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機器手臂市場全面啟動
智慧製造議題發燒
[作者 王明德]   2018年03月21日 星期三 瀏覽人次: [838]

在製造現場規律、快速移動的機器手臂,是多數人對自動化製造系統的印象,過去機器手臂多用來取代所謂的3K(骯髒、危險、辛苦)工作,不過近年來狀況已經改變,在各類產品製程逐漸精微化、大量客製化的趨勢下,產品的穩定性與及時生產能力越顯重要,要避免庫存成本及需求變動所造成的長鞭效應,廠商必須具備短時間大量生產的能力,以往廠商藉由新興國家低廉的勞動成本增加生產力的作法,也隨著新興國家的快速發展將有所調整,如何有效的利用最少的資源獲得最大的效益一向是經營策略的主要目標,因此,未來能取代人力執行更精密、更可靠及更高生產力的機器手臂,已然成為各國發展的重點。


這幾年來日本以及歐美國家由於技術上的改進促使機器手臂零組件的價格下降,以及有許多系統整合廠商提供開放性系統解決方案,機器手臂的性能價格比逐漸提高;除此之外,機器人製造商與系統整合廠商開始進行合作,開發具有標準模組化的零組件來降低單位成本與增加生產作業彈性,這意味著即使是少量的產品也能被有效的自動化生產,像是在零件的焊接或切削,以及彈性的組裝及包裝等工作。



圖1 : 更精密、更可靠及更高生產力的機器手臂,已然成為各國發展的重點。(Source: KUKA)
圖1 : 更精密、更可靠及更高生產力的機器手臂,已然成為各國發展的重點。(Source: KUKA)

然而使用者對於選擇供應商所需考慮的因素,不僅僅是基於其販售價格,同時也重視供應商是否具有能提供在先期規劃製作單元到操作期間的整合服務,機器手臂的製造系統設計重點,除了可擴充新的應用系統之外,同時必須考慮與其他設備搭配的可能性及在整個生命週期中的維修狀況;因此,設計者必須基於使用廠商其產業的特性開發適合其使用的機器手臂。


應用市場快速起飛

目前亞洲地區被視為世界工廠,如韓國與大陸等地,各項產業對於機器手臂的需求量增加,使得機器手臂市場需求慢慢由歐美地區轉移到亞洲地區,目前亞洲地區已成為機器手臂需求量最高的地區,就使用領域來區分,機器手臂在汽車製造、電子電機、化學等3個領域目前的應用最為成熟,在汽車製造領域,主要汽車市場—北美、日本及西歐國家的汽車成長趨緩,使得這些區域的汽車供應商採取合併生產線來降低開發成本並穩固市場佔有率,所有汽車製造商開始轉往集中投資於成長中的汽車市場如印度、南美洲、東南亞及東歐等國家,汽車製造所使用的機器人主要在焊接、塗裝類部份,此類型機器人對汽車製造業的依存度較高,前幾年因為汽車相關製造商對設備投資低迷而產生大幅影響,但因為全世界汽車需求擴大,因此未來以亞洲為中心的汽車市場,將會是未來的成長驅動力。


電子電機產業則因亞洲國家快速的崛起,因此在這些地區的機器手臂的存量累積速度高於其他的國家,特別是用在電子零組件廠商的無塵室機器人,相對來說,歐洲在電子產業的發展就顯得比較溫和,電子電機應用的機器人主要為組裝與搬運用途;在晶圓搬運機器人方面,隨著全世界半導體之需求增加,預計將呈現穩定成長,晶圓搬運機器人的需求在美洲、日本等大型半導體製造商所在地。液晶、PDP玻璃搬運機器人主要需求地點,則在大日本、韓國、台灣等地。


至於化學產業,則在所有的產業當中被視為僅次於汽機車產業之後最重要的機器手臂市場,在亞洲及美國地區,化學產業為第三大的機器手臂使用者。由於金磚四國等新興國家近年來發展迅速,對於基礎建設勢必會產生大量的需求,基礎建設需要大量的原物料,因此在化學、塑膠及橡膠產業未來的成長將有突破性的發展,而此產業對於機器手臂的需求特性較傾向於採用完整的系統勝過於單單採購獨立的機種,整體而言,新興市場對於機器人的投資及裝置量預估相對於其他地區將有明顯的成長性。


物聯網將成技術重點

在技術部分,未來物聯網將會是機器手臂的發展重點,透過物聯網技術,讓生產資訊數位化,同時整理成大數據資料傳達給機器人,讓機器人可以扮演更加靈活的生產工具,而且包括機器學習、機器視覺等技術,從2D檢測、定位到3D取放、量測、人機協作的相關應用,都將會成為機器人未來發展的關鍵。



圖2 : 台廠主要聚焦在機器手臂之相關應用技術,若能將這些主要零組件加以整合開發成為模組化產品,將有助於快速切入市場。(Source: NWI Times)
圖2 : 台廠主要聚焦在機器手臂之相關應用技術,若能將這些主要零組件加以整合開發成為模組化產品,將有助於快速切入市場。(Source: NWI Times)

隨著機器人標準化結構、整合一體化關節、自組裝與自修復等技術的改善,機器人的易用性與穩定性不斷被提高,應用產業領域也從汽車、電子產業,迅速延展至食品、醫療、化工等更廣泛的製造領域。


機器人本體也將會朝體積小及模組化的方向發展,如機器人關節模組中的伺服電機、減速機和檢測系統,能做到三位一體化,希望能解決產品品項、規格過於複雜的問題,進一步縮短設計製造週期並降低生產成本。


未來的工業機器人需對人類行為進行學習,解決大量手工生產製程的自動化問題,同時不斷拓展工業機器人的新功能突破複雜工作的技術瓶頸,工業機器人與人協作的能力也將會不斷提高,如採用聲納、攝影機或者其他技術,感知工作環境是否有人,如有碰撞可能,機器人就會減慢速度或者停止運作。


為了迎合智慧化趨勢,工業機器人顯然必須也要朝此發展,如何與其他智慧設備連接共享訊息,而不只是強調高效、精確、可靠等傳統價值,如何讓工業機器人具有靈活性和敏捷性,並能在少量多樣的生產趨勢中,保持高產能和高質量,勢必將會是工業機器人未來的主要挑戰。


台場在零組件有優勢

至於台灣廠商的未來發展,台廠主要聚焦在機器手臂之相關應用技術,如產線之建置、IO模組、機器人操作盤、軟體、相關零組件及各式夾具的設計製造等,若能將這些主要零組件加以整合開發成為模組化產品,將有助於快速切入市場;另外,CNC工具機控制器因其核心技術與機器手臂控制器類似,因此台灣廠商若要在短時間切入開發出機器手臂用的控制器產品具有相當的優勢。


過去3K產業一些特定製程都由人力完成,不過在本地勞工不願投入,外勞引進又有限制下,未來機器人在這方面的應用確有需求,而且機器人的導入能夠幫助廠商提高競爭力,因此從目前台灣廠商具備的技術以及未來市場的需求來看,專用化、高可靠度的機器手臂產是目前值得切入發展的方向。


**刊頭圖(Source: NWI Times)


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