電動車潮流智慧製造的發展趨勢
文／計畫推動部 李盈逸、黃雅靖
電動車是近期產業討論聲量最高的議題，不只在環保、投資、經濟、科技面等熱門話題，美國特斯拉Tesla幾乎變成家喻戶曉的電動車代名詞。電動車不僅帶來投資錢潮的轉向，更集結軟體與硬體製造科技與技術，影響所及不只是創造車輛產業翻轉與更迭的典範案例，更是家家戶戶以至於到每個人生活習慣的改變。而製造電動車，更是運用了大量的智慧機器人應用技術，形成智慧製造運行場域，機器人已是工廠從自動化到智慧化不可或缺的重要元素，從傳統的搬運、上下料、鎖螺絲、裝配等，進展到加工、拋光、視覺檢測等技術。以下，本文將以電動車的發展概況、臺灣電動車發展供應鏈、機器人在電動車零組件加工的智慧應用等主題，說明電動車潮流中，智慧製造的發展趨勢。
▋ 全球整體車市及電動車市場概況
一、全球整體車市
2020 年COVID-19 疫情迅速在全球蔓延，各國紛紛祭出嚴格的封鎖與管制措施，因為人流、物流受阻，工廠料進不來、貨出不去，人們宅在家裡，大幅減少對交通運輸的需求，直接衝擊汽車的銷售市場。依據世界汽車工業國際協會（OICA）資料顯示，2020年全球車市銷量驟降至7,797萬輛，與上年比較大幅減少13.8%，是近十年來最低水準。
二、全球電動車概況
全球整體車市在疫情衝擊之下，面臨衰退的窘境，而電動車仍不停持續成長。隨節能減碳環保意識抬頭，各國政府陸續宣示禁/ 限燃油車，以及提出電動車補貼政策，電動車成為民眾換購車輛的選項之一。依據國際能源署（International Energy Agency；IEA）報告顯示，全球電動車銷量繼2017年突破百萬輛後，已於2019年達到221萬輛。 2020年在疫情干擾下，仍以超過43%的年成長率，持續成長至323萬輛左右，占整體汽車銷量的比重亦從2019年的2.5%上升至2020年的4.4%，由此可見，全球電動車滲透率逐步提高，民眾對電動車的接受程度愈來愈高。
三、2020年各家車廠市況
2020年全球有愈來愈多傳統燃油車廠投入電動車研發並推出新車上市，電動車百家爭鳴更顯激烈。以2020年全球電動車市場占有率來看，前三名依序為特斯拉（15%）、福斯集團（13%）、上汽集團（8%）。
❶ 特斯拉：從2019年的全球市占率從17%下降到2020年的15%，2020年的全球銷售量約49.95萬輛，是目前電動車龍頭霸主。其在中國大陸新建上海GIGA factory，是特斯拉首座美國本土以外的超級工廠，主要負責生產特斯拉Model 3、Model Y。在上海Giga factory 與中國大陸市場的帶動下，特斯拉除了提升交車數外，也降低了製造生產成本。然而隨著眾多傳統車廠紛紛投入電動車研發，特斯拉不再一枝獨秀，眾多車廠不斷推陳出新，消費者的眼光不再只放在特斯拉身上。
❷ 福斯集團：福斯集團包含Volkswagen（福斯）、Audi（奧迪）、Škoda等車款，福斯集團的電動車市占率從2019年的6%提升到2020年的13%，2020年的電動車銷售量達42.16萬輛，主要是因為福斯在政策與產業趨勢的鞭策下，積極從燃油車轉型成電動車，於2020 年推出ID. 系列車款，受到消費者青睞，一舉爬升全球電動車第二名寶座。
❸ 上汽集團：中國大陸有眾多小型和廉價的電動汽車製造商，但多數的品質參差不齊，民眾較沒信心購買電動車，而上汽通用五菱是中國大型公司推出宏光Mini EV，以平價（約人民幣2.88萬元）為主軸，主打簡單版的微型電動車，瞄準都會地區年輕潛在消費者，創造新一代國民電動車的熱銷成績。2020年上汽集團的全球銷售量約27.2萬輛，一舉踢下原本當地本土電動車大廠，包含比亞迪、北汽集團等，更在中國大陸本土市場的月銷售量，擠下國際電動車大廠特斯拉，成為中國大陸本土電動車市場的龍頭霸主。
四、2020年各地區電動車消費市場概況
2020年疫情蔓延，在全球整體車市衰退之際，電動車反而逆勢成長，在政策鼓勵與車廠積極轉型下，促使歐洲成為電動車成長力道最大的黑馬，更勝而取代中國大陸成為全球第一大電動車市場，約占45%。而電動車第二名消費市場為中國大陸約占電動車銷量41%、第三名是美國市場，約占電動車銷量10%。
第一名：歐洲市場－2019年全球電動車市占率從21%提升到2020年的45%
2020 年歐洲（泛指歐盟成員國）市場取代中國大陸成為全球最大電動車市場，該區在2020年電動車銷量達144.4萬輛，相較於2019年的45萬輛，成長幅度高達220%，是成長相當快速的市場。主要原因為歐洲國家透過政府推動新排碳量法規，以及各國陸續從2025～2040年起禁售燃油車政策，同時透過政策補助加碼電動車購買力道，例如法國就補助購買每台電動車7,000歐元。另外，歐洲當地本土車廠，例如：Volkswagen、Audi、Benz等車廠體認到汽車電動化的必然發展趨勢，避免未來電動車主控權操之外國，故紛紛投入大量技術與合作資源，並迎合當地市場消費習慣，推出多款電動車，促使歐洲地區在2020年電動車銷量大放異彩，創造第一名佳績。
第二名：中國大陸－2019年全球電動車市占率從53%下降到2020年的41%
中國大陸一直是電動車兵家必爭之地，自2015年起，中國大陸就超越美國，成為全球最大的電動車消費市場。而2020年更以133萬輛，被歐洲的144萬輛超越，變成全球第二大電動車市場。中國大陸因為過去政策補助以及本土車廠的投入，包含比亞迪、上汽集團等，所以本土車廠電動車款競爭激烈。但民眾對於品質卻存有疑慮，車價相較於其他國外車款亦都偏低。自特斯拉在上海成立GigaFactory量產Model 3、Model Y後，進一步放大特斯拉在中國大陸的銷售量，而本土車廠上汽集團則偏向朝都市通勤的平價小車發展，如五菱宏光Mini、寶駿E-300 等。
第三名：美國－2019年全球電動車市占率從15%下降到2020年的10%
由於美國本土傳統車廠電動化腳步緩慢，所以特斯拉稱霸美國市場並非沒有道理，2020年美國電動車銷售冠軍為特斯拉Model 3，銷售量為9.5萬輛。第二名是特斯拉Model Y，銷售量為7.1萬輛；第三名為Chervlot Bolt EV，銷售量為1.97萬輛，第四名為特斯拉 Model X的1.965萬輛。第五名則為特斯拉的Model S，銷售量為1.44 萬輛。美國電動車市場前6名中，特斯拉就已經涵括4種車款，可謂是一枝獨秀，是目前傳統三大車廠：通用汽車（General Motors Co）、福特汽車（Ford Motor Co）、飛雅特克萊斯勒汽車（Fiat Chrysler Automobiles NV,FCA），在電動車領域，仍無法追平者。而拜登總統近期新推出之American Jobs Plan，新框架除了道路、交通、鐵路等基礎建設外，綠能與電動車亦是該政策重要的一環，電動車聚焦在充電站與電動大巴，預計美國電動車市場未來仍有很大成長空間。
▋ 電動車發展現況
各國政府對電動車發展持樂觀態度，訂定計畫停售燃油車及零排放承諾等相關政策，作為推力，挪威從2025年禁售燃油車，並推動100%零排放車輛，後續有更多國家跟進，並提出2050年能達到淨零排承諾。全球大部分車廠亦規劃擴增電動車領域的投資，以加速市場轉向並發展新經濟。同時，各國亦紛紛提供高額的補貼辦法，以德國來看，補貼金額最高可達 9,000歐元（約新臺幣30 萬元台幣），法國、義大利的補貼金額，也在6,000至7,000歐元（約新臺幣20 萬至24 萬元）之間，使得民眾透過補助購買電動車，還比買燃油車更划算。另外，美國拜登總統提出購買電動車補貼方案、設立50 萬座充電站等政策，未來將促使電動車更加普及化，電動車推動的方向，可說是目前全球有高度共識的發展產業。
隨著電動車發展趨勢，臺灣亦跟緊腳步追隨。以知名車廠特斯拉為例，其製造臺灣供應鏈的重要角色包括生產車用晶片台積電、車端DC／DC轉換器台達電、減速齒輪的和大、電池管理線束的貿聯、供應電池銅箔的長春等29家國內業者。
▋ 臺灣機器人運用於電動車相關產業的案例說明
為了跟上電動車發展的浪潮，除了大家熟知的供應鏈體系之外，臺灣的智慧製造技術如何應用在電動車相關領域，以下摘要「2021智慧機械海外推廣計畫－全速前進車輛新世代－臺灣機器人與電動車技術發展趨勢線上論壇」的機器人相關內容，從上銀科技、達明機器人一窺究竟。
一、上銀科技電動車發展趨勢下的智慧製造技術
上銀集團成立於1989年，其滾珠螺桿全球市占率排名第一、線性滑軌排名第二，鎖定半導體、醫療、5G、自動化設備等產業發展。集團下各公司產品大多與電動車產業鏈應用有關連，包含上銀科技的機械零組件如滾珠螺桿、線性滑軌、機器人；大銀微系統的機電產品、定位系統；英國Matrix 的工具機齒輪磨床、以色列Mega-fab的運動控制系統，都在電動車零件加工或產品應用扮演重要的角色。
電動車的發展，來自各國政府政策的支持，例如英國、歐盟宣布2030 年開始禁止銷售燃油車等，導致產業必須做出相對應的行動，來面對趨勢的變化。而電動車的普及化，除了目前大家關注的電池發展與充電站的設置，上銀認為有還包括幾個對產業有重大改變，包含如下:
■ 電動車所使用的晶片約1,000個，是傳統汽車的5倍、大約有150種不同的晶片。
■ 電動車所使用的機械零組件較傳統汽車減少30%，主要是引擎部位的減少，對機械設備業者影響最大。
■ 電動車不僅侷限在房車，運輸車輛可能發展更快，因為運輸車輛是可控制在固定的行程與固定範圍內移動，在充電設施容易布建等流程，相對容易發展。
而面對這些重要的產業趨勢改變浪潮，上銀科技集團與電動車有密不可分的關係， 其智慧製造用在汽車產業的技術，說明如下：
❶ 針對半導體產業智動化應用
(1) 半導體自動化已是產線標準要求，目前晶圓機械手臂的市場火熱，上銀開發的晶圓機器手臂（單臂與雙臂）市場智動化，可靠度是重點，可達到半導體生產24hrs、潔淨度，密封性的要求。
(2) 目前上銀晶圓機械手臂，有超過80% 的零組件自行生產，包含滾珠螺桿、線性滑軌、軸承等。自製率高在半導體領域尤其重要，因後續快速維修、保養、後勤支援可快速解決客戶問題。上銀因高自製率可提供更加安全的設備維護狀態。以及可針對不同的使用需求，開發末端效應器，晶圓夾取客製化，以及延伸開發設備前段模組（Equipment Front EndModule；EFFM）半導體自動化標準模組，負責連接在設備的前端，讓設備可自動與運輸系統進行連結。讓單純的機械手臂可以更完整的與軟體與運動控制整合。
❷ 針對車用零組件產業智動化應用
(1) 因電動車在驅動部分已不像傳統汽車需要眾多零件，車用零組件產業勢必面臨重整。對新進者是機會，對現存者則是轉型的契機。過去車用零組件廠商跟隨著整車廠移動，但未來汽車零組件只會變少。所以汽車零組件業者只要能更快速交貨，生產成本更便宜，就有機會勝出，智慧製造的運用可協助車用零組件廠商達到此目標。
(2) 以上銀的機械手臂為例，協助車用零組件－避震腳（bush）廠商在專用設備間的動作工序上，利用機械手臂去取代人工單純的作業，因人工需要休息以及生產效率有高低的差異，與機器手臂做產品總數的比較，機器人生產量還比作業員多15%。
❸ 針對結構銲接智動化應用
(1) 臺灣預計在2030年要將16,000台柴油公車，更換為電動公車，公車行駛路線固定且較易掌握，轉換成電動公車較能凸顯節能減碳效益。但因為電動公車生產規模較小，結構件較難使用開模來達到量產效益，所以結構件會用銲接方式進行，然而整個結構並非使用鈑金點焊，而是採用方管弧焊，弧焊是一個複雜的工藝，且相當耗費人力，此為上銀開發機械手臂的切入點。
(2) 上銀開發智動化銲接系統，運用在公車底盤銲接，透過機器人與人員的偕同方式執行銲接作業，藉以減輕人員作業負擔。系統內部採用雙向即時通訊，六個自由度與外部3個自由度，總共9個自由度的架構，不僅是單純銷售機械手臂，還讓客戶可以輕易進行外部擴充與連結，上銀也可量身訂做解決方案，並進行推廣與教育訓練。透過模組化的搭建，讓客戶可以自行選用合適的的模組化銲接系統，利用機器人與人員的協同作業，減輕人員作業與負擔，大幅解決銲接品質並節省人力。
二、達明機器人
電動車趨勢大未來：掌握智慧製造的關鍵應用達明機器人於2016年創立，為全球第一家來自臺灣的協作機器人品牌和生產商，一是全球第一家內建視覺系統的協作型機器人製造商，主要透過分佈於中國大陸、歐洲、日本、南韓和東南亞等地的經銷商進行銷售，目前已躍升為市占率全球第二大的協作機器人品牌。
電動車在近年來成長非常迅速，將帶來重大的產業變革，2030年預計電動車的銷售量將占全球新車銷售量的40%。過往傳統汽車產業的供應鏈，上中下游供應商之間的關係是非常緊密且封閉，然而，特斯拉將會突破這樣的思維，創造產業新革命。目前製造產線因應少量多樣化之客製化需求，其製造過程中所需之固定物件的治具型式亦不盡相同，但可以透過視覺補償的方式於產線迅速調整，同時節省生產成本及提高生產效率。
以下將針對機器人於產業應用的案例進行說明：
❶ 於汽車產業的應用－車輛出廠前檢測作業、全自動底盤合裝作業
(1) 目前大多汽車廠可以進行客製化下定，原先是由品質管制（Quality control；QC）人員逐項點選並檢查，現在藉由達明機器人研發之車用全自動化AI 檢測系統，優化車輛出廠前品檢與維護的智慧化最佳解決方案，顯著縮短檢測時間並減少人工檢測疏失。
(2) 利用協作型TM Robot內建機器視覺，藉由人工智能解決方案（ArtificialIntelligence Solution）執行更複雜的影像辨識，可以迅速進行百項檢驗項目（包含座椅材質、排檔桿型式等），亦可以彈性調整檢測項目。另有關車輛的各部件檢測結果亦可以隨時調出瀏覽，建立自車輛出廠之前的完整檢修履歷，以便追溯查詢，幫助原廠及經銷商優化售後服務流程。
(3) 透過工業4.0，在整個生產製造過程中收集相關資訊，除了可以結合工單管理系統確保出貨的品質。
(4) 針對全自動車輛底盤合裝作業，可藉由協作型TM Robot內建機器視覺系統，進行螺栓自動鎖附作業，精準到位、零人為缺失，並降低工作環境之危險性及提升生產效率。
❷ 優化產線製造的應用－德國馬牌集團Continental 工業4.0產線
(1) 達明機器人在2018 年成為德國馬牌認證供應商，於匈牙利布達佩斯廠內優化其自動化製程，成為第一個應用多個機器人於同一產線之歐洲地區重大案例。
(2) 在工廠導入工業4.0，藉由協作型機器人來實現工廠自動化，同時解決工廠人力不足之問題。
(3) 機器人主要用於取放上下料取放應用，搭配內建視覺系統，整合影像辨識及機器編輯軟體，可以輕鬆從托盤上取料，提高生產效率；另因TM Robot 內建智慧視覺，不僅可節省安裝第三方相機的費用， 更可透過TM Robot 之「TMLandmark」功能，快速複製至不同工站，大幅縮減辨識點位和物件的時間，再加上「TM Plug & Play」隨插即用的末端夾爪設計，可快速測試並滿足各種生產需求。
❸ 半導體產業的應用－自主移動機器人（Autonomous Mobile Robot；AMR） 晶圓盒運送：
半導體的晶圓廠過去需要人工搬運晶圓，但容易造成損壞。現今透過協作型機器人搭配無人搬運車（Automated GuidedVehicle；AGV）就能擔任搬運工作，導入自動搬運車的解決方案，以提升產生產產能。
▋總結
汽車產業是橫跨金屬機械、電子、塑橡膠與汽車零組件等傳統產業之終端應用，亦是我國工業的強項領域。電動車產業即是電子產業與汽車產業的跨域結合，並逐漸取代傳統燃油車，其內部構造相較於傳統燃油車減少約3～4成的零組件，其中最大的不同就是馬達取代引擎、電池取代油箱、減速機逐漸取代變速箱，且車用電子系統變成電動車最關鍵的零組件。
此外，以前傳統燃油車在製造過程中，會依照車輛定位配置不同規格的組件及配備。然而，電動車產業帶來全新的生產思維，設計通用型的零組件，將模組化作為電動車製造規模化之基礎，透過彈性組裝，創造不同性能的車型。同時，我們可從上銀科技、達明機器人的案例發現，愈來愈多廠商投入電動車相關領域的智慧製造，不僅是減輕人工作業，更透過人機協同提升產能。藉由導入工業4.0之智慧製造解決方案，提高電動車產線生產效率。
臺灣過往雖然在汽車引擎的技術方面較不足，但其餘零組件我國業者皆有占一席之地，打進全球汽車大廠供應鏈。另在資通訊、半導體的領域是全球的佼佼者，這對於我國切入電動車供應鏈及電動車產業的發展實屬關鍵的優勢，於國際舞台上大展身手的好機會。鴻海董事長劉揚偉曾在2020年「EV 平台發表會」表示，在過去的造車產業是「得引擎、變速箱得天下」，電動車時代則是「得三電系統得天下」，三電系統分別代表著電池、電機、電控系統，顯見汽車產業轉型大趨勢。而鴻海集團於今（2021）年6月25日正式成立電動車開放平台MIH Consortium，自去（2020）年10月起公開招募相關合作夥伴，迄今已超過1,800個業者加入平台。MIH開放平台是以電動車產業為主，透過「軟體定義」、「軟硬分層」與「開放生態」三大特色，解決現階段電動車的發展瓶頸，縮短開發時程，驅動全新供應鏈，促進國內產業共同轉型升級，進軍全球市場。電動車產業的崛起，已經揭開下一階段的產業新革命。目前全球產業除了在各自領域需要有深入且獨特的專業技術外，還需具備跨域結合的加值價值，創造無限商機。