新聞來源 : (Daily Issue)防疫推升製造業轉型新需求 AI與機器人引進加速
江仁傑／綜合報導 2020-11-05 02:09
疫情衝擊下，製造業正在發生變化，包括加強工廠自動化(FA)、以網路為中介的遠距操作，或者將總部辦公室搬離市中心以分散感染風險。產線上實際的作業模式，也更深入引進人工智慧(AI)與機器人技術。
豐田生產方式「現地現物」作法因疫情而被迫修正豐田生產方式(Toyota Production System；TPS)是因應大規模生產，而從1970~1980年代起在製造業流行起來的作業模式。其中，「現地現物主義」就是親自到現場查看，實際看到實物與具體狀況為解決任何問題的必要步驟。但這項數十年來的經典作法，2020年初卻在疫情擴散下被迫改變。為了避免工作人員聚集，產線減少人力、遠距操作甚至無人化，成為重要的防疫措施。
不過，工廠導入AI、機器人以及自動化早在疫情之前就已經開始。路透(Reuters)報導，豐田生產模式的起源：豐田汽車本身，產線早已大量自動化，但仍留下仍然必須仰賴人力的部分，例如瑕疵品的檢查。
如果要由AI檢查瑕疵品，需要先讓AI進行機器學習，而學習過程需要大量的瑕疵品樣本，需求量高達數萬件。但是，很難讓每一項產品都產生數萬件的瑕疵品樣本來供AI學習。由於技術上的障礙，因此瑕疵品檢查的工作只能仰賴人工。
但這項困難，目前已有技術突破，並且因防疫需求推動進一步自動化，出現普及化的徵兆。例如位於日本愛知縣的武藏精密工業(Musashi Seimitsu Industry)，採用AI演算法來挑出零組件的瑕疵品，已大幅提升良率，每5萬件只有1件瑕疵品。
該技術是以色列創業家Ran Poliakine，把原本應用在醫療診斷的光學技術與AI搭配，用於工廠產線的檢查。Poliakine創立的新創SixAI，與武藏精密工業合作，成立了武藏AI(Musashi AI)，研製品質檢查機器人。工作人員在沒有親自到現場的情況下，就能發現問題並設法解決，提高遠距工作的效率。
Poliakine透露，從疫情趨於嚴重的2020年3月以來，日本、美國、歐洲等地的車廠與汽車零組件廠，對品質檢查機器人的詢問度，提升至原來的4倍。日本汽車零組件廠Marelli，已在日本的工廠引進搭載AI的品質檢查機器人，未來也將擴大採用。
Tesla引進高度自動化流程 修改豐田生產方式產線在自動化過程遭遇的各種麻煩，也許Tesla的工作人員最能體會。
Tesla位於加州Fremont的工廠，是2010年接手豐田汽車與通用汽車合資的新聯合汽車製造公司(NUMMI)的工廠，Tesla在此開始生產電動車Model X。Nikkei Style引述Tesla前工程師生產的經驗，Fremont工廠也是採豐田生產方式，廠區內分為許多產線團隊，團隊內有人出身於豐田汽車，還有來自蘋果(Apple)、Google、波音(Boeing)等非汽車業的員工。
Fremont廠區設法提升Model X的產量。工程師把生產流程繪製為價值流程圖(Value Stream Mapping)，讓團隊內所有人一目了然，一旦產線發生問題，就停止運作，所有人一起討論如何解決。
不過，當Tesla生產Model 3時，不只要求產品的創新，產線本身也要翻新，導致在生產Model X時解決問題的方式，在生產Model 3時卻很難發揮同樣功效。
如原本在Model X產線上，一旦出現問題就把產線暫停，團隊人員一起解決，但引進新的自動化技術後，產線出現出錯了，究竟是機器人還是員工出現問題？如果是機器人，複雜的裝置內部，是哪裡出現問題？雖然生產過程創新與自動化程度提升可以改善效率，但在達成更高程度自動化的過程中，Tesla工程師必須耗費相當多時間除錯。
低價格與高效能的AI開發板與晶片 壓低AI機器人價格如今Tesla或武藏精密工業，已分別在電動車製造、消除產品瑕疵的流程中，成功提高自動化程度，改良了原有的豐田生產方式。不過，仍有不少廠商在引進AI與機器人新技術上卡關。
日經Xtech的評論指出，引進自動化遭遇的困難，部分來自於既有產線作業的精密度或複雜度高，而能夠應對的機器人價格也偏高，從CP值來看不划算。另外也可能是沒有保養或調整機器人的技術人員，因此放棄引進。
高度自動化所導致的價格過高，可由價格較低但效能較高的開發板(Edge board)來解決，使低價的機器人也能搭配AI來進行影像辨識等複雜作業。
如NVIDIA的Jetson系列AI開發板，其中最小尺寸的是Jetson Nano，可以放進口袋裡，不過卻搭載128核心的GPU，透過機器學習，就能用於影像辨識，而且價格低廉，約1.3萬日圓(125美元)。
透過AI開發板，就能進行複雜的邏輯運算，另外隨著系統單晶片(SoC)效能提升且價格降低，市場上也出泛用模組，機器人以及電機產品、電子裝置等硬體，可以透過低價而高效的泛用模組而擁有AI功能。具有影像辨識能力的機器人，目前已可降價到10萬日圓(約950美元)的水準。
機器人的價格不論高低，實際引進產線時，通常都需要微調。購買或租用高價的機器人，應會附帶微調的服務，但如果是低價的機器人，則買家必須自行微調，甚至要進行某種程度的改造。因此，引進機器人的廠商有必要自行聘用機器人工程師。
泛用IC的低價機器人，內部搭載的是模組化產品，通常是透過機器人運作系統(Robot Operating System；ROS)之類的中介軟體來運作，機器人、無人機、3D列印機等都是如此，所以機器人工程師除了機器人以外，也能維護或微調其他使用ROS的裝置。
工業機器人需2~3年回復榮景 協作機器人與物流機器人倍數成長
雖然疫情造成汽車等製造業的設備投資下滑，例如在2020年度(2020/4~2021/3)的設備投資，豐田汽車已經宣布將年減3.1%，本田技研(Honda)年減6.8%，日產汽車(Nissan)則年減13.6%。不過，因為防疫的需求，以及一直以來的人力不足問題，使製造業對於引進自動化設備更感興趣。
據國際機器人聯盟(IFR)統計，2019年全球機器人的銷售數量，比2018年減少12%，在連續6年的成長後，首次出現下降的情況，主要是由於汽車、電機、電子等產業近年快速引進機器人之後出現停滯，但年銷37.3萬台，仍是統計以來的第三高。此外，工廠內正在運作的工業機器人數量，到2019年已達270萬台，是史上最高紀錄。
IFR估計，2020年因疫情衝擊，銷售數量無法期待，2021年才會開始回復，要達到疫情之前的水準，必須等到2022年或2023年。
至於以金額計算的工業機器人全球市場規模，Markets & Markets估計，2020年約446億美元，到2025年可達730億美元，年複合成長率(CAGR)10.4%。一旦進入後疫情時代，引進工業機器人的需求就會增加，並從汽車產業的既有客戶延伸到中小企業。雖然2025年預估的數值，比疫情之前推測的少了3%，但仍是頗高的水準。
除了無人化與遠距操作，降低工作人員密度的協作機器人，也受市場歡迎。據Markets & Markets研究，協作機器人全球市場規模，到2026年將成長為8,530億日圓(81億美元)，是2020年的8倍。
例如日刊工業新聞、日經新聞等報導，發那科(Fanuc)決定增產2020年6月開始銷售的最新協作機器人CRX系列，到2021年，產能將提高到目前的3倍。川崎重工(Kawasaki Heavy Industries)雙腕協作機器人duAro，2020年6月以來詢問度大增，並開始實驗應用於PCR病毒檢測的用途。三菱電機(Mitsubishi Electric)2020年也首次投入協作機器人市場，在歐美日展示數十台樣本，且為了因應多樣化的生產現場，還可搭配其他企業製造的攝影機或機器手掌等零組件。芝浦機械(Shibaura Machine；原東芝機械)也規劃於2021年起銷售外型近似人類上半身的協作機器人。
在日本，倉儲自動化的物流領域，矢野經濟研究所(Yano Research Institute)預估，物流機器人相關的日本市場，2030年度(2030/4~2031/3)規模約1,509.9億日圓(14.5億美元)，是2020年度(2020/4~2021/3)的8倍。在2019年度(2019/4~2020/3)，日本市場規模就已年增55%。矢野認為，為了避免如疫情等突發災害中斷物流，機器人的引進將會比之前更快。
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