尽管全球制造业暂时受到COVID-19的影响,但AMR市场规模却呈现上升趋势。以下是研究机构对於市场规模的进展和预测,以及AMR厂商的动向。
以日本市场为例,根据矢野经济研究所调查显示,2017年至2019年AGV/AMR无人搬运车市场呈现稳定成增长,但在2020年,由於COVID-19的影响AGV/AMR出货量下降了6.7%,为7,055台,但如果只计算AMR的市场规模的话,却是比前期增长了许多。
不过,在2021年受半导体短缺影响,AGV/AMR出货量下降到了6,400台。然而,从2022年开始,因为资本投资需求的增加,和因应劳动力短缺,对AGV和AMR的需求预计将再度增加(图一)。
![图一 : AGV/AMR在2017~2025的出货量统计与预测。(source:矢野经济研究所;作者整理)](/art/2023/06/271811485470/p1S.JPG)
图一 : AGV/AMR在2017~2025的出货量统计与预测。(source:矢野经济研究所;作者整理) |
|
AMR俨然已成为「下一代AGV」
AMR即将成为制造和物流产业「下一代AGV」的未来主流之星,除了可提供最基本的自动化运输货物功能外,还可支援拣选等智慧化功能。虽然两者由於开发目标相似而容易混淆,但在「行驶路线」、「处理障碍」和「与人员协同」等方面却存在着相当明显差异(表一)。
另一方面,AMR是利用「SLAM」技术,根据摄影镜头和高性能感测器「LiDAR」等的传送感测数据,同时自我定位并产生环境地图、检测出人员和障碍物後避开,并自动设计出路线并且移动。因此与AGV最大不同的是,AMR可以在任何地点与人员协同作业,不受固定磁性导引路线的限制。
就如表一中的差异对照,AGV必须透过引导机制,让搬运车沿着由磁性导引和其他地面导轨设置(图二),进行固定路线运输货物,当初碰到设定外的情况时,AGV就有可能无视下继续运行,或是立即停止。相反,AMR并不需要预先设置引导路线,可通过感测技术等来判断自身的位置,并且自动规划出到达目的地的路线,这与AGV有很大区别。
例如,如果路线上有障碍物,AGV可能会依照突发事件原则而停下来,无法继续运作;但AMR因为其高度智慧化的基础下,可避开障碍物并自动重新规划路线。因此基於这些特性,AMR可以透过共享操作范围来与人员进行协同作业。
(表一)AMR与AGV的差异性(source:NIKKEN;智动化整理)
设计目标
|
智慧运输机器人(AMR)
|
自动搬运车(AGV)
|
行车路线/活动范围
|
自动计算路线/自动驾驶
|
固定路线/引导驾驶
|
障碍物
|
规避/改道
|
停止
|
与人员协同
|
可以
|
不可能
|
![图二 : 磁导轨道式的AGV(source:SHARP;作者整理)](/art/2023/06/271811485470/p2S.JPG)
图二 : 磁导轨道式的AGV(source:SHARP;作者整理) |
|
导入AMR的优缺点分析
但是AMR并非完全没有缺点。虽然AMR在自动驾驶、避障等方面有着明显的优势,但在真正导入之前,还有一些问题需要确认(表二)。
(表二)导入AMR优缺点(source:NIKKEN;智动化整理)
导入AMR优点
|
导入AMR缺点
|
●容易与人员协同作业
●容易灵活地因应工作环境的变化
●可以缩短作业人员的移动距离
●可以减少人为错误
●可透过改进工作来提高生产效率
|
● 引进成本高
● 需要确保机器人行动的空间
● 需设定复杂作业与障碍排除模式
|
首先来看成本问题。在引入AMR时,除了AMR本身的成本之外,还需要投入与控制AMR系统相关的软硬体、网路等成本。另外在单一搬运单元方面,AGV的每台成本只需20万台币左右(依品牌及功能性不同,价格也会有所差异)即可购买,而每台AMR却需要数10万台币,甚至高达百万台币,有些AMR的价格更超过200万台币以上。
同时,确保通道空间对於AMR的操作也是相当重要。因为与人员协作作业时,还需要考虑人员经过的流线,因此定义AMR操作也可能是一项挑战,例如确定工作程序和工作区域划分。
尽管存在这些挑战,为什麽AMR被视为「下一代AGV」?无外??以下优点大於缺点:
● 能够与人员协同作业
● 减少作业人员的移动距离和工作量
● 透过节省劳动力、减少人为错误,来提高成本效率
● 对工作环境和突发变化的应变能力
AMR将同时扮演Local 5G的行动基地台
与有线连接不同,无线连接是不可见的。而且影响因素多种多样,很难找出故障原因。由於只有当系统首先受到影响时才会检测到故障,因此通常很难识别和解决问题的根本原因,而出现不必要的停机。由於多种因素的影响,对无线连接进行故障排除和管理都是非常困难。因此在工厂里,机床和自动运输机器人等故障常常会引发诸如「突发性停机」之类的麻烦,而导致生产过程停止,造成无法预期的巨大损失。
而在数位转换的趋势下,因为工厂网路采用Wi-Fi无线化,最被导入工厂最担??的莫过於因无线电波干扰,再加上AGV和AMR会在仓库内不断移动,安装在移动AGV上的终端设备必须在AP之间无缝漫游,同时还应该支持无线通讯协定,来允许PLC和远程控制器之间的相互通信。因此设置Wi-Fi可能非常复杂、耗时且容易出错。若频繁发生短暂的数据漏失,甚至造成整个无线网路的延迟或通讯中断。因此,仅仅片刻的停顿就造成数百万元以上损失的情况并不少见。
相比之下,Local 5G受到无线电波干扰的风险非常低。虽然导入和运营成本比Wi-Fi高,但许多制造业因为看上其稳定性,而有出现较高的导入意愿。
但是,采用Local 5G时,必须建设一定数量的基地台,即使传输量相当低的区域,也无可避免地必须设置。另一方面,即使生产线的利用出现时高时低时,也无法快速进行基地台设置的调整,使的让网路效益最隹化。
基於可能因为基地台设置的投资浪费下,NTT East也将Local 5G的调变器整合到ARM无人载具中,让ARM变身成为一座座Local 5G的基地台,可在Sub6频段进行无线通信。同时,NTT East还开发了生产执行平台,可连接制造和物流的每台设备,并对其进行集中管理。透过使用Low-Code工具「Node-RED」直觉式的建立每个流程,来更容易重新布置生产线。
AMR的移动感测架构将比数位分身更具优势
对於工厂自动化演进来说,「数位分身」并不是一个陌生的名词。
数位孪生需要整合来自所有地点和时间的事物、和人的数据,并能够利用这些数据进行适当的规划、协作和决策。但这样的基础下,所获得的结过并不详尽,因为它仅限於事先设定运作的区域来使用搬运设备。此外,数据收集成本高昂且耗时。因此针对这一问题,可以透过AMR的移动感测架构,来减少安装固定感测器所需的成本和精力,并且预计可套用在各种情况下,进一步的以扩大收集区域(图三)。
![图三 : 透过AMR的移动感测架构,来减少安装固定感测器。(source:NTT Data;作者整理)](/art/2023/06/271811485470/p3S.JPG)
图三 : 透过AMR的移动感测架构,来减少安装固定感测器。(source:NTT Data;作者整理) |
|
基於这样的概念,三菱电机在2023年1月进行一项验证性计画。三菱电机在将NTT DATA品川大厦2楼入囗层,放置一部内建温湿度感测器的垃圾桶AMR,并且让这部AMR进行自主移动,透过移动过程中搜集温湿度数据,并且整合到与空间ID基础设施系统之中。
这部垃圾桶AMR在进行基本工作之外,同时还进行来客人数、室外温度、空调运转状态等数据的搜集,在透过AI空调控制运算技术,将空间中的温度/冷却指数(Predicted Mean Vote)调整到最架化,更进一步的达到降低能耗。如此一来,如果在这个空间中设置了多部垃圾桶AMR,并且同时运作的话,在这个3D空间空间中,就会形成数据搜集群组(图四)。
![图四 : 内建温湿度感测器的垃圾桶AMR在NTT DATA品川大厦自主移动。(source:NTT Data)](/art/2023/06/271811485470/p4S.JPG)
图四 : 内建温湿度感测器的垃圾桶AMR在NTT DATA品川大厦自主移动。(source:NTT Data) |
|
透过实地的验证结果,证实了基於内建感测器的AMR进行自主移动下,可以获得相当於利用固定感测器的数据,而且即使是仅依靠不断移动下,所获的的动态感测数据,人工智慧的空调控制系统依旧可以顺利运作。
因此在这个验证计画中,设施除了将透过非定点的垃圾桶AMR保持清洁外,人工智慧的自动空调控制,也可利用设置关键的空间ID,将资讯附加到空间体制上,将3D空间划分为人类和自主移动机器人可读取的内容,从而有助於减少设施的负担(图五)。
![图五 : 利用设置关键的空间ID,将资讯附加到空间体制。(source:NTT Data;作者整理)](/art/2023/06/271811485470/p5S.JPG)
图五 : 利用设置关键的空间ID,将资讯附加到空间体制。(source:NTT Data;作者整理) |
|
日本各产业积极投入AMR的应用与商机
目前日本各产业也积极的扩大AGV/AMR等搬运载具的可应用性,不仅只将市场局限於自动化生产应用,更是扩展各行各业,更进一步的支援这些应用的周边相关业者的生态系统也逐渐在建立(图六)。
![图六 : AGV/AMR的应用与商机,已扩大到日本的各行各业。(source:JIC Venture;作者整理)](/art/2023/06/271811485470/p6S.JPG)
图六 : AGV/AMR的应用与商机,已扩大到日本的各行各业。(source:JIC Venture;作者整理) |
|
因此,AMR的应用,已经不只限於工厂和仓库等环境,更扩展到建筑工地、餐厅和饭店等服务业,甚至城市公众设施。
透过磁导方式作为移动依据的AGV已有几十年历史。但在智慧能力不断的被要求下,今天AMR的基本能力值,包括搬运载具的机制、检测障碍物系统能力,以及同时多工控制大量搬运载具车的系统,经过这些年来持续的进化下,在作业移动的操控技术方面,大多都已非常成熟,就运行稳定性而言,已经是相当可靠。
不过,对於系统软硬体的进化方面来说,AMR仍是一项新技术挑战,作为智慧无人搬运载具仍有进化空间。
AGV和AMR都是有助於减少作业人员的工作量。AGV/AMR的作业能力除了物料的运输外,还可以透过附加机械手臂,进行零件的运输、物料的投入和收集等原本由人类手动才能完成的工作,不仅可以期??降低劳动力成本,还可以减少人工错误。
先进的自动化总是需要大量的初始投入成本,例如资本投资和大量的导入的费用负担,更无法能立即获得良好的成效或回收。然而,从长远来看,持续运营应该会得到回报。因此,与其着眼於眼前的结果,不如着眼於未来几年而在早期考虑引入。
注一:空间ID是一种在三度空间中,进行识别地理空间资讯的机制,这是DADC和经济产业省在根据数位厅的要求进行研究。