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断链之后
 

无人工厂时机未成熟 人机协作正主导制造未来

机器手臂已成为实现智能制造不可或缺的要角之一。李建梁

尽管无人工厂被视为智能制造的极致,但真正实现完全无人化的工厂仍不常见,目前市场多数型态较偏向于以降低人工比例、「接近」无人工厂规模的方式运行。

全自动化生产的愿景并没有如想象中顺利进行著,甚至因应未来制造趋势,市场对于无人工厂的需求也有可能大幅降低,取而代之的则是能让生产线更符合弹性需求的人机共工模式。

无人工厂究竟可不可行?其实打造一座全自动化的无人工厂所需的关键技术远比想象中复杂许多。无人工厂的最终目的是要将人类从生产在线移开,让机器取代人类以降低人工成本并提高生产效率与生产质量,但实现这些愿景的前提是,制造业者必须保证机器能做得比人类更好。

显然目前机器人的智能并无法达到与人类相同的水平。首先在功能性方面缺乏完整的感知能力,虽然近年已有众多厂商将机器手臂集成视觉与力觉感测,让机器人达到更精准的「眼手协调」,但业者认为触觉感测的发展应可再进一步提升机器人效能。

另一方面则是在于机器人缺乏人类适应环境的能力,不像人类得以在许多无法预知的变化中保有弹性的应变能力,并且透过观察与经验法则推测下一步可能会发生什么事。目前在生产在线的机器人多数都灵活,但也尚未有足够的人工智能技术得以支撑。

西门子(Siemens)软件大中华区技术总监陈松盈的观察,则认为「弹性」是目前机器人最缺乏的关键要素。当制程发生非预期性变化或工厂开始生产新产品时,制造业者必须重新设计产线、配置机台设备,或是重新调教机器人,并寻找不同的解决方案。

虽然无人化生产线可以有效缩减人力成本,提高工作时长。但相反地,越复杂的产线越有可能产生无法预料的错误情况,在机器人尚未有足够弹性的应变能力之前,对业者来说,反而会因此不断增加投入成本。

欧姆龙(Omron)智能系统研发中心总经理Masaru Takeuchi表示,其实导入机器人远比想象中需要更多人力、时间和金钱,工程成本可能达到硬件成本的3~8倍,甚至有时候达到20倍。此外,机器人也需要维护和保养,相总之下其所耗费的成本高、又缺乏弹性,效益往往会随产品周期的缩减而降低。

这恰恰与未来主流的制造趋势有所抵触。陈松盈认为,若制造业者的需求是混线生产,或是诉求少量多样、弹性变化的制造型态,基本上业者不会选择透过无人工厂以100%自动化的方式生产,因为会更麻烦、更费工,制造成本一定会更高。

因此业者评估,全自动化的生产型态可能较适合应用在高度标准化,且产线更动频率低的制造型态中。过去汽车制造虽是自动化生产的最佳代表,不过其制造型态也正慢慢发生改变。

例如大型汽车制造商如戴姆勒(Daimler)、BMW等都不约而同选择将可与人类在同个空间中一同作业的协作型机器人纳入生产线中,一方面维持人类在制造现场的弹性运行,保有人类先天被赋予的工作价值之外,另一方面则是在增加机器人的比例下,让机器取代人类处理危险、肮脏、沉重的任务,让人机共工在「各有所长」的情况下发挥最大效益。

与协作型机器人共筑新型态的关灯工厂

协作型机器人则是因改变了人机之间的互动模式,让人与机器之间各自独有的价值有效发挥,市场更因此看好当进展到「工业5.0」时代时,将会是协作型机器人的天下。

在关灯工厂里使用协作型机器人的想法,乍听之下似乎不太可能,因为一般既定印象中,关灯工厂因为无人,便不需要照明。但协作型机器可以和人类一起工作,两者看似不可能同时存在。不过,在协作型机器人市场中占有领导地位的Universal Robot(UR),却试图推翻大众对协作型机器人的认知。

UR认为,协作型机器人的协作价值应并非只局限于和人类作业,协作型机器人同时因价格合宜、弹性高且易于使用,这些恰好也可运用于新型态的关灯工厂。

以台湾制造业型态来说,大部分都还是中小企业,但其自动化预算有限,虽有升级自动化的需求或必要,但却苦于考量投资成本而缩手。现今市场走向产品多样或应用情境多变的制造趋势,而许多中小企业也面临因缺工难以达成预期的质量和交期,更别说因季节性大单造成的人力作业加倍。

因此,UR建议中小型制造业者或新创公司可为特定制程导入关灯式的自动化,这些制程包含不适合人类、或对人类来说不够安全如极高温或有毒气体的环境等。

象是有3D打印公司便让协作型机器人持续在夜间工作,负责重复性高、需要快速精准的3D打印机上下料任务,而在夜间关灯仍持续运行的情况下,让设备使用率提高3倍。

如此一来,协作型机器人不但可在白天与人类一同作业,又可在员工回家后的夜间仍持续运行不歇,加上其弹性高且易于使用,即便是小型公司也可善用关灯工厂概念,创造更有效率的产出价值。

台厂应加速布局 摆脱进口机器人牵制

机器手臂现已成为实现智能制造不可或缺的要角之一,尤其近年缺工问题浮现,一方面又面临制造趋势转向所带来的生产压力,全球机器手臂市场持续增温。不过即便现今机器人产业发展蓬勃,但观察目前供需之间仍存在很大落差,虽然需求面甚广,但在供应面还有相当大进步与发挥的空间。

全球工业机器人市场持续稳定成长,从需求面来看,则以电子产业的需求急起直追,也因应未来电子产品周期越来越短,加上大陆劳工成本持续攀升,预计电子产业对于机器人的需求仍将会有大幅成长。

市场看涨对机器人供应链来说无非是一项利多,不过,目前在工业机器人整机成本中,光三大核心零组件就占了70%以上,且技术大多掌握在德、日系厂手中,包括减速机市场长期以来都为日系厂商掌握、伺服马达也几乎被以安川电机(Yasukawa Denki)为代表的日厂、西门子为代表的德厂所柯断,而控制器则是大部分厂商皆可自行制造,亦是目前台厂投入最多的市场。

除核心零组件外,在机器手臂本体部分,台湾虽也有本土厂商开发,但外商如ABB、发那科(Fanuc)、安川电机及Kuka等,也凭借规模与技术优势也占据了8成以上的市场。但若长期在核心零组件技术发展上处于相对落后,那么多少也会对机器人产业的发展形成制肘。

台湾也不例外,如果核心零组件技术无法取得突破,成本就降不下来,产品也就没有竞争力。失去产品竞争优势是供应链必须克服的问题,但影响层面最广的恐怕还是机器人无法在国内市场达到普及,进而阻碍智能制造、工业4.0的发展脚步。

因此业界认为,台湾若要发展工业机器人并藉由机器人加速智能制造落地,就必须建立完整的供应链,设法让工业机器人国产化才能摆脱关键技术受制于他人手中。

目前工业机器人的应用主要还是用以取代人力为主,特别是用于电子产品组装,台达机电事业群机器人事业处处长彭志诚观察,此类型的产业大多都已从台湾外移,而这些通常也都是具有海外扩厂能力的大型企业。

至于现阶段根留台湾的制造业,多属特定产业别或是规模不大的中小企业,对于台湾市场而言,这些反而才是工业机器人导入的主要目标对象。

对于根留台湾的中小企业来说,能否在有限成本下达到最高生产效率才是关注的重点,因此导入机器手臂是否符合投资效益就成为接下来制造业者与供应链业者双方必须探讨的课题,而产业正是希冀藉由掌握自主开发的能力,大幅降低机器人导入的成本。


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