账号:
密码:
 
CTIMES / 文章 /   
协助型机器人大举进攻食品包装市场
 

【作者: 盧傑瑞】2018年07月12日 星期四

浏览人次:【1037】
  


由於不断出现食品包装中发现有异物的事件,同时也对於社会造成一定程度的困扰和不安,再加上食品是每日必须进入囗中的,因此,对於食品的包装在安全性方面,相对於其他商品包装的安全性要求来得更高。正因为这样的特性,再加上有相当多的部分需要人工来进行作业,因此在生产速度方面,和其他产业相比,就显得非常缓慢;虽然是这样,也相对的提供了在技术和设备上不断突破创新的机会与市场规模的成长动力。


根据日本ResearchStation在2018年4月发表了一份《食品包装技术,以及食品包装机械的世界市场》的市场调查,这份调查报告所涵盖的范围包括了包装技术方式(调气包装、活性包装、无菌包装、聪明包装、可分解包装等)、包装材料市场(金属、玻璃/木材、纸/纸板、塑胶等)、包装设备(FFS、填充、纸盒、杯盒、集束/印字、检查/筛选/量测)、技术/设备用途别市场(速食、鸡肉/鱼/肉制品、面包糕点、饼乾、乳酪/乳制品、水果/蔬菜等)。报告中显示,全球的食品包装相关技术市场规模,将从2018年的413.6亿美元,5年之後,也就是在2023年预估会有40%的成长规模,达到578亿美元。其中,在食品包装设备的部分,也将从2018年的197.2亿美元,在2023年成长到269.6亿美元,成长率将达到36%左右,成长幅度可以说是相当大。


在如此高成长的食品包装设备产业中,除了食品包装的安全性、包装方式的改革、提高包装速度等等传统技术不断获得突破之外,伴随着IT技术的进步,食品包装设备也开始导入了AI与IoT的技术。不过在协助型机器人研发上,必须有一定安全程度的考量,例如,需要非常严谨的设计出机器和人体接触时的感测装置,当即将和周围作业员接触时,必须立即减速和停止动作,来确保共同作业人员的安全。


当然,和车厂生产线上熔接等等所使用的产业机器人相比,协助型机器人的成本相对便宜,以及操作单纯容易,并且相当容易导入狭隘的生产空间中。这对於自动化进度较为缓慢的中小型食品企业来说,是面对员工成本高涨、劳动人力不足的困难下,一个相当好的对策。


FOOMA JAPAN 2018揭露三大食品包装设备趋势

在近期闭幕的FOOMA JAPAN 2018 国际食品工业展上,就可以发现已经有相当多的大型食品包装设备业者,已经开始将IoT与机器人导入新一代的包装设备之中(图1)。并且可以非常明显地发现,食品包装设备将朝向三大趋势发展,分别为:一、协助型机器人的普及化;二、取代过去个别包装功能设备,针对食品业界的广泛应用型机器人将急速扩大;三、针对食品业界工厂的IoT化。



图1 : FOOMA JAPAN 2018 国际食品工业展上,就可以发现已经有相当多的大型食品包装设备业者,已经开始将IoT与机器人导入新一代的包装设备之中。(source:foomajapan)
图1 : FOOMA JAPAN 2018 国际食品工业展上,就可以发现已经有相当多的大型食品包装设备业者,已经开始将IoT与机器人导入新一代的包装设备之中。(source:foomajapan)

协助型机器人的普及化

作业员与协助型机器人共同在生产线上工作这样的模式,在过去是很少出现的,应该说,协助型机器人的应用是从现在才开始发展,这和一般的所谓产线上的机器人并不完全相同,而只是对於作业员在工作上,提供一定程度协助的小型化设备。


但是,一般来说,新观念的产品被开发出来之後,才会开始考量去细分产品应用范围与相对应的市场,然後才会有下一步的看法或开发品出现。而在真正的导入使用上,领先应用的并不全然是大型或技术领先的企业,一般中小型企业如果在时机点上能够相应符合的话,也是能以机会领先导入使用。


广泛应用型机器人将急速扩大

紧接下来的是,在未来机器人的设计,将不会局限在特定的动作或应用上,例如,目前因为需要进行搅拌、??入、取出等而必须开发出专用型设备,但无论是食品包装、药品包装、饮料填充、食品制作等这样的动作,在未来,伴随着自动控制技术的进步,新一代的广泛应用型机器手臂将会陆续发表,同时在满足搅拌、??入、取出等复杂动作时,又能兼顾动作速度与精度。例如,透过影像的高度分辨能力,就可以对炸鸡、配菜、饭团、草莓、大福等不固定形状的物品进行柔性夹起、置放等作业,这些在过去都是机器手臂难以完成的工作。


针对食品业界工厂的IoT化

更进一步的关於IoT化,各式各样可以支援物联网的模组、感测器、系统等都已经被开发出来,并且开始应用在各种自动化设备上。因此,食品业界工厂为未来所使用的生产设备或协助型机器设备,和目前组装工厂所使用号称高科技的生产设备比较起来,可以说是私毫不逊色。除了设备本身的IoT化之外,在生产管控上所必需的品质管理,可追溯机制、设备监视系统等,都已经可以被整合到系统平台上,并且对於食用安全至上的食品工厂来说,更是减少了人为疏失所造成的食品安全风险。


协助型机器人将在食品包装产线中普及化

而在协助型机器人的发展上,腕型机器人应该是最先被应用在食品包装生产线上,来解决人力不足的困扰,例如在外箱的包装、价格标签贴附等简单的作业上,都不难发现,已经有作业员与协助型机器人一起工作的情况。


OSARO将深层学习应用於协助型机器人产品

在这次FOOMA JAPAN 2018 国际食品工业展会场上,有相当多的业者展示了食品包装产线的协助型机器人。总公司位於美国旧金山的OSARO和日本Denso-Wave共同展示了应用於食品包装具有AI智慧的协助型机器人。一直以来,OSARO所开发的机器人都是透过人工智慧能力,对於影像具有高度分辨能力。


对於一般的机器人来说,大多都是在事先输入目标物的CAD资料,然後再与判别物进行比对,这样的技术背景下,只能对目标物在不重叠的情况下,一个一个的进行判别,还需要具有规则性等的辅助作业。但是,OSARO的技术则是透过深层学习(Deep Learning)的能力技术下,对於整体影像中,并不是每次只能一个对象物进行判别。就像在这次展览会场上所展示的,这款协助型机器人能够正确的拿起零散的炸鸡块,并且正确的放到便当盒中预先指定的位置。


现场展示人员表示,这款协助型机器人在具备速度和正确性时,却又不会牺牲应用的高弹性度,就像所展示的动作,能够快速地夹起每个外型都不相同的炸鸡块,并且在放置於便当盒内时,具备相当轻巧且稳定的能力(图2)。



图2 : OSARO的协助型机器人能够快速地夹起每个外型都不相同的炸鸡块,并且在放置於便当盒内时,具备相当轻巧且稳定的能力。(source:robotstart)
图2 : OSARO的协助型机器人能够快速地夹起每个外型都不相同的炸鸡块,并且在放置於便当盒内时,具备相当轻巧且稳定的能力。(source:robotstart)

川崎重工业的「duAro」能做到人类双手相当复杂的工作方式

大多数业者所开发的机器人手臂都是以单一手臂为旋转椅及作业,不过,此次在FOOMA JAPAN 2018国际食品工业展览场上,川崎重工业展示了双臂式的协助型食品包装机器人。这款双臂式协助型机器人,在利用单一手臂对容器固定时,另一只手臂就可以从事食品的取放或包装,可以说是非常接近人类双手相当复杂的工作方式。


这款双臂式协助型机器人川崎重工业取名为「duAro」,在开发「duAro」的初期,就被设定期??开发出一个能够和人员同处於一个空间之中,并且能够共同作业的机器人,因此,川崎重工业将机器手臂与控制单元整合在同一个本体载台上,使得整个机器人的结构相当简洁,并且非常便於设置与移动。


到目前为止,川崎重工业的duAro共开发了三个版本,除了duAro之外,还有duAro2和duAro3。相较於duAro不同的是,duAro2强化了可搬运重量从原本的2公斤(双臂4公斤)增加到3 公斤(双臂6公斤),以及Z轴(垂直方向)的行程(stroke)从原先的150mm增加到550mm,并且也提升Z轴运作速度,最大直线加速度为300mm/秒(图3-4)。



图3 : 川崎重工业将机器手臂与控制单元整合在同一个本体载台上,使得整个机器人的结构相当简洁,并且非常便於设置与移动。(source:robotstart)
图3 : 川崎重工业将机器手臂与控制单元整合在同一个本体载台上,使得整个机器人的结构相当简洁,并且非常便於设置与移动。(source:robotstart)

图4 : 另一角落,川崎重工业展示了「duAro」进行汤品填装的作业。透过机器手臂完成汤品容器的准备,并且自动进行汤品的填装与计量的作业。(source:robotstart)
图4 : 另一角落,川崎重工业展示了「duAro」进行汤品填装的作业。透过机器手臂完成汤品容器的准备,并且自动进行汤品的填装与计量的作业。(source:robotstart)

和OSARO一样,川崎重工业的「duAro」也有进行对不固定外型物品取出的能力,利用双臂式「duAro」就可以进行便当配菜的取出与置放的作业,川崎重工业在「duAro」的前端装置了3D视野的摄影机,透过摄影机的定位,就能够轻易地夹起预订放置在便当中的配菜,以及放置在预设的位置上,来进行便当的装配作业。同时,川崎重工业展示了包括放置便当饭团、便当上盖、外盒包装等配合性的设备,来完成整个便当作业生产流程,而这样的便当作业设备,非常适合类似像连锁便利商店或卖场来进行便当商品的作业(图5)。



图5 : 「duAro」的前端装置了3D视野的摄影机,透过摄影机的定位,就能够轻易地夹起预订放置在便当中的配菜。(source:robotstart)
图5 : 「duAro」的前端装置了3D视野的摄影机,透过摄影机的定位,就能够轻易地夹起预订放置在便当中的配菜。(source:robotstart)

DENSO期??解决在各种不同环境下协助型机器人的应用

不仅仅川崎重工业展示双臂运作的协助型机器手臂,日本大厂DENSO也在这次的展览中展示了可搭配数个整合运作的小型机器手臂「COBOTTA」。DENSO开发COBOTTA最初的想法是,期??能够解决在各种不同环境,或多样化物品的差异性下,仍旧能够扮演一部最隹协助型机器人的目标。因此,对於这个想法的实现,DENSO摸索了相当长的一段时间,最终开发出能够满足需要正确做出无限次数重复动作的要求,包括食物包装、药品研究、学校课程教导等各种环境应用的协助型机器手臂(图6)。



图6 : DENSO摸索了相当长的一段时间,最终开发出能够满足需要正确做出无限次数重复动作的要求。(source:DENSO)
图6 : DENSO摸索了相当长的一段时间,最终开发出能够满足需要正确做出无限次数重复动作的要求。(source:DENSO)

在展台上,DENSO利用2套「COBOTTA」组成双机器手臂,来进行饺子的包馅作业。这是从爱知工业大学黑客松(hackathon)的产生的想法,而制作饺子的工具则是购自百元商店的包饺器,再进一步的透过双机器手臂的运作,就可以包出一颗颗外观、品质均一的饺子。除此之外,在DENSO的摊位上同时也展示冷冻汉堡的高速取出和排列的设备,以及透过2台机器手臂和一台控制单元,就能够完成巧克力食品覆盖和封合的组合,这样的设备组,不只可以进行坚硬食品的包装,同时也可以对包括像番茄、泡芙、水馒头(类似大福的点心)等柔软的食品进行取出和包装(图7)。



图7 : DENSO利用2套「COBOTTA」组成双机器手臂,在展台上进行饺子的包馅作业。(source:robotstart)
图7 : DENSO利用2套「COBOTTA」组成双机器手臂,在展台上进行饺子的包馅作业。(source:robotstart)

FANU并购Life Robotics跨入协助型机器人

当然,自动化设备大厂FANUC也没有在这次FOOMA JAPAN 2018国际食品工业展盛会上缺席,在诺大的FANUC摊位上,展示了饮料生产线上的协助型机器人产品,由於宝特瓶的外型是相当流线,并且形状凹凸不一,因此在倾倒後希??透过机器手臂取出或扶正,对於控制系统的设计来说,是一件相当困难的工程。而FANUC克服了这项困难,在摊位的输送带上旁可以看到,透过黄色机器手臂的协助,能够将倾倒的宝特瓶从作业输送带上取下,并且再透过绿色机器手臂将取出的宝特瓶正确地放回作业输送带上(图8)。



图8 : (source:Aperza)
图8 : (source:Aperza)

另外,因为看好生产线上协助作业机器人的市场未来潜力,对於投资新一代协助型机器手臂的开发,FANUC更是不遗馀力。在今年(2018年)FANUC就宣布了并购总公司位於东京的Life Robotics公司,FANUC看上了Life Robotics在机器手臂的开发上,采用了非腕式的设计,也就是机器手臂上没有手肘设计,而是完全采用多关节的技术「Transpander Technology」,让机器手达到旋转运作的目的,这样的机器手臂技术产品Life Robotics称之为「CORO」(图9)。透过并购的方式,Life Robotics完全被纳入FANUC的企业体系之中,成为FANUC旗下100%拥有的子公司。


在数年前,吉野家因为看上「CORO」的动作模式,能够满足狭小的作业空间,因此导入Life Robotics的「CORO」来进行餐盘的回收清洗作业。除此之外,包括丰田汽车、OMRON等也相继导入「CORO」到生产线上,进行生产作业协助的工作。



图9 : 虽然少了手肘的设计,但是「CORO」对於蛋糕制作时,装饰物的摆放作业完全不存在困难度。(source:Life Robotics)
图9 : 虽然少了手肘的设计,但是「CORO」对於蛋糕制作时,装饰物的摆放作业完全不存在困难度。(source:Life Robotics)

2025年全球协助型机器人市场规模将成长10倍以上

未来协助型机器人的市场发展潜力相当被看好,根据市场研究单位的预估,在2025年时,全球协助型机器人的市场规模将比目前成长10倍以上,因此在协助型机器人的发展上,在面对来自技术居於领导地位的欧洲业者竞争压力下,目前日本各企业无不卯足拚劲,藉由和日本国内相关企业的并购或技术合作,来强化自己的研发以及销售能力。


欧洲业者与汽车大厂共同制定协助型机器人的安全基准与规范

但是在这个领域,欧洲业者已经开发和经营相当久的一段时间。从2008年开始包括福斯汽车等汽车大厂,都已经在其生产线上导入使用协助型机器人,不只如此,还与欧洲业者共同制定协助型机器人的安全基准与规范,藉此取得全球市场标准的领导地位。再加上工业4.0概念的崛起,更是增强了协助型机器人在欧洲市场的成长动力。因此,在全球市场的占有率上面,具有压倒性的优势存在。


根据BIS市调公司的报告显示,丹麦的Universal Robot在这个市场上占有60%的市场比例,可以说是协助型机器人业界的巨人。相比之下,FANUC的市场占有率只有6%~10%而已,更别说其他的日本企业,以目前的实力能在这个市场中获得多少的销售比例。但Universal Robot并不以此为满足,除了继续保持60%的高市场占有之外,同时,也随着全球市场规模的扩大而提升本身的营业额,根据Universal Robot的报告,2017年的全年度销售额比2016年增加了1.7亿美元,达到72%的成涨幅度,而预估2018年的营业额也将比去年成长50%。


日本业者积极合纵连横

除了如上述的,在2015年才加入协助型机器人市场的FANUC,以并购的方式买下Life Robotics跨足这个领域之外,川崎重工业为了在操作的程式化能更为简易,宣布与ABB进行策略合作。而安川电机也在去年(2017年)开始销售协助型机器人,三菱电机也预计在明年(2019年)上半年投入协助型机器人的开发。


不仅仅自动化控制设备业者加入市场的竞争,在使用者方面也都积极的导入协助型机器人来提高食用产品的安全性、品质均一性与生产速度,例如生产便当、?菜的知名企业Delicious Cook,已经在其千叶县的食品工厂生产线,导入使用川崎重工业的协助型机器人。从流水生产线的输送带上开始,同时5个寿司饭团,到最後的将便当装入出货用纸箱,都藉由协助型机器手臂和作业员一起工作来提高生产效率。由於试行的成效相当好,目前Delicious Cook也正在考虑采购第二套协助型机器手臂。


如此强劲的市场背景之下,对於协助型机器人的潜在需求是相当庞大的。富士经济预估,2025年时,协助型机器人的市场规模将会达到1兆日圆,这比起2017年将会有12倍以上的成长。面对这样的市场规模潜力,Universal Robot总裁Jurgen von Hollen认为,「今天能够正确的了解协助型机器人的企业比例只有10%而已,还有90%的对象完全不了解或根本没有接触过协助型机器人的优点和必需性。」


相关文章
u-blox抢占物联网先机 NB-IoT模组的多元应用
智慧型照明已在商用市场逐渐普及
大厂积极布局,NB-IoT、LTE-M成LPWAN主流技术
乙太网路在自动化产业中的应用(一)工业乙太网路解决方案的应用
研华携手AWS网路服务 加速建置智慧工厂
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新闻
» 智慧农业成趋势 全控制型架构ROI更隹
» 研华携手永进机械 共创「永研智造」
» 工研院新创起而行电动车充电技术 登场Automechanic Philippines
» 无人商店不是大型贩卖机 Bingo Store开启台湾智慧零售新章
» 815大停电一周年 企业用电必须建构稳定电力环境
  相关产品
» igus在2018汉诺威工业博览会中展示耐磨片产品系列
» 盛齐推出SolarEdge 100KW协同技术三相逆变器
» igus新机器人设备配置器 找出专属安全供能系统
» 沛博科技推出免费Face++人脸辨识企业体验 加速提升安全管理
» igus推出新一代智慧型电缆CF.Q 模组

AD