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工業用機器人2020市場現況與發展趨勢
5G和邊緣AI晶片為推動主力

【作者: 盧傑瑞】   2020年12月08日 星期二

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隨著勞動人口的減少,以及中國和東南亞等新興國家勞動力成本的上升,相當多的生產線上,已經愈來愈依賴工業機器人來進行加工或組裝的製程。因此,工業機器人的市場應用不僅愈來愈廣泛,從2014年開始,每年都還以兩位數的速度增長。


根據2017年的市場預測,2035年日本機器人市場規模預計將大幅度成長到10萬億日元,這種的成長趨勢不僅僅是日本,在其他國家也上都是一樣。其中,工業機器人的成長速度更令人期待,因為隨著日本和歐洲勞動人口的減少,以及中國和東南亞等新興國家勞動力成本的上升,迫切需要使製造過程自動化,並且可以發現相當多的生產線上,已經愈來愈依賴工業機器人來進行加工或組裝的製程。


除了工業機器人之外,該預測還包括醫療,護理、福利,清潔等領域,但製造業中的工業機器人所佔的比例還是最高的,其背後是由於出生率,和人口老齡化而導致的工人數量減少的問題。因此,工業機器人的市場應用不僅愈來愈廣泛,從2014年開始,每年都還以兩位數的速度增長,並且未來的市場有望繼續擴大(圖1)。



圖1 : 2035年產業用機器人日本市場規模預測?(source: 經產省;智動化整理)
圖1 : 2035年產業用機器人日本市場規模預測?(source: 經產省;智動化整理)

不過這樣的期待,從2018年卻發生了轉折,出現相當大的變化,根據Global Information的Interact Analysis最新的2020年市場報告,雖然自2018年中期以來,全球工業機器人市場持續負增長,到2019年底有復甦的跡象。但是到2020年,由於COVID 19所帶來的衝擊,預計銷售量又將下降3.6%(圖2)。



圖2 : 產業用機器人市場期待從2018年發生了轉折,出現相當大的變化?( source:Global Information;智動化整理)
圖2 : 產業用機器人市場期待從2018年發生了轉折,出現相當大的變化?( source:Global Information;智動化整理)

歐洲和美國大幅度下滑,亞洲表現出乎意料的好

從產業的角度來觀察,工業機器人的市場大多在汽車和電子設備(半導體等)領域中使用,除了這種趨勢在未來還將繼續之外,預計還將增加在食品和製藥等其他產業中的使用,相信在工業機器人市場中的比例會不斷提升。


雖然預估非製造環境(例如物流和服務行業)中的應用將受到更大的打擊,但非製造應用的輔助用機器人,在2020年保持銷售和出貨量兩位數的成長。


根據統計,在2019年約36萬台專業服務機器人的銷售規模中,用於物流的比例佔了49%;第二位是檢測應用的33%,第三位是軍事用途,其中一個比較有趣的數字是,雖然醫療用機器人的出貨數量僅佔2%,但由於其單價較高,產值的在整體規模的佔比卻高達30%。


因此輔助機器人這一方面的產品,恢復速度相信會非常快速。目前許多輔助機器人製造商,和應用大多都集中在亞洲,有望比其他市場的競爭對手更快地度過危機。


雖然工業機器人市場在增速上不及輔助機器人應用,但與2018-2019年相比,2020年工業機器人市場有望回暖,而2018-2019年增速放緩的部分原因是貿易戰和關稅問題(圖3)。工業機器人主要應用於汽車和電子行業,2018年這兩個產業合計占全球工業機器人需求的60%。



圖3 : 2016~2020年全球產業用機器人銷售數量統計?(source: Deloitte analysis;智動化整理)
圖3 : 2016~2020年全球產業用機器人銷售數量統計?(source: Deloitte analysis;智動化整理)

雖然到目前為止,對工業機器人的一些成長預測明顯高於目前的情況,但可以說,由於市場預期或對機器人將搶佔工作崗位的緊迫感,這些預測往往被高估了。


即使銷售基數增長放緩,但運行中的工業機器人數量仍在不斷增加。 根據預測,2021年全球工業機器人的運行數量將達到355萬台,比2016年的實際183萬台增長了近一倍。


半導體等高科技產業的自動化程度較高,受COVID 19災害造成的影響較小。許多業者可能會考慮重新調整供應鏈,讓關鍵零組件能夠在當地生產,同時也希望提高自動化水準。這些都可能有力地推動工業機器人的長期發展。


從區域上看,2020年第一季,工業用機器人業者在歐洲和美國市場的營收都呈現大幅度下滑,許多廠商的營收跌幅更在10%以上。由於當地生產受到停產的嚴重影響,這一趨勢將在第二季加重。


反觀亞洲方面,包括日本、中國和台灣在內的機器人業者在2020年的3月和4月表現出乎意料的好。這些亞洲機器人業者一直接獲新客戶的訂單,而歐洲和美國的供應商卻已經停止生產。不過,就整體而言,我們對2020年下半年的前景還是持謹慎態度,對整體成長期待並不樂觀。


5G和邊緣AI晶片的新技術,將提升其功能性及擴大市場規模

也許有人會認為,專業服務機器人的高成長率很突出,因為這個行業是新應用領域、初始市場規模相當小,但仔細分析和觀察,可以發現這並不是快速增長的唯一原因,而是基於5G和AI晶片這兩項技術進步對服務機器人的影響。


具體而言,5G網路技術帶來的無線網路連接的改善,以及邊緣人工智慧晶片價格的降低,和處理能力的提高,使機器人中的處理器能夠執行人工智慧任務,而不是透過遙遠的雲端處理,而延遲服務機器人的反應速度與應用能力。邊緣人工智慧晶片可以解決許多限制,來克服目前專業服務機器人在實用性能力的課題,並將其轉化為對用戶更有用、更有吸引力的功能。


這是因為,對於專業服務機器人來說,網路通訊一直是過去的主要門檻之一。在過去,可行動的專業服務機器人很難一直維持可靠的網路通訊。雖然有線通訊在訊號穩定度上面是相當可靠,但也卻限制了機器人的可移動性。如果重視可移動幸,而使用Wi-Fi和4G卻又帶來了各種挑戰,包括不穩定的熱點連接、成本、通訊延遲,以及同時連接設備數量的限制。


所以5G通訊技術的出現,可以完全解決上述的技術障礙,透過使用5G可以同時連接大量設備,且通訊延遲的機率相當低,此外,透過建設本地的5G網路,還可以免去向電信運營商支付月租費,從而降低成本。因此從機器人成為5G的殺手級應用的角度來看,5G有望為企業物聯網市場做出相當重大貢獻。


除了上述5G通訊之外,邊緣人工智慧晶片將在兩個方面使專業服務機器人受益:性能和功耗。


對於電池供電的移動機器人來說,高功耗會限制其運行時間。因此,透過採用專為人工智慧操作設計的晶片,除了可以降低功耗外,還可以減少機器人使用的晶片數量,使其在利用人工智慧功能的同時,可以工作更長時間,提高服務性。這是GPU等高耗電晶片上是不可能實現的。


對於工業機器人和專業服務機器人來說,透過5G和邊緣AI晶片的新技術,將會提升其功能性,以及擴大市場規模。甚至專業服務機器人的改進機會,有相當大的程度會比工業機器人大得多,這是因為工業機器人,一般都是通過有線方式連接工廠內部網路,基本上通訊品質就已經是相當高 並且通訊速度快且穩定,更沒有電池耗盡的風險。


此外,針對機器學習應用的AI晶片也有額外的空間,可以提供在現有的環境中進行更多的運算。所以與工業用機器人相比,專業服務機器人通過5G和邊緣人工智慧晶片的使用,可以進化出更廣泛和高階的能力,推動市場迅速擴大。


除了企業應用的工業和專業服務機器人外,消費機器人市場也在不斷發展,例如為吸塵、割草、洗窗等商業應用設計的家用機器人。根據統計,2019年全球是的銷售量為1760萬台(比2018年成長約44%),娛樂用機器人(主要是亞洲製造的玩具,大部分產品的功能與機構相當複雜)在2019年銷售了450萬台(成長幅度約10%)。雖然消費類機器人在數量上佔據了市場的大部分,但由於其價格低廉,在銷售額上只佔市場總量的1/7。儘管如此,重要的是要注意到5G和AI晶片對消費機器人的影響。


日本六家工業機器人業者共同成立協會,與業界分享研究結果

日本最近成立了一個包括由川崎重工、DENSO、FANUC、不二越、三菱電機、安川電機等6大工業用機器人業者所組成的技術研究協會,這個名為「工業機器人下一代基礎技術研究組織(ROBOCIP)」,每年將投入數億日元的來研究與開發工業機器人的基礎技術,理事長則是由FANUC機器人事業本部技監?原伸介擔任。


透過這個研究組織,會將日本產業中關於機器人的技術問題匯聚在一起,在透過整合產業界和學術界的知識來解決(圖四)?例如將參與公司的共同問題,外包給東京大學、東京工業大學和慶應義塾大學等研究人員,再把所獲得結果分享給這6家公司。藉此降低僅由單靠一家公司克服問題的高度風險,以及更快速的突破未開發領域的課題。



圖4 : 藉由工業機器人下一代基礎技術研究組織的成立,未來將會把日本產業中關於機器人的技術問題匯聚在一起,在透過整合產業界和學術界的知識來解決?(source:Newswitch;智動化整理)
圖4 : 藉由工業機器人下一代基礎技術研究組織的成立,未來將會把日本產業中關於機器人的技術問題匯聚在一起,在透過整合產業界和學術界的知識來解決?(source:Newswitch;智動化整理)

初期,研究領域將針對「機器人的控制與通用動作等相關研究」、「遠端控制技術研究」,以及「新型機器人材料和感測器應用技術開發」等三個領域,並且邀請與機器人領域關係不大的研究人員參與驗證和評估,以增強每個公司各自開發的基礎技術研究。


透過這三個基礎研究,來強化未來擴大普及時不可欠缺的技術,除了簡化教學之外,還將構建一個系統來共同解決問題,包括支持日益普及的5G通訊、後5G技術、以及透過減輕重量來提高能源效率。


結語:工廠的工業機器人進入了一個新階段

工業手臂式機器人對於精密設備進行組裝作業時,動作與需要格外謹慎,因應這樣的需求,三菱電機已經開始在新款的工業機器人中導入了AI技術Maisart。具有AI Maisart能力的工業手臂式機器人,可以透過人工智慧的能力立即找到最適合的動作和流程,並且馬上應用在生產製程上,而不會浪費任何寶貴的生產時間。以一般的普通機器人來說,會根據預先設定的程式進行運作,但是配備了Maisart的機器人,可以透過機器學習自動調整,在5分鐘內找到最佳作業模式,效率上可以高出普通機器人的2至3倍。


在地球另一邊的西門子也一樣的將人工智慧機制導入新款的工業機器人,這些機器人大多是擔負工廠的大部分工作,來生產超過30,000款的電動機產品,以及工廠內無人化的堆高機。這款高智慧化的機制被稱為「Digital Twin」,就如字面上的意思,可以在數位運算的虛擬中建立起和真實空間相同的環境,並且進行模擬處理工作。當然,即使模擬失敗,也不會影響實際的機器人和零件。由於所有機器人和零件都是數位化的,藉此找到最佳的製程技術並強化工廠自動化能力。


到目前為止,工業機器人一直專注於簡單的工作,但因為提供工廠自動化的機器人功能不斷地提升,可以反映出工廠生產線對自動化的強烈需求。並且,借助機器人視覺系統,可以透過機器人代替作業員進行更複雜的作業,例如組裝和運輸。如果機器人視覺能夠像人類一樣進行高程度的運動,那麼人類輔助機器人將變得更加普遍。


隨著時間的推移,不同類型的機器人(工業型與服務型、企業型與消費者型)之間的區別將會越來越不明顯。因此,未來市場所關心的是機器人功能,而不是它叫什麼名字。


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