文/羅仁權(quán)臺灣大學(xué)智慧機(jī)器人及自動化國際研究中心臺北10617

全球工業(yè)4.0大趨勢：大中華智慧機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的商機(jī)與挑戰(zhàn)*

文/羅仁權(quán)
臺灣大學(xué)智慧機(jī)器人及自動化國際研究中心臺北10617

智慧機(jī)器人，產(chǎn)業(yè)，挑戰(zhàn)

DOⅠ10.16418/j.issn.1000-3045.2015.06.010

被稱為世界工廠的中國大陸，其人力上的成本大幅增加，各國政府及各產(chǎn)業(yè)龍頭不得不思考新的策略。其中以機(jī)器人取代人工、發(fā)展各種智慧化的方案最有前景。最顯著的例子，就是美國總統(tǒng)奧巴馬提出的“高階制造業(yè)回流（Reshoring）”政策，共有超過500家公司，逐步將高階制造生產(chǎn)線移回美國境內(nèi)，例如美國通用電氣公司（GE）、蘋果（Apple）、摩托羅拉（Motorola）、福特汽車（Ford）、開拓重工（Caterpillar）、惠而浦（Whirlpool）和英特爾（Ⅰntel）等大企業(yè)。近年來如Apple、Amazon、Google都投資機(jī)器人及其技術(shù)的消息，亦對產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成助力。如Apple斥資105億美元用于供應(yīng)鏈的機(jī)器人和自動化設(shè)備，最近并以3.5億美元收購Xbox中Kinect 3D系統(tǒng)的開發(fā)者PrimeSense公司；Amazon在2012年花7.5億美元收購Kiva系統(tǒng)，一個使用機(jī)器人交付貨物給揀選人員的技術(shù)，將機(jī)器人科技帶到物流業(yè)；Google成立了機(jī)器人部門，到2014年底陸續(xù)收購了8家機(jī)器人公司，如東京打造人形機(jī)器人的團(tuán)隊(duì)Schaft、研發(fā)計算機(jī)視覺系統(tǒng)和機(jī)械臂的美國Ⅰndustrial Perception公司、人形機(jī)器人和機(jī)械手臂的制造商Meka和Redwood Robotics，還有機(jī)器人開發(fā)公司Boston Dynamics等。這些企業(yè)的大規(guī)模行動都引發(fā)市場高度關(guān)注，也啟發(fā)了其他企業(yè)的跟進(jìn)和研究，對智慧自動化的發(fā)展有相當(dāng)?shù)膸椭?。截至目前，KUKA、Fanuc、ABB、Yaskawa Motoman、iRobot和Ⅰntuitive Surgical 6大機(jī)器人公司引領(lǐng)著全球新興的高科技機(jī)器人領(lǐng)域?？梢灶A(yù)期，未來幾年里，從新興供貨商，到包括Apple、Amazon和Google，都生產(chǎn)各種新機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)品。另外，英國政府專利局近來對專利的全球性研究指出，全球機(jī)器人和自主系統(tǒng)的專利，近10年來增加了3倍之多，這種增長大幅度超過專利的整體增長，也證實(shí)了發(fā)展智慧機(jī)器人將是未來重要技術(shù)方向。

2011年，美國總統(tǒng)科學(xué)科技顧問委員會（PCAST）向總統(tǒng)與國會提交的先進(jìn)制造伙伴計劃（AMP）指出，智慧機(jī)器人及自動化產(chǎn)業(yè)為11個重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。在創(chuàng)新、培養(yǎng)人才以及強(qiáng)化商業(yè)環(huán)境之三大主干下，撥付大筆資金給產(chǎn)學(xué)合作并培育人才，制造更多就業(yè)與實(shí)習(xí)機(jī)會，加強(qiáng)民間對智慧機(jī)器人及自動化產(chǎn)業(yè)的認(rèn)同感。其國家機(jī)器人計劃（National RoboticsⅠnitiative,NRⅠ）在2013年額外投資3 100萬美元，有計劃地資助30多個研究團(tuán)隊(duì)，希冀能將機(jī)器人擴(kuò)大應(yīng)用于食品衛(wèi)生、環(huán)境工程、保安設(shè)備等領(lǐng)域。

歐盟方面也提出了7大研究發(fā)展藍(lán)圖，不僅促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的成就，而且業(yè)已劃撥90億歐元預(yù)算給資通產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)技術(shù)。歐盟近來亦大力推動機(jī)器人發(fā)展。2013年12月歐盟委員會宣布，額外投資7億美元用于相關(guān)發(fā)展計劃，希望能藉由產(chǎn)官學(xué)資源，將機(jī)器人應(yīng)用推廣至各種層面，其目標(biāo)是到2020年，歐盟成員制造的工業(yè)型機(jī)器人能達(dá)到全球35%的市場占有率。

另外，歐盟成員國——德國，則提出別具前瞻性的策略，“工業(yè)4.0”計劃，也說明了智能制造的重要性。計劃描繪了制造業(yè)的未來，包括通過各式通訊協(xié)議，協(xié)調(diào)監(jiān)控各機(jī)臺和控制站的運(yùn)作，同時利用因特網(wǎng)與企業(yè)后臺聯(lián)線，進(jìn)行靈活的資源調(diào)整，做到從訂單到交貨整體的智能生產(chǎn)?！肮I(yè)4.0”計劃分為兩大戰(zhàn)略決策：將信息與通訊技術(shù)整合進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中；同時，為網(wǎng)際與實(shí)物融合系統(tǒng)（CPS）開創(chuàng)新市場。此產(chǎn)業(yè)模型同樣擁有智能化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)：具彈性、穩(wěn)健性的制造模式，以確保其規(guī)劃、制造、物流、控管之質(zhì)量。

目前，全球工業(yè)型機(jī)器人最大的應(yīng)用市場為亞洲，這也促使亞洲國家政府積極推進(jìn)相關(guān)政策。毋庸置疑，日本是工業(yè)型機(jī)器人發(fā)展最為成熟的市場，其政策為“產(chǎn)品制造產(chǎn)業(yè)振興計劃”；然而，韓國政府也于2012年投資2.4億美元建造機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聚落，其當(dāng)年機(jī)器人密度已達(dá)全球第一，韓國推廣機(jī)器人的實(shí)力，不容小覷。

更值得注意的是，正在快速崛起的中國大陸市場。中國大陸的勞動人口結(jié)構(gòu)正在急劇轉(zhuǎn)變，同時面臨人力成本上漲的危機(jī)，將機(jī)器人引入生產(chǎn)線取代人力已是不可擋的趨勢。2014年成為中國大陸的“工業(yè)機(jī)器人發(fā)展元年”。另外，中國的“十二五”（2011—2015年）追求產(chǎn)業(yè)自足化，其中也包括高端機(jī)具制造，以及新一代通訊科技。中國大陸已規(guī)劃了120萬兆歐元預(yù)算。在工具機(jī)發(fā)展方面，目標(biāo)之一為發(fā)展智能型制造機(jī)具、智能型控制和高端數(shù)控機(jī)具。通訊行業(yè)也著重于發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用，例如“工業(yè)控制與自動化”。而印度也提出了五年計劃（2012—2017年），力圖通過增加公私立研發(fā)使之達(dá)到國內(nèi)生產(chǎn)總值2%，并于2011年通訊部也設(shè)立了“網(wǎng)際與實(shí)物融合系統(tǒng)（CPS）創(chuàng)新中心”項(xiàng)目，進(jìn)行包括人形機(jī)器人技術(shù)在內(nèi)的研發(fā)。

智慧機(jī)器人產(chǎn)業(yè)前景看好，臺灣地區(qū)目前明確此趨勢為下一代重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，推動了“擴(kuò)大投資新興產(chǎn)業(yè)推動方案”及“生產(chǎn)力4.0”，期望通過研發(fā)新產(chǎn)品開發(fā)計劃與產(chǎn)業(yè)科技項(xiàng)目等措施，協(xié)助業(yè)界推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。事實(shí)上臺灣可在信息電子產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。臺灣信息電子產(chǎn)業(yè)的裝置量，約占臺灣工業(yè)機(jī)器人總裝置量的50%。產(chǎn)品生命周期大多較短，是典型的多樣少量的生產(chǎn)型態(tài)。品牌多、種類多、彈性大是3C（Computer,Communication,Cusumer electronic）產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線的最高指導(dǎo)原則，任何自動化系統(tǒng)，不符合此原則，則不易被生產(chǎn)單位接受。產(chǎn)品走向輕薄短小，內(nèi)部的各式零件更是微小，而有些電子零件及各式接線具撓性，因此處理此類對象的自動化設(shè)備，需具動作上的靈巧性及像人類一樣具有對外界的感知能力。3C產(chǎn)品多為復(fù)合功能，內(nèi)部由許多不同功能的零件所組成，生產(chǎn)過程中稍有不慎，則會造成昂貴廢品。因此3C產(chǎn)品的生產(chǎn)，需經(jīng)過許多不同功能的檢測，除了功能檢測外，還需要外觀暇疵檢測。相較于高單價的工業(yè)機(jī)器人，這幾年崛起的服務(wù)型機(jī)器人的重心，漸漸從國防、救災(zāi)、醫(yī)療等領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到事務(wù)、娛樂、居家照護(hù)等。就國際上健康護(hù)理機(jī)器人技術(shù)趨勢來列舉，如美國于2009年提出“機(jī)器人發(fā)展藍(lán)圖”，同年歐洲提出“2020歐洲機(jī)器人愿景”，日本則提出“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)政策”，韓國于2008年通過《機(jī)器人開發(fā)與普及促進(jìn)法》。這些法案的重點(diǎn)項(xiàng)目均包含健康護(hù)理機(jī)器人，顯示全球社會老齡化現(xiàn)象形成的迫切需要。

而大中華現(xiàn)狀正適合以服務(wù)娛樂教育、醫(yī)療及居家護(hù)理智慧機(jī)器人等為發(fā)展主軸。至2012年底，全大中華區(qū)65歲以上老齡人口數(shù)占總?cè)丝诒嚷手鹉晟仙殉衫淆g化社會，因此政府對于老人的長期照顧責(zé)無旁貸。在政府服務(wù)導(dǎo)向社會福利的前提下，大中華應(yīng)開發(fā)機(jī)器人來補(bǔ)足社工及看護(hù)人員短缺的問題，以符合老齡化和少子化所產(chǎn)生的大量醫(yī)療護(hù)理人力需求。扶植醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，必須從人性化角度出發(fā)，使人機(jī)互動更為安全。

另外在教育娛樂機(jī)器人方面，以日本電信巨擘軟件銀行不久前發(fā)表的家庭人形機(jī)器人“Pepper”為例。它能夠知道人的情緒，通過分析措辭、面部表情和肢體語言，提供適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)與人交流，未來將能在聚會上娛樂大家、與孩子玩耍并與老人做伴。而它的低價策略讓可負(fù)擔(dān)的個人機(jī)器人成為可能，大大推動服務(wù)機(jī)器人的推廣和發(fā)展。尤其該款機(jī)器人將由鴻海代工，對大中華來說更是發(fā)展服務(wù)機(jī)器人的機(jī)會。Freedonia預(yù)估2021年全球工業(yè)機(jī)器人的需求比2011年將有82%的增長，另其預(yù)估服務(wù)型機(jī)器人的增長將高達(dá)4倍。2014—2018年，歐洲將是最大機(jī)器人市場，而亞洲將是機(jī)器人發(fā)展最快的市場。因此，目前是大中華發(fā)展智慧服務(wù)型機(jī)器人最好的時機(jī)。

在此謹(jǐn)就大中華區(qū)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出一些建議。大中華可從代工經(jīng)驗(yàn)累積研發(fā)設(shè)計能力開始推動產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人的系統(tǒng)化服務(wù)與訂制化發(fā)展，并提升大中華電子與機(jī)械產(chǎn)業(yè)對機(jī)器人的使用程度，提升一般民眾使用服務(wù)型機(jī)器人的認(rèn)知，使大中華成為機(jī)器人使用的主要市場。加強(qiáng)提升控制器、伺服馬達(dá)、減速器以及高階傳感器等關(guān)鍵技術(shù)的國產(chǎn)自主化，讓大中華機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展不再受制于日、德廠商。同時加強(qiáng)如本研究中心——臺大機(jī)器人及自動化國際研究中心所聚焦之認(rèn)知科學(xué)研究議題：建構(gòu)產(chǎn)業(yè)價值鏈所需的共同尖端領(lǐng)航技術(shù)開發(fā)與專利布局，包括先進(jìn)感知科技、認(rèn)知科學(xué)科技、學(xué)習(xí)功能和適應(yīng)性科技、先進(jìn)控制和規(guī)劃科技、人機(jī)接口科技、人機(jī)互動科技、機(jī)器人安全行為和人機(jī)共存（Co-Work,Co-Exist）等，并追求機(jī)器人精度、速度、可靠度、控制性、親和性和安全性等的研究與應(yīng)用。另外，可將機(jī)器人應(yīng)用于工具機(jī)內(nèi)的工件裝卸及整合自動導(dǎo)航車AGV形成彈性制造FMS系統(tǒng)，發(fā)展制造智能型產(chǎn)業(yè)機(jī)具、智能型控制和高端數(shù)控機(jī)具，將有助于臺灣工具機(jī)產(chǎn)業(yè)從單機(jī)提供者升級到生產(chǎn)系統(tǒng)提供者，進(jìn)而衍生設(shè)備的附加價值，建立整體解決方案提供者的產(chǎn)業(yè)形象。政府也可鼓勵工業(yè)機(jī)器人大廠與服務(wù)型機(jī)器人企業(yè)進(jìn)行技術(shù)交流，形成共創(chuàng)機(jī)制，拓展醫(yī)療護(hù)理等機(jī)器人新商機(jī)。

羅仁權(quán)ⅠEEE Fellow，ⅠET Fellow?，F(xiàn)任臺灣大學(xué)電機(jī)工程學(xué)系何宜慈講座教授暨終身特聘教授、臺灣大學(xué)智慧機(jī)器人及自動化國際研究中心主任、臺灣機(jī)器人學(xué)會榮譽(yù)理事長、臺灣研究與發(fā)展管理協(xié)會主席等職。主要研究智能型傳感器控制機(jī)器人及自動化系統(tǒng)的理論及應(yīng)用，涉及醫(yī)療機(jī)器人,服務(wù)型機(jī)器人、全自動輪型移動機(jī)器人、類人形機(jī)器人、安保機(jī)器人、教育及娛樂伴侶機(jī)器人；智能型多重傳感器融合與整合系統(tǒng)；視覺伺服反饋控制系統(tǒng)；3D打印控制系統(tǒng)及快速雛型產(chǎn)品開發(fā)與先進(jìn)制造自動化系統(tǒng)；智能型機(jī)電一體化系統(tǒng)等領(lǐng)域。在以上領(lǐng)域發(fā)表國際學(xué)術(shù)期刊論文、會議論文、專著共計450余篇，申請專利20余項(xiàng)。在美、日、德著名大學(xué)有20多年教學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)；曾40多次受邀于重要國際會議擔(dān)任特邀主講人（keynote speaker）及重要研究領(lǐng)域主講人（plenary speaker）等。曾任IEEE/ ASME Transactions on Mechatronics、IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊主編。E-mail：renluo@ntu.edu.tw

Ren C.Luo,Fellow ofⅠEEE andⅠET.He is currently anⅠrving T.Ho Chair Professor and a life distinguished professor in the department of electrical engineering at Taiwan University,and the director of international research center of intelligent robot and automation at Taiwan University.He also currently serves as Hon. President of Robotics Society of Taiwan,and president of Taiwan Research and Development Managers Association.His research covers both theoretical aspects and practical applications of sensor-controlled intelligent robot system,including（1）Medical robot（e.g.surgical robotics,minimum invasive surgery etc.）,service robot, autonomous mobile robot,humanoid robot,security robot,home education and entertainment companion robot；（2）Multi-sensor fusion and integration for intelligent systems；（3）Visual servo feedback control systems；（4）3D printing and rapid prototyping for advanced manufacturing automation systems；（5）Ⅰntelligent mechatronics systems,etc.Prof.Luo has published more than 450 refereed papers and more than 20 patents from USA and Taiwan in the above areas.Prof.Luo has conducted teaching and research in the area of intelligent robotics and automation for more than twenty years including in Germany,Japan,USA，and Taiwan China.Prof.Luo also contributes regularly to international conferences by serving as program chairs,program committees,and offers short courses or tutorials and invited more than 40 plenary/keynote speeches at international conferences in various countries.Prof.Luo served as editor-in-chief of IEEE/ASME Transactions on Mechatronics and co-editor-in-chief of IEEE Transactions on Industrial Electronics.E-mail：renluo@ntu.edu.tw

Business Opportunity and Challenge of Intelligent Robots in Greater China

Ren C.Luo
（Ⅰnternational Center of Excellence inⅠntelligent Robotics andAutomation Research Taiwan University,Taipei 10617，China）

This paper discovered the implicit trend of the industrial robot market.The European Union and the United States are proposing new industrial project to keep their leading position.On the other hand,there are huge demand for industrial and service robot in Asia,as well as China.Some suggestions are given in order to catch up with the opportunity and face the challenge.

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*修改稿收到日期：2015年10月20日