工業機器人 應用與發展
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隨消費端的需求更多樣與工業機器人產業滲透率提高，小型機器人、客製化機器人崛起以符合產業需求。 「智慧製造」為工業機器人下一個挑戰，如何加強軟硬體整合及人力共同協存是工業機器人未來發展課題。
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- 1. 台大財金四 黃于庭 / 台大財金四 張裕晉 / 台大工管四 邱建豪 台大商研一 陳靜玫 / 政大國貿三 蘇玟綺 / 中山財管二 秦唯衽 工業機器人手臂：應用與發展 Collaborator：Junior新趨勢報告 1
- 6. 機械手臂分類-關節 6 分類 關節差異 體積佔工作空間 直角座標型 3個移動關節,能使手臂末端沿著直角座標 系XYZ軸移動 圓柱座標型 1個轉動關節和2個移動關節,構成圓柱形狀 工作空間 在相同工作空間條件下,機體所佔空 間體積小於直角座標型 極座標型 2個轉動關節和1個移動關節,來改變手部空 間位置 在相同工作空間條件下,機體所佔空 間體積小於直角,圓柱座標型 關節座標型 全部關節為轉動關節,結構緊湊 所佔空間體積小,相對的工作空間最 大,為使用最普及 資料來源：機械工業雜誌
- 7. 機械手臂分類-軸數 工業機器人的軸，可以用專業的名詞「自由度」來解釋。當軸數增加，機器人就有更高的靈活性。現有一 到七軸，常見三四五六軸。 軸與卡迪爾坐標系息息相關。三軸機器人可以允許機器人沿三個軸的方向進行運動；而六軸機器人中的六 軸，就是笛卡爾坐標系中的X Y Z軸，及繞X Y Z 軸旋轉的U V W軸。 資料來源：壹讀 7
- 11. 台灣重點上下游企業 1. (上游)上銀科技: • 產品：上游相關傳動元件／系統大廠， 講究高速化、高精密、複合化之傳 動控制與系統。 • 策略：契合中國大陸自動化發展目標。 • 營收：上銀線性滑軌佔營收 62%，滾珠螺桿佔營收 27%，工業機器人佔 營收 6%，其他 5%。 資料來源：股感知識庫 11
- 12. 台灣重點上下游企業 2. (中)研華寶元科技：工業電腦 (IPC) 大廠 • 策略合作：和上銀、台灣電路板 (PCB) 設備製造商等，聯手推出全球首部 PCB(印刷電路板)產業專用 6 軸機器人。 • 產品：CNC(電腦數值控制工具機) 控制器起家，6年前投入機器人研發， 開發運動控制器，目前直角滑軌機械手出貨量穩定每月保持 100 台 • 客戶：主要供應中國塑膠射出工廠，整體控制器出貨佔比約5%，而 CNC 控制器仍佔公司出貨比例高達 80%。其主要客戶以金屬加工廠為主，中 國跟台廠約 7：3。 資料來源：CTimes、蘋果 12
- 13. 台灣重點上下游企業 3. (上中下)台達電： • 產品：主攻工業型機械手臂，其 零組件國產化比例達9成以上 • 工業自動化（IA）營收比：約11 、12%，仍在產品初上市階段， 占整體營收比重仍相當低，但隨 每年投入研發，未來營業額具成 長空間。 • 銷售主力：外銷 8 成,內銷占 2成 ，主力客戶都是電子製造、食品 、小五金，及汽車相關行業。 • 經銷據點：先由中國沿海長三角 、珠三角開始布點，後續將推往 全中國。 資料來源：中時電子報、聯合新聞網 13
- 14. 工業機器人四大家族 1. 瑞士ABB：專精運動控制系統，能夠提高生產的品質、效率以及可靠性，其製 程自動化服務能夠應用於製鋁、水泥、化工、食品、生技、金屬、採礦、採油 、發電、造紙等產業。 1. 德國庫卡：主要客戶來自汽車製造領域。其機器人可用於物料搬運、加工、點 焊和弧焊，涉及到自動化、金屬加工、食品和塑膠等產業。中國美的集團今年 入股庫卡，成第一大股東。 1. 日本 Fanuc：特色是工藝控制更加便捷、同類型機器人底座尺寸更小、更擁有 獨有的手臂設計。Fanuc 出產最受歡迎的碼垛（搬運）機器人。 1. 日本安川電機：點焊和弧焊機器人、油漆和處理機器人、LCD 玻璃板傳輸機器 人和半導體晶片傳輸機器人 資料來源：股感知識庫、ABB、KUKA、財經新報、KKNEWS 14
- 16. 16 工業機器人 2016 年銷售量約 29 萬台，預計在 2019 年銷售量可達約 42 萬台，即 2017 - 2019 年預計年銷售量 yoy+13%。 此外，以全球的"現行總使用量"而言，2015 年 約有 163 萬台。到 2019 年，預計全球總使用量 約 259 萬台，即年增率約 yoy+12%。 每年的"機器人報廢數量"對"現行總使用量"也有 影響。因工業機器人的使用週期約三到五年，現 行每年約有 10 萬台機器人被汰舊、報廢。從右 下圖表可看出，2016 年銷售量約 29 萬台，去除 報廢的 10 萬台後，使總流通量從 2015 年的 163 萬台上升到 2016 年的 182 萬台。 全球銷售量及總使用量 2010 - 2019(F) 年銷售量 2014 - 2019(F) 全球總流通量 資料來源：拓墣產業研究所
- 17. 各國銷售量及使用密度 看工業機器人的普及程度時，還有"使用密度"此一單 位，即每萬名產業工人使用多少台工業機器人。 目前"年銷量"前七大國家為中、韓、日、美、德、台 、義。"使用密度"前八大國家則是韓、新加坡、日、 德、瑞典、台灣、丹麥、美國。 特殊的是，把年銷量和使用密度作比較，可以發現 中國的排名差異懸殊，年銷量最大國的使用密度不 在前十名內。從右下圖看到，相比世界平均的使用 密度 69 台，中國僅 49 台，與第一名的韓國 531 台 有 10 倍差距。由此推論，倘若中國能在密度上有所 提升，年銷量還有極大成長空間。 2008 - 2018(F) 各國年銷售量 資料來源：Morgan Stanley 17
- 18. 產品別市佔率 IFR （國際機器人協會）報告指出，2016 年銷售市場規模約 29 萬台，年增約 14%。預 估 2017 - 2019 年工業機器人平均銷售年增率 13%，2019 年安裝總量將至 260 萬台。 需求約 70% 聚集在汽車、電器／電子，及金屬加工類產業。此外，考慮到機器人使用周 期約 5~8 年，每年約有 10 萬台機器人的減少，單純出於汰舊換新。 2015 年工業機器人於各產業使用比例 18
- 21. 驅動因素(3)-中國市場 政策面 《十三五政策》、《中國製造2025》、《機器人產業發展規劃2016-2020年》推動高階技 術，要求自主品牌在 2020 年產量達 10 萬台，六軸及以上達 5 萬台。促使機器人園區已 達四十多座、生產商八百多家。但有「高階產業低階化」問題，長期而言可能有高階自動 化設備的技術和數量達不到政令要求，低階自動化設備卻已經浮濫到要殺價競爭的窘境。 成本面 勞工薪資快速上升，自動設備尤其低階等級的建設成 本逐漸下降，加上缺工、勞動年齡佔比下降，創造出 工業自動化的需求。 產業面 製造業面臨轉型升級，目標製程改善和效率生產，中 國機器人密度49台/萬人低於全球平均69台/萬人，配 合技術的提升，可望增加各產業使用率。 近年薪資增速均大於GDP增速，顯示人口紅利下降，製 造商面臨壓力。 資料來源：iknow、壹讀 21
- 23. 汽車業 • 機器人的需求較去年成長了 4% 至約 97,500 台 • 工作內容：噴塗（工作量大，危險性強）、焊接（穩定質量、增加效率及安全性） • 以 BMW 為例，車體目前有 1,400 台機器人運作，而噴漆也由機器人協助完成。此 外，BMW在南卡羅來納州斯帕坦堡的新廠，在 2013 年 9 月開始自丹麥的 Universal Robots 引進能夠與人合作的機器人，節省了員工 80% 閒置的時間。 • Tesla 則採用多工機器人，一台就能焊接、打釘、壓焊，及組裝零件。 資料來源：IFR、BMW 23
- 24. 電子業 • 機器人的需求較去年成長了 41% 至約 64,600 台 • 電子業機器人要求：速度、精準度、無塵操作、靈活彈性 • 工作內容：精細的機器手臂可以取代人工，安裝 CPU 、記憶卡等細小零件 • 發展趨勢：結合物聯網 IoT，使得工業 4.0 製造業將以大量客製化取代大量生產 • 例子：自 2010 年至今，富士康投入 3 億元人民幣針對昆山廠區車間進行自動化 改造，採用自主研發製造的機器手臂 2000 多台，有效縮減近 5 成閒置人力。 資料來源：IFR、Kuka 24
- 25. 金屬業 • 機器人的需求較去年成長了 39% 至約 29,450 台 • 金屬業的機器人需能夠承受高溫、充滿灰塵、腐蝕性介質的極端環境，通常擁 有耐酸鹼、耐高溫和耐腐蝕的防護表面。 • 功能包含物料搬運、焊接、組裝、拆解、去毛邊、切割、鑽孔、研磨、上色。 • 例子：接觸鑄造液態鐵的自動化機器人，負重高、特殊材質耐高溫 資料來源：IFR、Kuka 25
- 26. 工業機器人的未來趨勢 04 26
- 27. 工業4.0 定義：「從服務顧客驅動研發、供應鏈和生產，整個系統或整個價值鏈的全生命週期 管理與服務（System Lifecycle Management; SysLM）」 工業4.0概念為連結與優化。 利用「機器人+自動化+大數據」 來達到優化的目標。 如:大量運用自動化機器人、感測器 物聯網、供應鏈互聯網、銷售及生 產大數據分析，以人機協作方式提 升全製造價值鏈之生產力及品質 資料來源：經濟部南部辦公室 27
- 28. 工業4.0-各國佈局 • 工業4.0引領機器人邁向智慧風潮 國家 德國 美國 中國 日本 英國 政策 工業4.0 先進製造 中國製造2025 無 無 大聯盟 工業4.0平台 工業物聯網聯 盟（IIC） 無 企業各自努力 2050工廠／先 進製造研究中心 技術 佈局 以德國機器設備製 造業為主體，前後 延伸至整個價值鏈 的虛實整合 物聯網軟體開 發和標準制度 權、製造業回 歸 製造大國變強國 ，發展十大重點 領域：新一代信 息技術、高檔數 控機床和機器人 等 生產自動化、 機器人、控制 器、感測器 研發數位工廠、 自動化、人機協 同等先進製造技 術 資料來源：天下雜誌 28
- 29. 工業4.0-智慧機器人 機器人四大趨勢 • 機器人視覺從2D檢測、定位到3D取放、量測 • 利用物聯網傳遞的數位化資料，機器人扮演更靈活、更自動化 • 機器手臂應用機器學習(machine learning)技術於2018年普及 • 生產線上的機器人配置密度愈來愈高，解決以往控制技術與機器人 間的互相干擾，與人共工 資料來源：工業技術研究院 29
- 31. 機器人自動化－西門子Amberg廠 自動化程度75%，目前最自動化的工廠 • 自動化，產能是同廠房面積的8倍 • 每條生產線平均每小時可製造15萬 件電子元件外，成本同大陸地區相近 • 24小時內交付訂單 • 99.9988%良率 • 數據聯網，機器之間溝通(M to M) 資料來源：天下雜誌 31
- 32. 機器人學習-以Darwin為例 傳感器產生數據 數據支撐機器學習 AI指導機器人行動 機器人採取行動 行動收集數據 機器學習改善AI 機器人仰賴人工智慧 (AI)，其中以深度學習 (deep learing) 領域受關注。其動機在於建 立、模擬人腦進行分析學習的神經網絡，它 模仿人腦的機制來解釋數據，例如圖像、聲 音和文本。 機器人 Darwin 在無人教導的情況下 運用深度學習技術從地板上站起來 資料來源：壹讀、NVIDIA 32
- 33. 協同機器人-以Sawyer機器人為例 Rethink Robotics 生產名為 Baxter 與 Sawyer 的兄弟機器人 • 細緻的手：有「力量感知」功能 的關節處理的高精細度任務，如 測試電路板 • 安全：傳感器感測意外時，能進 行相對應的自我調節，並保護它 所協助的人類安全，與安全機制 。 • 「從做中學」編碼：可編成編碼 ，亦可以手指教會sawyer，容易 訓練。 資料來源：Ctimes 33
- 34. 結論 05 34
- 35. 分析總結： ● 工業機器人的趨勢，是全球總銷量以14%的速度年增成長，使用密度漸升、並象 徵新建廠/替換掉舊式工廠的速度。 ● 亞洲地區尤其中國的影響力最大且未來將更重要。 ● 在工業4.0影響下，工業機器人未來發展以:機器人視覺、機器人學習、自動化、 協同機器人為主要發展。 後續追蹤：延續本次分析脈絡，我們建議如果要後續追蹤、觀測設備自動化的趨勢 ，可以從以下幾個數據著手： 1. 全球汽車市場生產量 2. 製造業國家勞工薪資漲幅 3. 工業機器人建造成本 結論 35