提到智慧製造、智慧工廠或工業4.0(Industry 4.0)時,大多數人的第一反應是實現自動化生產、提升產能與減少人力成本。要達到自動化生產,最基本的關鍵組成即是建置在工廠生產線,或是散佈在工廠各處的各種機械手臂、自動導引車(AGV)…等與現有作業員協同合作,以創造最大的生產效率。因此當智慧製造這些能提升進一步產能的概念大行其道,也刺激工業機器人市場的發展,相關業者也紛紛「升級」其產品,以滿足市場所需。

在今年台北國際自動化工業大展中,放眼望去,協作型機器人、機械手臂、AGV、自動化生產線…等成為主要的展場焦點,各式各樣最新的大型、小型機械手臂「滿場揮舞」、「揮汗工作」,機器人市場火熱與戰況激烈的程度可見一斑。富士經濟(Fuji Keizai)統計資料指出,全球工業機器人市場規模2018年已接近105億美元,預計2019年將可達116億美元; 2025年可望上看267億美元。細分各類機器人來看,協作型機器人較其他類型機器人的市場規模將大幅成長,富士經濟報告顯示,2019年全球協作型機器人市場規模預估為7.28億美元,較2018年增長30%。

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協作型機器人商機興

專注於協作型機器人研發的Universal Robots(UR)大中華區總經理蘇璧凱(Adam Sobieski)表示,過去,在工業3.0時代,工廠內部各式工具機最大的應用是加工,但為了安全起見,這些自動化工具都在圍欄中,與現場作業員隔離,以提升安全。

然而,這就與工業4.0人機協作(HRC)的定義有些不同。工業4.0中提到的人機協作意指,作業員與協作型機器人在工廠各區域及產線攜手分工合作,並且相互取長補短,以提升作業效率。在圍欄中的機械手臂,不須與現場作業員配合,出問題需停機時才由作業員介入,這對於產能的提升有限,因此業者即投入協作型機器人的開發。

蘇璧凱指出,協作型機器人具備設定快速、安裝位置靈活且能在較小空間中作業,並獨具各關節正負360度旋轉能力,近距離與人協作等特性,可為企業的生產應用增加更多彈性,協助企業快速適應自動化生產流程,進而加速成本回收。更重要的是,Universal Robots協作型機器人在經過安全評估後無須利用安全護欄與作業員隔離,因此未來可望看到更多工廠,導入更多協作型機器人並「拿掉」安全圍籬。

Interact Analysis預估,協作型機器人市場規模至2027年將成長逾10倍,達到75億美元。而為協助工業以外其他領域企業導入協作型機器人,Universal Robots亦透過建立全球第一個由第三方末端夾治具(即機械手臂終端工具或EOAT解決方案)與其他協作型機器人配件製造商組成的生態系統UR+,為各領域與不同規模的企業創造附加價值。蘇璧凱認為,未來各行各業都會逐漸導入協作型機器人,將人力成本放到更需要的地方,例如,目前台灣已有一家手搖飲料店以協作型機器人製作茶飲或咖啡,店員只需全心接待、滿足客人的各項要求。而各種領域對於自動化解決方案的需求皆不同,因此協作型機器人若能具備更多彈性、創新與易於滿足各種不同需求,相信會讓更多企業接受協作型機器人,而這些也是Universal Robots致力完備UR+生態系統的目的。

庫卡(KUKA)也同樣看準人機協作為機械手臂帶來的商機。該公司亞太區銷售總監梁信裕表示,事實上,各家機器人製造商對協作型機器人的認知不太相同,但是對於人機協作的看法是一致的——工廠工作台需要機械手臂與作業員一起工作,不僅可達到少量多樣生產,對於空間節省也有助益。更重要的是,因應許多地區邁入高齡化時代,缺乏年輕新血加入,協作型機器人亦可輔助年紀較大的作業員。

因此,KUKA也針對不同應用領域推出相關協作型機器人,並通過認證確保產品安全性。梁信裕強調,人機協作最重要的關鍵即是安全性,所以協作型機器人勢必需要經過一貫的認證程序,目前台灣政府對於這一塊也逐步在規劃相關認證法規中。

對傳統或大型的機械手臂而言,是否無法如新型的協作型機器人實現人機協作?梁信裕認為,觸覺皮膚可解決此問題。目前已有許多機器人廠家利用在機械手臂外側安裝觸覺皮膚,讓現有的器械與生產工具也能夠感測人員的接近,進一步提升安全性,同時也無須為了實現人機協作,購買新的協作型機器人,可以較低的佈建成本落實智慧工廠。

多軸機械手臂大勢所趨?

現階段的協作型機器人或是一般機械手臂多為4~6軸、7軸的設計,即可做到撿拾/分類物品、鎖緊/轉開螺絲、焊接…等作業。ABB台灣機器人及離散自動化事業部副總經理蔡景淳表示,要讓機械手臂做出越精細的動作,機械手臂上的「關節」,也就是軸數就要越多。

蘇璧凱認為,目前具備6軸的多關節機器人,已可涵蓋90%工業應用的需求,要增加更多軸數,將衍生高成本的問題。梁信裕則指出,12軸或16軸及其以上的多軸機器人研發已是成熟技術,究竟要用幾軸的機械手臂,端看客戶應用的需求來增減。

ABB透過控制器同時控制兩台工業機器人,達到十二軸連動精密焊接的目標,使兩者皆能又快又精準地精密焊接,實現焊接製程對於精確度、速度、循環時間,以及外軸設備同步能力的需求。而Universal Robots則是在現有的六軸協作型機器人上,以外接隨插即用的第七軸滑軌,擴大協作型機器人的工作範圍,提升生產效率。

除了機械手臂及大型器械設備,人機協作的另一環—AGV/自主移動式機器人(AMR),也在台北國際自動化工業大展中展現在工廠中與作業員搭配工作的順暢狀況。明基/佳世達即與ABB合作,展示自動化物流及智慧倉儲應用中,AGV如何取代無效率的搬運人力,提高物料到現線的準時性;AMR則是結合AGV與機器人,在移動式工作站協助節省人力及空間。

簡化開發流程 推升機器人普及度

有鑑於機器人已開始延伸工業以外的應用領域,「客製化」將成為未來機器人開發的課題,然而如何快速開發所需的機器人?對不熟悉機器人領域的業者而言,將是一大挑戰。創博總經理沈倩怡表示,工業以外領域的機器人需求已開啟,帶來包括快速整合機器人系統、各類機器人控制、AI應用加值、針對各垂直領域功能開發的新機會與挑戰。

為了協助業者跨越上述挑戰,並利用完全符合所需的機器人迎接新商機,創博和AWS合作,在創博的機器人教室中,透過AWS的RoboMaker平台,教導並協助各行各業工程師快速自行研發滿足其應用需求的機器人,以及統整、管理現有不同的機器人設備。創博智慧機械產品處處長陳維庭指出,機器人可在各行各業協助企業提升工作效率,與節省人力成本,不過各應用領域目前多使用工業用機械手臂,規畫、實現其所需的功能,可能無法100%滿足所需;然而也不是每個企業的工程師都能理解如何開發機器人,因此AWS RoboMaker讓工程師能輕鬆大規模建立機器人應用程式,可利用雲端服務來擴充機器人作業系統(ROS)架構,亦提供機器人應用程式開發環境及機器人模擬服務,以加速應用程式測試;RoboMaker還提供機群管理服務,讓使用者可在遠端部署和管理應用程式。

陳維庭強調,RoboMaker平台的服務,可協助工程師快速設計並實際做出所需的機器人與進一步管理,讓企業所需的機器人能真正「落地」,而非停留在設計階段。如此一來,相信可讓各行各業更有意願導入機器人,如同Tractica所預測,至2025年,非工業用機器人將創造近250億美元產值。

本文同步刊登於EE Times Taiwan 12月號雜誌

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