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客製化/系統整合加持 無人搬運車迎跨界商機

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就業者角度而言,傳統系統整合大廠依據以往終端整合經驗,主攻業務較熟悉的製造業與倉儲管理等領域市場,如Dematic、Daifuku、Schaefer等;新創業者則瞄準具有利基的新興應用場景如零售業、飯店旅館、醫療院所等其他服務應用情境發展,如Swisslog、Savioke等。

無人搬運車須有效整合系統及場域

無人搬運車最核心的功能就是提供自動化取放搬運機能,整體機構相對機械手臂而言更簡易,技術要求門檻低,並以此為基礎,再依據個別場域需求發展出不同功能(表1)。但實際應用導入時困難點在於,即便是同一產業類型的場域,個別場所也有所差異。例如生產冷凍食品與生產飲料的工廠、規模不同的飯店、大小不同的醫院等,必須逐個與單一場所的原系統進行有效整合,才能達到預期效益。

表1 無人搬運車各場域功能需求

具體來說,以倉儲物流和製造業而言,僅需基本的取放搬運與地圖、人員辨識等功能,需求相對簡易且業者進入門檻低,故有眾多廠商跨入,其競爭主要關鍵並非是搬運能力,而是轉變成與廠房內原有系統(如ERP、WMS)整合能力的強弱。

另外以醫療院所、飯店旅館以及零售業等服務場域而言,無人搬運車接觸人群頻率較高,主要仰賴自主避障與導航技術,以在行駛路徑中準確避開眾多的消費者,甚至在飯店旅館以無人搬運車運送備品或餐點時,還需要具備進階的語音互動、表情辨識等功能,來提升服務體驗。在整個實體運作的情境中,也仍是需先與周邊門禁、電梯、後台管理等設備進行連線與高度整合,才能讓無人搬運車暢行無阻並正確掌握其即時工作狀況,進一步達到上述提升消費或服務體驗的效益。

綜整而言,無論是倉儲物流、製造業場域或服務場域,縱使不同場域、場所間的功能需求有所差異,但無人搬運車都必須與實際投放地點進行一定程度客製化的系統整合,才能發揮最大效益。

減速器/控制器/伺服電機組成三大電機系統

無人搬運車其基礎零組件與工業型機器人差異不大,由減速器、車載控制器、伺服電機加上方向控制的舵輪所組成,簡易組合機構即可完成自動化搬運,再藉由裝配照相機、雷射、光達等元件獲得環境感測與辨識能力,此即為無人搬運車的機構雛型。以下分別說明各關鍵零組件於整體搬運車構造中所扮演的角色。

減速器使得伺服電機可以在合適的速度下運轉,並精確地將轉速控制到無人搬運車各部位所需要的速度。在實際場域運行時,無人搬運車行進速度需考慮到人員避障以及物體搬運效率,多半不會高速運行,故以採用低比速的行星減速機、直角減速機等為主。目前全球三大減速機領導業者,包括Nabtesco、Harmonic以及住友重工(Sumitomo)都已針對無人搬運車特性開發特定減速機。

控制器則可分為地面控制系統(上位)與車載控制系統(下位)。地面控制系統主要負責任務分配、車輛調度、路線管理與充電等功能;車載控制器主要負責接受地面控制系統的指令後,負責無人搬運車的導引、驅動、路徑選擇、裝卸操作以及避障等動作,彼此間以無線通訊進行連接。

伺服電機為提供無人搬運車行徑的主要動力來源,利用將電機馬達整合至無人搬運車的車輪,其驅動方式又可分為差速驅動型、舵輪驅動型與全向驅動型。

・差速驅動:

指的是利用兩個固定驅動輪之間的不同轉速,來實現車體的轉向。轉向時的半徑、速度、角速度都由兩個車輪的轉速差異決定。具有機構簡單、可靠性高、成本低等優點,但缺點是精準度較低,無法符合精準度要求較高的應用場域。

・舵輪驅動:

是指利用整合伺服電機與減速器並同時可驅動兼轉向的舵輪一體化機械結構,跟車體作相對運動來控制車體的轉向。在安裝兩個或以上舵輪的情況下,車體可以往任意方向運行,甚至達到平移的運動方式。此種設計可以通過狹窄空間,具有很強的靈活性,為差速驅動所無法具備的。但相對由於安裝兩個舵輪,對於電機和控制器精度要求也隨之提高,進一步增加成本。

・全向驅動:

利用特殊的機構設計使輪子自身同時具有兩個方向的自由度,達到讓車體能夠在任意方向同時做出平移和自轉的動作,靈活度相較舵輪驅動又更提升,適合場地受限的倉庫、車間、廠房等狹小的空間環境,成本相對前兩者更高。

綜上所述,無人搬運車與工業型機器手臂其實機構上高度相似,兩者在硬體技術整合也相對容易,目前市面上也陸續出現機械手臂結合無人搬運車的產品。

三大領域導入一站式客製化方案

在無人搬運車產業鏈中游業者主要提供一站式無人搬運車解決方案,囊括無人搬運車機體與系統整合服務,依據不同垂直領域需求來進行客製化導入。大致可分為三大類,分別是「系統整合商」、「整機製造商」與「系統整合跨整機業者」。

系統整合商是提供無人搬運車導入之一站式解決方案,但不自行開發生產無人搬運車產品的業者。如Honeywell Intelligrated、Knapp、MHS、Kardex Group等,通常與整機製造商合作,將其產品納入所提供的整體解決方案內。如Honeywell Intelligrated就與Fetch Robotics合作採用其所生產freight系列自主移動機器人(AMR)。

系統整合跨整機業者則是提供完整無人搬運車導入解決方案,從無人搬運車本機生產到場域導入規畫都能提供服務與諮詢。前述之無人搬運車市場領導廠商群,多屬於此類業者,如Dematic、Daifuku、Schaefer、Elettric80等。此類業者過去僅提供系統整合服務,但後續藉由併購或投資整機業者的方式,跨足整機開發,獲得無人搬運車製造技術,如Dematic收購Egemin、NDC,以及Schaefer投資DS automotio等,藉此完整一站式解決方案,不需再另外購置整機業者的車體至自身解決方案中,並且自行開發生產無人搬運車,除可以降低整體解決方案成本外,自行開發車體也能夠更貼近客戶需求,並與自身整合服務相容性更高。

由此可見系統整合服務對於整個無人搬運車業務拓展而言,可謂最重要的關鍵。舉例來說,如食品加工廠與傳統鐵工廠同樣都是製造場域,然而對於無人搬運車的需求卻迥然不同。食品加工廠內不同區域因應加熱、冷凍保存等製程而有溫度差異,甚至濕度變化,搬運車要在溫差大且溼氣重的環境中也能正常運作。傳統鐵工廠內則因搬運材質特殊性,可能會造成軌道導航被影響,或場域內網路訊號被阻擋的情況,這些問題都需要長期與業界接觸的經驗與軟硬體整合能力才有辦法克服。

若再進一步檢視,以系統整合服務的角度拆解,剖析無人搬運車導入過程大約可以分成四個步驟,分別是「規畫」、「建置」、「測試」與「維護」。

・規畫:

包括評估無人搬運車導引方式選擇、手動或自動充電系統的配置、無人搬運車與輸送帶、產線設備之通訊方式,以及導入的搬運車數量與種類,都屬於導入前的需求規畫範疇內。

・建置:

需求確認完成後,開始依據導引方式設置基礎設施。其中也包括將AGV控制系統與需求端的企業資源規畫(ERP)/倉庫管理系統(WMS)/製造執行系統(MES)等軟體進行整合。

・測試及維護:

當建置完成後,將持續進行軟體參數測試與調校,確保無人搬運車能於需求場域正確運行,並給予操作人員基礎訓練,確保其能順利操作和識別車體異常的訊號。後續同時持續定期進行保養維護,和其他技術諮詢。

整個無人搬運車導入過程相當繁瑣,由不同業者共同提供服務,才能順利營運。過往傳統整機業者主要以車體製造為業務核心,以及提供與車體相關的周邊硬體設備(如軌道指示物、充電系統等)為主要業務。而系統整合業者則是以整體需求規劃為服務軸心,軟硬體整合工作為其主要業務範疇。

然而隨著無人搬運車產業發展,此種只專注於硬體或軟體的服務模式已逐漸無法滿足場域需求,除每次因應產線變動的設定調整曠日廢時外,三方的來回溝通也較單純雙向對話更為複雜冗長,故傳統整機業者以車體製造為核心,向外拓展,逐漸將服務從硬體擴展至軟體整合。系統整合業者則從外圍的整體規畫,向內拓展,由軟體整合跨足硬體製造,提供一站式解決方案。雙方都朝提升自身服務完整性發展。

買斷/租賃各具整合能力

由於無人搬運車產業具有高度依賴系統整合服務的特性,整合能力強弱就成為搶占市場的決定性要素。其商業模式也因業者間整合能力的差異,最後發展出兩種截然不同的模式,分別是「買斷」與「租賃」。買斷指的是需求端購買整套解決方案,一次性付費並擁有設備。租賃則是依據需求端使用搬運車的時間、次數計價,並未直接擁有設備。

不同類別業者依據其特性分別提供不同的商業服務模式。一般而言,不論系統整合商、整機製造商與系統整合跨整機業者,都有提供買斷的一站式解決方案服務,但論能依據需求提供客製化服務的能力,仍以系統整合跨整機業者較佳,故無人搬運車市場多以系統整合跨整機業者為主要領導者。但買斷模式初期資金投入成本高,需求彈性小,故主要適合場域需要改建、客製化的應用情境。

整機製造商著重於本機技術開發,整合能力較弱,在傳統營運模式下較難接觸終端企業用戶,故部分業者藉由發展租賃模式來降低導入成本吸引需求端,以拓展市占率。具體來說,租賃模式的優勢在於可以配合生產需求彈性調整自動化搬運產能,而不會被淡旺季影響而導致產能空轉。然而「租賃」模式雖然不需初期資金投入成本,但仍有其限制,主要適用於場域不需重新改建,或無法重新布建的應用情境。

(本文作者為資策會MIC產業分析師)

 

 

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