来的冲击,预计销售量又将下降3.6%(图2)。



图2 : 产业用机器人市场期待从2018年发生了转折,出现相当大的变化?( source:Global Information;智动化整理)
图2 : 产业用机器人市场期待从2018年发生了转折,出现相当大的变化?( source:Global Information;智动化整理)

欧洲和美国大幅度下滑,亚洲表现出??意料的好

从产业的角度来观察,工业机器人的市场大多在汽车和电子设备(半导体等)领域中使用,除了这种趋势在未来还将继续之外,预计还将增加在食品和制药等其他产业中的使用,相信在工业机器人市场中的比例会不断提升。


虽然预估非制造环境(例如物流和服务行业)中的应用将受到更大的打击,但非制造应用的辅助用机器人,在2020年保持销售和出货量两位数的成长。


根据统计,在2019年约36万台专业服务机器人的销售规模中,用於物流的比例占了49%;第二位是检测应用的33%,第三位是军事用途,其中一个比较有趣的数字是,虽然医疗用机器人的出货数量仅占2%,但由於其单价较高,产值的在整体规模的占比却高达30%。


因此辅助机器人这一方面的产品,恢复速度相信会非常快速。目前许多辅助机器人制造商,和应用大多都集中在亚洲,有??比其他市场的竞争对手更快地度过危机。


虽然工业机器人市场在增速上不及辅助机器人应用,但与2018-2019年相比,2020年工业机器人市场有??回暖,而2018-2019年增速放缓的部分原因是贸易战和关税问题(图3)。工业机器人主要应用於汽车和电子行业,2018年这两个产业合计占全球工业机器人需求的60%。



图3 : 2016~2020年全球产业用机器人销售数量统计?(source: Deloitte analysis;智动化整理)
图3 : 2016~2020年全球产业用机器人销售数量统计?(source: Deloitte analysis;智动化整理)

虽然到目前为止,对工业机器人的一些成长预测明显高於目前的情况,但可以说,由於市场预期或对机器人将抢占工作岗位的紧迫感,这些预测往往被高估了。


即使销售基数增长放缓,但运行中的工业机器人数量仍在不断增加。 根据预测,2021年全球工业机器人的运行数量将达到355万台,比2016年的实际183万台增长了近一倍。


半导体等高科技产业的自动化程度较高,受COVID 19灾害造成的影响较小。许多业者可能会考虑重新调整供应链,让关键零组件能够在当地生产,同时也希??提高自动化水准。这些都可能有力地推动工业机器人的长期发展。


从区域上看,2020年第一季,工业用机器人业者在欧洲和美国市场的营收都呈现大幅度下滑,许多厂商的营收跌幅更在10%以上。由於当地生产受到停产的严重影响,这一趋势将在第二季加重。


反观亚洲方面,包括日本、中国和台湾在内的机器人业者在2020年的3月和4月表现出??意料的好。这些亚洲机器人业者一直接获新客户的订单,而欧洲和美国的供应商却已经停止生产。不过,就整体而言,我们对2020年下半年的前景还是持谨慎态度,对整体成长期待并不乐观。


5G和边缘AI晶片的新技术,将提升其功能性及扩大市场规模

也许有人会认为,专业服务机器人的高成长率很突出,因为这个行业是新应用领域、初始市场规模相当小,但仔细分析和观察,可以发现这并不是快速增长的唯一原因,而是基於5G和AI晶片这两项技术进步对服务机器人的影响。


具体而言,5G网路技术带来的无线网路连接的改善,以及边缘人工智慧晶片价格的降低,和处理能力的提高,使机器人中的处理器能够执行人工智慧任务,而不是透过遥远的云端处理,而延迟服务机器人的反应速度与应用能力。边缘人工智慧晶片可以解决许多限制,来克服目前专业服务机器人在实用性能力的课题,并将其转化为对用户更有用、更有吸引力的功能。


这是因为,对於专业服务机器人来说,网路通讯一直是过去的主要门槛之一。在过去,可行动的专业服务机器人很难一直维持可靠的网路通讯。虽然有线通讯在讯号稳定度上面是相当可靠,但也却限制了机器人的可移动性。如果重视可移动幸,而使用Wi-Fi和4G却又带来了各种挑战,包括不稳定的热点连接、成本、通讯延迟,以及同时连接设备数量的限制。


所以5G通讯技术的出现,可以完全解决上述的技术障碍,透过使用5G可以同时连接大量设备,且通讯延迟的机率相当低,此外,透过建设本地的5G网路,还可以免去向电信运营商支付月租费,从而降低成本。因此从机器人成为5G的杀手级应用的角度来看,5G有??为企业物联网市场做出相当重大贡献。


除了上述5G通讯之外,边缘人工智慧晶片将在两个方面使专业服务机器人受益:性能和功耗。


对於电池供电的移动机器人来说,高功耗会限制其运行时间。因此,透过采用专为人工智慧操作设计的晶片,除了可以降低功耗外,还可以减少机器人使用的晶片数量,使其在利用人工智慧功能的同时,可以工作更长时间,提高服务性。这是GPU等高耗电晶片上是不可能实现的。


对於工业机器人和专业服务机器人来说,透过5G和边缘AI晶片的新技术,将会提升其功能性,以及扩大市场规模。甚至专业服务机器人的改进机会,有相当大的程度会比工业机器人大得多,这是因为工业机器人,一般都是通过有线方式连接工厂内部网路,基本上通讯品质就已经是相当高 并且通讯速度快且稳定,更没有电池耗尽的风险。


此外,针对机器学习应用的AI晶片也有额外的空间,可以提供在现有的环境中进行更多的运算。所以与工业用机器人相比,专业服务机器人通过5G和边缘人工智慧晶片的使用,可以进化出更广泛和高阶的能力,推动市场迅速扩大。


除了企业应用的工业和专业服务机器人外,消费机器人市场也在不断发展,例如为吸尘、割草、洗窗等商业应用设计的家用机器人。根据统计,2019年全球是的销售量为1760万台(比2018年成长约44%),娱乐用机器人(主要是亚洲制造的玩具,大部分产品的功能与机构相当复杂)在2019年销售了450万台(成长幅度约10%)。虽然消费类机器人在数量上占据了市场的大部分,但由於其价格低廉,在销售额上只占市场总量的1/7。尽管如此,重要的是要注意到5G和AI晶片对消费机器人的影响。


日本六家工业机器人业者共同成立协会,与业界分享研究结果

日本最近成立了一个包括由川崎重工、DENSO、FANUC、不二越、三菱电机、安川电机等6大工业用机器人业者所组成的技术研究协会,这个名为「工业机器人下一代基础技术研究组织(ROBOCIP)」,每年将投入数亿日元的来研究与开发工业机器人的基础技术,理事长则是由FANUC机器人事业本部技监?原伸介担任。


透过这个研究组织,会将日本产业中关於机器人的技术问题汇聚在一起,在透过整合产业界和学术界的知识来解决(图四)?例如将叁与公司的共同问题,外包给东京大学、东京工业大学和厌应义塾大学等研究人员,再把所获得结果分享给这6家公司。藉此降低仅由单靠一家公司克服问题的高度风险,以及更快速的突破未开发领域的课题。



图4 : 藉由工业机器人下一代基础技术研究组织的成立,未来将会把日本产业中关於机器人的技术问题汇聚在一起,在透过整合产业界和学术界的知识来解决?(source:Newswitch;智动化整理)
图4 : 藉由工业机器人下一代基础技术研究组织的成立,未来将会把日本产业中关於机器人的技术问题汇聚在一起,在透过整合产业界和学术界的知识来解决?(source:Newswitch;智动化整理)

初期,研究领域将针对「机器人的控制与通用动作等相关研究」、「远端控制技术研究」,以及「新型机器人材料和感测器应用技术开发」等三个领域,并且邀请与机器人领域关系不大的研究人员叁与验证和评估,以增强每个公司各自开发的基础技术研究。


透过这三个基础研究,来强化未来扩大普及时不可欠缺的技术,除了简化教学之外,还将构建一个系统来共同解决问题,包括支持日益普及的5G通讯、後5G技术、以及透过减轻重量来提高能源效率。


结语:工厂的工业机器人进入了一个新阶段

工业手臂式机器人对於精密设备进行组装作业时,动作与需要格外谨慎,因应这样的需求,三菱电机已经开始在新款的工业机器人中导入了AI技术Maisart。具有AI Maisart能力的工业手臂式机器人,可以透过人工智慧的能力立即找到最适合的动作和流程,并且马上应用在生产制程上,而不会浪费任何宝贵的生产时间。以一般的普通机器人来说,会根据预先设定的程式进行运作,但是配备了Maisart的机器人,可以透过机器学习自动调整,在5分钟内找到最隹作业模式,效率上可以高出普通机器人的2至3倍。


在地球另一边的西门子也一样的将人工智慧机制导入新款的工业机器人,这些机器人大多是担负工厂的大部分工作,来生产超过30,000款的电动机产品,以及工厂内无人化的堆高机。这款高智慧化的机制被称为「Digital Twin」,就如字面上的意思,可以在数位运算的虚拟中建立起和真实空间相同的环境,并且进行模拟处理工作。当然,即使模拟失败,也不会影响实际的机器人和零件。由於所有机器人和零件都是数位化的,藉此找到最隹的制程技术并强化工厂自动化能力。


到目前为止,工业机器人一直专注於简单的工作,但因为提供工厂自动化的机器人功能不断地提升,可以反映出工厂生产线对自动化的强烈需求。并且,借助机器人视觉系统,可以透过机器人代替作业员进行更复杂的作业,例如组装和运输。如果机器人视觉能够像人类一样进行高程度的运动,那麽人类辅助机器人将变得更加普遍。


随着时间的推移,不同类型的机器人(工业型与服务型、企业型与消费者型)之间的区别将会越来越不明显。因此,未来市场所关心的是机器人功能,而不是它叫什麽名字。


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