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机器人产业:工业用「级距」成长,非工业用引人遐想

时间:2016-03-02 08:05来源:COMPOTECH 作者:任苙萍 点击:
随着全球陆续迈入高龄化、特定产业人力短缺严重,机器人不再只是科幻产物;向来对机器人发展不遗余力的日本,更将机器人视为下世代「产业再兴」的主角,明订2020年整体产值达2.4兆日圆的目标,且预估工业用市场规模将成长两倍、非工业用上看20倍!近年来因应社会型态改变,「服务型机器人」尤被赋予高度期待;坊间不少人更将上述「非工业用」的增幅,直接解读等同于服务用途而乐观以待。然而,这样的期盼真能得偿所望?
 
虽然日本服务型机器人在相关领域已有多项研发成果,例如:本田技研工业的家用机器人ASIMO、三菱电机的家庭暨导览机器人Wakamaru、日立制作所的公仔机器人EMIEW,以及由软银与鸿海连手打造的情感人形机器人Pepper等,但在语音识别和人工智能(AI)有跨时代进展前,要应对突发状况或落实在攸关生命存续的医疗照护,仍有一定难度与风险。不过,若是应用在可归纳出标准作业程序(SOP)的简单逻辑工作,或聊供自娱之用,则不在此限。
 
例如,医事检验就是不错的情境;筛检样本一旦交由机器人代劳,专业人士不必再为繁锁程序所困,就能空出心力专职判读及研究工作。其次,第一线耗费人力的例行接待或保全,也是极佳先行者;换个角度思考,如果基层人员还只停留在「机械式」等级的服务,未在临场反应、例外管理或危机处理等方面下工夫,未来恐将失去竞争力!因为,倒茶送水的事ASIMO也会做,且乖巧听话……对于喜怒哀乐的制式反应,Pepper就能搞定,或许还更讨喜。
 
     
 图:左为拥有视觉与听觉整合能力、行进时速达6公里的ASIMO;右为主打情感功能,可解读人类情绪并做出回应的Pepper     图片来源:wikipedia
 
不可否认,在大数据推波助澜下,或许机器人真有全面进驻人类生活的一天;然而在可预见的三、五年内,「工业用机器人」(包括机械手臂)受惠于新一波工业革命及物联网带动,反倒可望呈级距式跳跃成长。工业用机器人由于应用模式较成熟,加上机电整合环境水到渠成,可取代辛苦、污秽、危险的3K工作,或高重复性的单调制程,前景相对看好;且范畴有从原有半导体、汽车制造等上游产业,逐渐扩及烘焙、纺织、物流等民生工业的现象。
 
DENSO:汽车等级的高可靠性及耐用度,快速且精准
从供货商观察,川崎重工(Kawasaki Heavy Industry)在无尘室机器人产能占比最高,全球市占坐四望五;发那科(Fanuc)、欧地希(OTC)、安川(YASKAWA)、不二越(Nachi)、电综(DENSO)、三菱(MITSUBISHI)在焊接、塑型、涂布各拥一片天,而雅马哈(YAMAHA)、IAI则以单轴到四轴的基础产品为主,从事对自由度要求较低的工作。其中取音自「电装」、聚焦于中小型机械手臂的电综(DENSO),因本身有逾20年的丰富使用经验,在速度、灵活度、可靠度及耐用度口碑极佳。
 
DENSO原是丰田汽车(Toyota)集团专责生产汽车仪表板、冷气等电子零组件的生产部门,为供应自用开始研发机械手臂;后于1949年成为独立营业单位,并于1990年代对外销售。2001年,正式以DENSO WAVE之名营运自动化辨识、工业机器人及工业控制器等三大业务;因应本地OEM市场特性,台湾电综以前两项业务为核心。考虑到机器人动作的精致度,DENSO只有提供机械手臂,另找配合厂商为终端客户设计适用的夹制具,增加「指掌」的操控性。
 
DENSO客群有两个区块:一是电子制造商为主的终端用户,多是设有自动化部门、有整合能力的集团企业;一是专业的设备系统整合商(SI),与他们合作推出Total Solution销售,客制化程度较高。台湾电综顾客营业部经理丸田哲郎表示,电子业虽然产品生命周期短,设计及在工厂生产的时间仅有数年,但如果不是专用机,只要将机械手臂拆下换装新型夹制具便可继续服役;而传统产业因产品变化不大,尤其重视机械耐用性,而这正是DENSO产品的利基。
 
丸田指出,就SI能力来说,日本质量虽有目共睹,但价格相对也高;他特别提到台湾SI厂商具有相当高的CP值,并十分肯定台湾工具机产业的水平,透露Toyota集团为做最佳资源分配,内部工厂生产线也采用台湾工具机,带动「台湾流」的当地采购风潮。最后,丸田提醒,导入工厂自动化(FA)须考虑设计时间、成本及上线时间,因为这并非单点问题,而是牵渉到整条生产线乃至于整个工厂;建议有意导入者可从试作机开始分段导入制程,若遇有调试问题才好逐一解决。
 

图:DENSO六轴垂直多关节机器手臂
 
ABB:产品线广,全球服务据点多,走在研发尖端
谈到客服,不能不提出身欧洲、在全球设有100多个服务处的机器人产业先驱——艾波比(ABB)。对使用者来说,如何无痛导入新工具或制程十分重要,否则可能因操作不便进而有损产能,弄巧成拙;这家元老级供货商,早在70年代就率先研发出电力驱动工业机器人和工业喷涂机器人,如今产品线已涵盖讲究速度的小型机器人,到负重/焊接/堆栈型机器人,以及专为超高速物料搬运及包装设计的并联型(Delta Robot),对于现场安装及性能确认尤其擅长。
 
ABB自动化与驱动控制事业部协理蔡景淳表示,该公司除了据点多、可就近服务外,更重要的是其售后服务皆是由当地的分公司直营,质量有保障;且公司有专属的企业通讯软件,随时可提供技术奥援;这也是为何ABB二手产品依然抢手的原因。他并提到,工业4.0的核心精神在于将「弹性自动化」进化至「人机协作」层次,首重安全与工作默契的培养;这一点从ABB将首款人机协作的双臂机器人命名为YuMi就可看出,标榜能让人机近距离共同完成任务。
 
此外,为缩短用户上线时间,ABB特别研发PC-based RobotStudio编程软件,协助轻松仿真复杂的加工路径,并提供高效能程序,将人类手腕动作流畅地转换成机器人编程。之所以能有如此强大的学习力,归功于该公司独树一帜的运动控制技术。参访ABB工业机器人展示中心时,只见项目工程师陈君羽拉着机器人手臂任意扭曲摆动,聪明的它随即依样画葫芦、分毫不差仿效完成高难度动作,让用户能在最短时间内确实感受到自动化的好处。
 
ABB另有协助用户侦测机器人健康状况的加购服务,位于印度的数据中心可随时供用户查询备品状况;当零部件耗损数值接近临界点时,ABB会发讯息通知用户或客服工程师,以降低意外停工机率。身兼ABB工业机器人业务部负责人的蔡景淳补充,目前ABB的客户群多直接面向终端用户,但有鉴于不同应用有专属的domain know-how,日后希望提高SI用户比例。同时他透露,为顾及中小企业对于FA的需求,公司现正研拟相关「租赁」方案。
 

图:ABB专为小零件组装应用所设计的人机协作双臂机器人YuMi,让操作员能与机器人并肩工作,无需安全围篱
 

照片人物:ABB自动化与驱动控制事业部协理蔡景淳(右)及项目工程师陈君羽(左)
 
idea:机械背景淬炼深厚应用功力,包办Total Solution一鸣惊人
不让国际大厂专美于前,2012年,一个台湾土生土长的品牌「长毅idea」,开始引起业界注目。长毅工业创立于2002年,最初是工研院的委外设计单位,从半导体、LCD自动化设备制造起家;后因遭逢不景气而投入机器人研发,于2011年成功诞生i系列机械手臂,遂在新竹成立设计中心,同时将研发及生产制造工作移师至台中,另设「长毅技研」统筹。正是因为经历扎实基本功锻练,使idea对现场疑难杂症的处理更加得心应手,得以在列强环伺中崭露头角。
 
长毅技研总经理林宏俊描述,当时他们是从核心组件、从无到有开始研发,且经过内部产线验证;不像国内有些厂商是以外购专利技术的方式经营,能立即产生效益。不过如此一步一脚印的布局耕耘并未白费,反倒有利于idea为自己树立难以超越的竞争优势:1.从机构件、编程、控制器到人机接口,皆能通盘掌握;2.客制化能力高,不论是行程控制或机器外型,皆能自行运算及制造;3.机械背景深谙物理特性,企业组织分工调度灵活,协助用户垂直导入速度快。
 
林宏俊回忆,idea在控制软件的程序推演花了不少工夫,也尝试配合不同马达速度、动作点位等,可惜研发初期,常遭遇运算核心速度太慢的问题;所幸近几年台湾「机电整合」孕育有成,台商所能获得的计算机数值控制(CNC)资源越来越多,在轴卡及马达控制的自主研发能力增进不少,不须再仰赖西门子、发那科、三菱等外商资源。idea藉由将生产线数值及设备状态上传至用户的中控计算机,不仅能在线开关机台,还能根据产能及个别机台表现的优劣设定运作顺序。
 
   
图:大大的「自主研发」字样,为idea一路走来的心血结晶做了最佳批注。
照片人物:长毅技研总经理林宏俊(左),长毅工业总经理苏文章(右)
 
夹制具的研发亦是一门学问,必须对FA产线目标物之尺寸、重量、形状等有深入了解。例如,有些食品的包装呈不规则形状、规格种类繁杂,或碰触力道过猛会导致散裂,使用真空吸取根本无效,必须弹性调整夹制具才能顺利抓取;而这样的专业判断及整合能力,正是idea强项且难以被模仿,故毛利率较一般大量商品化的产品高。不过此种项目式开发的缺点是投入时间长、不易快速拓展客群,因此idea也不讳言,正在思考如何在广度与深度之间取得平衡。
 
Delta:电机零组件行家,机器人产业的后起之秀
有别于idea从机械出发,新近挥军机器人国度的台达电子(Delta),是从机电整合的另一端——生产伺服马达、驱动器、控制系统、人机接口,各式电表及传感器等关键零组件起家,自制成本大幅降低;加上拥有电子制造业的制程应用技术和20年机电资历,且台达的电子零件、自动化生产线本身就是最佳实验场,更能贴近客户需求及客制化,可尽速而有效地导入产线。该公司另有「智能监控与可视化管理系统」(iPEMS),为客户提供一体化运行管理和应急指挥平台。
 
英雄所见略同,台达亦赞同机器人产业发展最困难之处在于:必须确实了解应用所需,并有效整合制程、机械结构、机电整合控制及信息融合管理等相关技术,方能实现客户对导入机器人的预期效益。然与外商看法略有不同的是:台达认为系统整合商无法充分掌握导入应用的know-how及终端客户的技术需求,必须三方合作,才能成功导入;单靠供货商一己之力或委外分工让系统商自行整合,要兼顾客户对「快速导入」及「投资回报率」两大指标的要求,并非易事。
 
台达建议较稳当的模式为:透过经验丰富的SI厂商与终端客户深度讨论、实地观察,再将需求回馈给机器人供货商、提出对策,最后经实地测试可行才正式导入。该公司还提到,由于全球区域资源秉赋和发展状况各异,走向亦不同——例如美国属「高端制造」走向,因应少量多样生产,发展智能机器人;德国属「高精制造」,强化导入机器人于弹性制造加工产业等差异;中国大陆属「高量制造」,需要可快速导入的平价工业机器人;日本则着重在「高效制造」。
 

图:台达SCARA工业机器人可结合外围控制单元,满足单机或结合移载平台应用;亦可实现多机种混线生产、快速制程重组,并维持质量一致性
 
至于台湾地区,则偏向「高专制造」。台达表示,有不少客户甚至期望机器人具备智能和自动学习能力,以节省设置时间并提升稼动力,也是挑战所在;而人才,则是另一项课题。台达指出,正当机器人如火如荼发展之际,专业人才却严重缺乏;校园内多只传授技术知识,真正接轨业界仍存在许多鸿沟。因此,台达积极与产官学研合作,协助学生建立基础科学、应用整合和创新思考能力,并累积实务经验,培养兼具机电、技术、软韧体及应用专业通才。
 
结语
人们对于机器人,似乎有种「又爱又怕」的微妙心态,常见四大迷思:1.担心它争抢饭碗→事实上不少产业的缺工状况严重,极待解决。2.某些工作不幸被取代后,理论上原有人力可寻求升级→偏偏对于某些缺乏计算机基础的人来说,存在不小的学习门坎须克服。3.希冀它无所不能却又怕它「自作主张」→在设计上须认清Robot应是「苦役」的代劳本质,AI发展过犹不及皆不妥。4.机器人将迅速融入日常生活→很遗憾的,现阶段在消费市场中,它的定位似乎与「大型公仔」更接近些,或许不过又是一个接着一个的新潮玩具……君不见已有不少消费型的机器人在人们兴致一过,即被随意「弃尸街头」的消息时有所闻?
 
综合各家访谈内容,展望机器人市场有以下趋势:1.因应不同区域的产业取向及结构,通用机器人将是重点项目。2.非工业用潜力大,但预估其中「产业用」成长力道仍优于一般消费市场,而工业制造应用将随「物联网」效应加速成长。3.因应社会人口结构改变,机器人应用将广泛、快速地扩及其他产业,包括农林渔牧及服务业。4.导入自动化过程变量多,供货商的现场应用能力决定一切;而售前辅导、售后服务以及产品CP值对采用意愿影响甚巨。5.人机协作已是共识,为保护工作人员安全,光栅视觉或压力感测渐成标准配备。6.产线操作员须学习与机器人共处或自我提升,往「管理阶层」或创新研发迈进。
  
       
图:精工爱普生(Epson)新型ProSix六轴机械手臂C8XL,拥有更高的荷重及臂长;而第七轴的新型升级应用,可透过Epson的PG(Pulse Generate)卡,使线性滑轨与机械手臂同时动作,CP值高
 
顺带一提的是,受访者皆认同物联网成形有助每个节点收集数据,对FA及机器人发展具正向力量。惟德国宣称的工业4.0仍处于概念阶段,未有明确协议或规范;在通用协议未发布前,部分机器人供货商以自行研发的通讯平台供用户串联不同物联装置,避免面临互不相通局面,失去弹性及智能生产的意义。例如,DENSO机械手臂搭载标准网络接口「ORiN」,方便与各类FA设备和软件连接;idea可根据客户端系统解译,将既有系统整合。为因应未来需求变化,台达更呼吁应分阶段在可掌握的产业、技术领域范畴逐步订定标准,依序推展并有效链结,才能获得认同采用。
(责任编辑:helen)
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