工業機器人逐漸走向開放架構 台灣機器人發展添利多

作者: 李亦晴
2017 年 02 月 20 日

工業機器人依作業性質可分為搬運(Handling Operations/Machine Tending)、焊接(Welding/Soldering)、疊棧(Dispensing)、加工(Processing)、組裝(Assembly/Disassembly)、無塵室(Cleanroom)與其他應用等7大類;以機械結構則可區分為為直角坐標型機器人、SCARA機器人、垂直多關節型機器人及並聯式型機器人等。

工業機器人的用途在過去幾年不斷增加,它不僅促進產品品質提高,還能降低原物料浪費,並且減少能源消耗。機器人以其高度靈活性,取代了早期廣泛使用卻靈活度較低的自動化機械。

各大工業機器人市場需求屢創新高
 

機器人匯集機械、電子、控制、運算、感測器、人工智慧等先進技術體現於自動化設備中。工業機器人用於製造業,不僅可提高產品品質與產量,對於勞工安全、改善勞工環境、減輕勞動強度及提升生產效能都有很大的助益,其次,由於生產過程中精密的計算,也能減少原料的消耗及降低生產成本。再者,全球少子化及老齡化導致人口結構中的勞動力逐漸減少,人力應配置於具有更高附加價值的事務中,因此全球製造業無不著手導入工業「智動化(智慧自動化)」。

依據IFR統計,2015年全球工業機器人銷售紀錄上升15%,突破銷售歷史新高達25.4萬台。亞洲的需求量仍處於高水位,銷量為16.1萬台,全球75%工業機器人市場集中於五大國,分別是中國、韓國、日本、美國及德國,台灣排名第六,其中中國佔五大國總銷量之35%,亞洲為全球銷售大宗。

中國被稱為世界工廠,囊括全球多數製造業,為持續其在全球生產地位,中國逐步導入工業機器人至生產現場。2013年中國工業機器人銷量約3.7萬台(約佔全球市場份額27%),首次超越日本成為全球工業機器人最大市場,並蟬聯至今。中國持續表現高度需求,銷售額增長20%,銷量達6.8萬台,儘管低於IFR預測,但仍是全球第一大市場。歐洲部分,歐洲銷量增長9%創紀錄,達到5萬台,東歐部分也有29%的增長,是目前增長速度最快的地區之一。同年,北美亦打破新紀錄銷售增長17%達3.6萬台。

觀察全球自動化的發展,自2009年金融危機後至2015年,工業機器人的銷售有顯著的成長(2009年銷量約6萬台,2015年25.4萬台),且目前尚無減緩的走勢。根據IFR歷史資料,2015年各國增長量分別為中國17%、日本20%、美國3%、韓國50%、德國持平。在未來五年,全球仍有6∼8%的增長,而中國地區由於產業結構及政策支持,預測有25∼30%的增長量。IFR預估全球機器人保有量將自2015年163.2萬台成長至2019年258.9萬台,預期全球將有兩百餘萬台工業機器人部署在各個產線上,機器人後市場之經濟潛力將可被期待。

就各大銷售國產業結構分析,韓國、日本、德國、美國的共同特點便是汽車產業興盛,汽車是目前自動化程度最高的產業,也帶動工業機器人的需求。目前機器人密度(圖1)分別為韓國478、日本314、德國292、美國164,其中韓、日、德分別為全球前三大機器人密度國家,美國雖為全球第二大汽車生產國,但由於2010∼2014年其汽車從業人員增加29%,加上近年美國倡導製造業回流,提升數十萬工作機會,因此稀釋該國機器人密度。

圖1 各主要國家機器人密度     資料來源:資策會MIC(11/2016)

 

其次發展電子/電器製造產業國家,如半導體、3C產業等,也相對會有較高的機器人密度,像是韓國、日本、台灣等。又,台灣由於缺乏成熟的汽車產業,且大型製造業者多外移至國外成立生產地,因此在機器人密度表現上,大幅落後於韓、日兩國。

其他國家瑞典、丹麥則是機器人廣泛應用在各種產業,其中瑞典國產品牌Volvo汽車、Volvo卡車、SCANIA貨車及巴士、SAAB汽車及武器、伊萊克斯電器、IKEA家具、阿法拉伐機械設備集團,這些產業都促使瑞典有較好的密度表現。丹麥是食品及能源設備、農牧品出口大國,製造業藉由機器人生產促使丹麥在機器人密度上排名全球第五。

比利時則因地處歐洲中心,其地理位置及港口等有利條件,加上擁有高素質的員工,比利時吸引製造業前往投資,如世界知名汽車製造商Volvo、Audi等在比利時設廠,每年約生產200萬輛車,也因此提高比利時整體機器人密度。

中國工業機器人需求成長動能強勁
 

近年中國汽車產業崛起,加上占有世界工廠之地位,然而,其機器人密度卻僅有36(全球平均密度為66),主要是因為中國大陸目前仍是以人力密集為製造主力。以汽車產業為例,全國仍有340萬從業人員,每年產量達到2,000萬輛。中國由於政策支持,國家級產業規劃「機器人產業發展規劃(2016∼2020年)」、「十三五計畫」、「中國製造2025」,預計2020年必須具備3家以上具國際競爭力的企業,8∼10個產業集群,機器人密度由目前36提升至150以上,市場規模預估至少以5倍以上速度增長。因此,作為全球最大工業機器人市場的中國,預期需求將會有相當幅度的提升;而2020∼2021年正好是中國大陸政策驗收期,預估五年內中國市場銷量將是帶動全球工業機器人市場成長的重要動能。

從上述幾點歸納,2021年全球工業機器人之銷售量預估將達到629千台,2016至2021年之年複合成長率為12.6%。

全球六大工業機器人銷售市場為中國大陸、日本、美國、韓國、德國及台灣,其中台灣雖排名第六,卻遠低於第五名的德國。以2015年為例,台灣工業機器人銷售量大約是德國的三分之一,近5年也僅佔全球前六名的4%。中國自2013年成為全球第一大工業機器人應用市場後,其機器人年銷量仍不斷增長,2015年已達到6.9萬台,佔全球市場比重27%。

事實上,中國自2010年起,工業機器人需求持續走揚,主要是2010年勞動力佔總人口比率達到74%的顛峰後,每年以0.5%比例遞減至今;另外相較於2000年,2010年勞工工資幾乎上漲3倍之多,加上各種勞工權益保護意識的覺醒及相關制度的實施(如五險一金),以至於製造成本的大幅提升,因此2010年,中國大陸首次擠進全球第四大市場後,排名迅速躍升,2012年躍居全球第二大、2013年成為全球第一大至今。2016年中國大陸預估銷量約9萬台,遠高於韓國4萬台、日本3.8萬台,不只是全球第一名,也遠拋第二名及第三名國家,鞏固了中國為全球第一大市場的地位。

工業機器人應用產業持續增加
 

有關工業機器人垂直應用市場,使用需求度最高的為汽車產業、電子/電器業、金屬加工等。但2015年工業機器人銷量主要動能卻是來自一般工業(指非汽車產業)共增加33%,其中電子/電器業為最,增加41%、金屬業增加39%、橡膠塑料業增加16%,反而汽車產業僅小幅成長為4%。但由於汽車產業一向是機器人密度最高的產業,即使漲幅僅有4%,單一產業卻涵蓋全球38%共9.8萬台份額。

在2015年,機器人應用領域快速拓展,顯示各類企業用戶已有在生產流程導入工業機器人的需求,而機器人製造商或是系統整合商開始積極發展其他垂直產業的解決方案,將加速帶動各垂直產業對於工業機器人使用的需求。

綜觀全球工業機器人市場近十年發展趨勢,除了2009年金融海嘯,消費市場萎縮,嚴重影響製造業對於資本投入,但很快的在2010年便補足差距;相較於2009年,2015年有四倍的增長量。目前全球工業機器人平均密度約66,最高密度國家韓國則有478,倘若各國產業持續提升製造自動化/智慧化程度,預估全球工業機器人銷量仍有大幅成長空間。

有關未來工業機器人銷量發展,或許將如美國麻省理工學院(MIT)機器人實驗室主任Daniela Rus所言,機器人領域亦存在類似於「摩爾定律」的規律,工業機器人的數量將會每隔5年便翻一番,屆時工業機器人的產量將會有跳躍性的成長。

台廠機器人控制器發展前景佳
 

工業機器人核心技術掌握在少數巨頭身上,如四大家族(庫卡、ABB、發那科、安川電機),或是壟斷減速器市場的納博特斯克和哈默納科。台灣發展機器人產業,最大瓶頸將會是三大關鍵零組件的技術無法突破,即便能夠整合機器人整機出貨,但進口關鍵零組件之成本亦高,產品相對缺乏價格競爭力。

近年,台廠發展機器人已能在三大關鍵零組件中嵌入自家或是臺製設備,將有助於掌握機器人技術。臺灣具有ICT產業厚實的基礎,除了在製造整機方面慢慢累積能量,其次應思索選定優勢產業,藉由台灣特有製程know how,如鞋業、紡織、水五金等產業,針對製程需求開發垂直產業機器人整體解決方案,以厚植我國機器人產業之競爭力及產業特色。

台灣在控制器領域的表現相對其他機器人零組件佳,而切入的機會在於控制器標準化和開放性的發展趨勢。現有的機器人控制器採用封閉架構,使其背負開放性差、軟體獨立性差、容錯性不佳、擴展性較弱、缺乏網路功能等缺點,較難以因應未來智慧化和彈性化需求。

未來控制器朝向模組化及標準化,各個層次對設計者開放,將會是機器人控制器的重要發展方向。

雖然機器人介面統一是大趨勢,但由於機器人不論在整機或是零組件,都呈現高度的寡佔性質,因此實現國際統一通用標準仍有相當難度。目前台灣智慧自動化與機器人協會已與中國相關機器人協會簽訂合作備忘錄,期望藉由全球第一大市場的需求力量,結合兩岸共識制定相關標準,以期透過此一方式提升兩岸業者之競爭能量。

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