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科技新知

國際食品機器人發展變化與推進重點
發表日期:2025-01-15
作者:陳麗婷、孫以倫、簡政羣、黃秋香(食品所)
摘要:
食品產業正面臨少子高齡化與科技快速發展的時代挑戰,設備自動化、AI智慧管理與機器人協作等技術,成為因應環境變局的新解方。

全文:

食品產業正面臨少子高齡化與科技快速發展的時代挑戰,設備自動化、AI智慧管理與機器人協作等技術,成為因應環境變局的新解方。人與機器協作帶來的省時高效價值效益正在不斷擴大與翻新。根據食品所 ITIS 團隊今年一月發布的《2025年全球食品產業趨勢觀察》,2025年全球食品產業將以「多維共感」為核心,致力於建立新連結與新感動,並朝向「精準設計.情感與數據共振」、「共感生態.多感官場景設計」、「未來蛋白.文化與感官深化」、「智慧生產.柔性與高效製造」、「永續價值.減碳與循環打造」以及「人機協作.矛盾與進化融合」的六大趨勢發展。食品機器人的創新應用與「智慧生產.柔性與高效製造」及「人機協作.矛盾與進化融合」兩大趨勢密切相關。它們不僅回應了全球勞動力短缺對食品產業的挑戰,加入人工智慧與機器人協作的食品製程與供應鏈,將更為靈活且有突破性發展。本文將聚焦國際食品機器人(或機械手臂)的環境、動態及挑戰等解構,提供國內食品、機械設備及AI等生態圈參與者,作為建構機器人協作的產業布局及廠商策略思考參考。

一、時勢所趨:存在的價值明確

(一)回應勞力短缺與成本壓力的營運痛點

全球食品產業面臨少子化、高齡化及勞動力缺乏的挑戰,特別是在重複、需體力的製程,員工疲勞與離職率高。機器人技術能有效替代這些環節,降低用人成本並穩定生產力。全球食品業勞動力短缺,產業對自動化技術的整合與製造高品質產品的需求,正推動食品機器人解決方案增長。食品產線整合機器人系統,可簡化操作流程,因應勞動力短缺與勞動成本上升問題,同時靈活因應不同規格食品飲料的自動化生產,延長工廠正常運轉時間,降低營運成本;營運資料數據融合AI與IoT等,更可翻新運作模式。

(二)創建營運精實的製程及供應鏈

隨著消費者對食品安全和品質的要求提高,機器人應用能確保一致性與精準度,特別是分揀、包裝等細緻操作,機器人技術可大幅減少人為誤差。如肉品加工運用機器人精確執行切割作業,同時保持產線穩定運作。面對食品供應鏈的碳排放革新,機器人導入產線可減少輸送帶布建,優化能源使用,進一步推進永續生產模式,創建營運精實且綠色的供應鏈。

二、需求擴張必然:功能及應用情境突破

(一)整體巿場預期二位數成長

據國際研究機構Global Marketing Insight 的研究,2024年全球食品機器人市場約39.8億美元,2024年至2032年全球食品機器人市場將以13.2%的年均複合成長率成長(圖1)。不同地區的勞動力成本、技術創新、政策支持及產業生態等多元因素,會影響食品機器人的應用。如北美的高勞動力成本與多樣化的消費需求,強調自動化升級及大規模食品包裝與供應鏈數據整合。亞太關注勞動力短缺與食品安全標準的推動,著重食品機器人的高效率運作;近年日本政府推動食品機器人創新補貼等應用環境建置,相關應用加速。歐洲嚴格的食品安全與環境標準驅動高階食品機器人的需求,尤其在肉品與乳製品加工包裝等應用需求明顯。
 

圖1 全球食品機器人巿場將持續成長

資料來源:Global Marketing Insight,食品所ITIS團隊分析(2025/01)
圖1 全球食品機器人巿場將持續成長
 

(二)多元抓取等應用領域預期有更多選擇

食品機器人的應用,目前最主要的是用於提升倉儲和運輸堆疊效率的堆疊棧板的機器人,2024年規模14.4億美元,持續以14.7%的年複合增長率成長。可克服食品軟硬、大小及材質都不同的抓取機械手臂,適用於高速分揀的產線和工廠場景,因需求明確,預期未來年複合增長率15.8%,將成長最快。如ABB的FlexPicker機器人,每分鐘可分揀超過150件產品。另,包裝及加工的應用亦成長;包裝應用強調便利及自動;加工應用強調精準度及柔性夾具的彈性。所有需求未滿足點,都成供應鏈努力突破的創新機會。

三、技術深化及整合大躍進:研發及商化拉近

(一)硬體的突破及有效整合是巿場推進器

硬體是食品機器人市場的基礎,涵蓋機械手臂、感測器及控制器等核心設備。機械手臂的發展突破,強化可適合食品加工切割、分揀與包裝等多功能需求如高速多軸機械手臂開發。包括專注高精準度與耐用設計的Fanuc、ABB和KUKA等是主要廠商。感測器為食品機器人提供精準感知與可動態調整的能力;視覺感測器(2D/3D視覺、RGB-D感測)與觸覺感測器(壓力感測器及壓電感測器)都是開發重點。可適應不同食品形狀和材質,減少產品損壞風險的柔性夾具,更是近年食品機器人可延伸應用觸角的創新重點。整體而言,用最合宜的成本,創造且整合最好用的硬體設備,是食品機器人成長的重要關鍵。

軟體是機器人運作的核心,負責控制、機器學習與數據分析,讓食品機器人可精準的動起來。利用深度學習,優化機器人識別、分揀與動態調整等AI驅動的控制系統;運用直觀式人機協作界面,讓工廠研發或製程人員可共同參與相關參數監控;或加入數據分析預測,創建實時管控且可預測的數據決策,是食品機器人好用且高效率的關鍵。日本提供機器人AI學習系統與實時控制軟體的Fanuc,丹麥專注人機協作操作系統的開發Universal Robots,或德國提供智慧機器人管理軟體的Siemens都是關鍵廠商。

另食品機器人服務包括諮詢、維修保養及相關客製化設計服務,對多元且多規格複雜的食品加工及供應鏈,食品機器人能普及應用扮演重要角色。整體而言,供應端朝硬體與軟體整合,提供更智慧、便利、好用且成本減低的解決方案前進。

(二)感測技術的深化及串接讓應用價值更寬廣

視覺感測、觸覺感測、柔性設計與AI等技術的創新及加入運用,可為食品機器人產業帶來多層次的應用價值。如視覺感測技術是食品機器人的基礎,2D視覺適用於簡單的形狀與顏色辨識,RGB-D視覺則可結合深度資訊,應用於高度與大小的精準測量,而3D視覺能構建食品的三維模型,適合不規則形狀產品的加工與包裝。觸覺感測技術則通過壓力感測器與應變計實現即時動態力量調整,以處理柔軟或易碎的食品。柔性夾具設計可使機器人適應多變的食品形狀與材質,並結合AI進行動態學習與優化操作。另,應用數位雙生技術,可依生產數據即時實時調整分揀與包裝等參數。人機協作技術的推動,讓機器人可在中小型企業普及,友善的操作介面與靈活的模組化設計,提升自動化應用的安全性與效率。
 

表1 食品機器人技術深化及整合重點
類別 技術領域 關鍵技術 應用價值 主要技術開發廠商 應用案例
硬體技術 視覺感測 2D視覺、RGB-D視覺、3D視覺 準確識別食品形狀、顏色、高度與大小 Cognex、Basler、Keyence ABB的FlexPicker應用於高速分揀
觸覺感測 壓力感測器、應變計感測器、壓電感測器 實現柔性抓取與力量調整 Flexiv Robotics、ATI Industrial Flexiv Rizon對水產品處理,減少浪費
柔性夾具 柔性設計、模組化結構 處理不規則食品形狀,適應多樣化生產需求 Schunk、OnRobot Kawasaki柔性機器人抓取麵包和麵團
軟體技術 人工智慧(AI) 深度學習、生成式AI、自適應學習 自動分類與預測性維護,動態優化生產參數 Fanuc、Google DeepMind、OpenAI Fanuc系統生成最佳包裝設計
IoT與數據分析 即時監控、數據處理與優化算法 實現設備的即時監控與供應鏈管理 Siemens、SAP、GE Digital Siemens提供數據驅動的工廠解決方案
人機協作介面 安全互動、簡化操作介面 操作便捷,提升中小企業的自動化應用率 Universal Robots、ABB ABB協作型機器人支援食品分裝作業
服務 維修保養 定期檢修、故障診斷與即時修復 提高設備壽命,減少停機時間 Tetra Pak、Rockwell Automation Tetra Pak提供食品加工設備的全面保養服務
培訓 操作員技能提升與快速問題解決 幫助企業快速上手新技術 Rockwell Automation、KUKA Robotics Rockwell Automation的技術培訓課程
客製服務 按需求配置硬體與軟體 滿足不同生產場域需求 KUKA Robotics、ABB KUKA提供客製化乳製品包裝機器人方案

資料來源:Global Marketing Insight等,食品所ITIS團隊分析(2025/01)
 

四、生態推力:借鏡國際機器人加入的正向生態環境打造

(一)全球無人化燈塔工廠的示範實踐
 

  1. 食品產業現有11座燈塔工廠:全球燈塔工廠(Global Lighthouse Network)由世界經濟論壇(WEF)評選,目的在示範智慧生產、綠色營運和供應鏈的升級典範及交流網絡。截至2024年10月全球燈塔工廠總計172座;其中食品業11座,包括聯合利華(2座)、達能(1座)、億滋國際(3座)、可口可樂(2座)、蒙牛乳業(1座)及青島啤酒(2座)等廠商,透過機器人及AI等技術的應用,進行無人化、減少浪費、省能高效等革新與進化。
表2 食品業全球燈塔工廠概況
所屬企業(廠) 加入時間(年/月) 投入重點

青島啤酒

(中國大陸山東廠)

2021/03 大量客製化及數位訂貨平台、彈性製造、需求預測、大數據/AI產品設計及測試、數位追蹤追溯。

聯合利華

(中國大陸太倉廠)

2021/09 AI銷售預測、彈性製造、AI製程控制、基於數據的進階分析市場洞察、數位追蹤追溯。

達能

(波蘭奥波萊廠)

2023/01 AI工廠效能最佳化、數位批次檢查及放行、OEE戰情室、數位協作工具、企業營運平台整合設備運轉數據。

億滋國際

(印度斯里城廠)

2023/01 可視化實時資產效能監控、進階工業物聯網生產效率最佳化、維護預測、協作機器人及自動化、溫室氣體排放分析及最佳化。

億滋國際

(中國蘇州廠)

2023/01 數位供貨系統、AI物流倉儲平台、AI製程品質控制、關燈工廠工作坊、「準時足額」物料數位管理。

可口可樂

(愛爾蘭巴里納廠)

2023/01 導入數位排程、數位績效管理、果汁批量生產週期管理、充填製程AI監控、IoT及自動化支持彈性生產。

億滋國際

(中國大陸北京廠)

2023/12 麵團關燈工廠工作坊、AI烤爐控制系統、AI加熱通風及空調系統最佳化、AI賦能閉環控制系統缺陷排除、數位化精實製造管理系統。

聯合利華

(印度索内帕特廠)

2023/12 數位雙生鍋爐綠能彈性應用系統、工業物聯網噴霧乾燥機數位雙生系統、AI智動化控制提升供應彈性、AI實時庫存最佳化、資產維護預測系統。

蒙牛乳業

(中國大陸寧夏廠)

2024/10 工廠實施30多個先進的4IR技術使用案例,涵蓋牛奶加工、包裝及測試等生產程序,提升智慧決策及彈性智動化。

可口可樂

(新加坡廠)

2024/10 AI需求預測、機器人技術和先進調度演算法,提升產能及工廠效率、加快交貨時間、降低碳排。

青島啤酒

(中國大陸青島廠)

2024/10 列為永續燈塔工廠,部屬AI演算法及物聯網部署總計25個用例,達到啤酒生產的能源效率及降低碳排。

資料來源:WEF;食品所ITIS研究團隊整理(2025/01)
 

  1. 應用AI及機器人精進的典範場域:綜觀食品全球燈塔工廠的運作模式,AI及機器人應用於營運生產最佳化、提升產線彈性、碳排改善及降低勞動力需求,協力提升工廠運轉的價值效益放大,跨越虛實系統的串接與整合是關鍵的營運轉型行動。全自動的食品關燈工廠基本環境與設施案例,如億滋國際的Oreo產線,食品工廠重整產線生產配置,以更智慧的機械手臂及工業物聯網整合平台,突破以往整線自動化細緻流程的製程串接缺口,加入AI運算及規劃工廠之合理處理量,解決食品產線的生產瓶頸,創造新製程價值。青島啤酒燈塔工廠,運用自動化與機器人技術,讓原料檢測到最終包裝的全流程數位化;透過視覺感測技術與AI演算結合,優化原料分揀、精準與高效包裝,可因應多品項製程,生產靈活度提升,碳排放減少,能源使用效率提升。


(二)日本機器人友善環境建構及產業支援

1.建立「機器人友善」認知:日本認為創造新工具可有效發揮的環境,且讓民眾理解,是創新技術能普及的關鍵。日本政府建構機器人友善(Robot Friendly)概念,強調機器人設備需在各作業環境能穿梭,且不妨礙人機業務,不產生危險安全事故及資訊安全問題,才是正向的發展環境。同時,日本經濟產業省2019年設立「機器人實施模型建構推動小組」,2020年推動「創新機器人研究開發等基礎建設事業」,針對「設施管理」、「食品」、「零售」、「物流倉庫」等4大領域,整合各領域機器人應用的實質需求、困難及轉換要件。2022年經濟產業省設立機器人友善設施推動機構(RFA),協助業界建構機器人友善環境,擬定相關規格及指南,協力機器人的導入。

 

2.支援「智慧食品產業」建立:食品製造的原料及產品規格差異大,多數仰賴人力解決複雜的作業問題。特定產線專用機器人,多數難直接轉移於其他工廠應用,致使成本高且普及困難。日本經濟產業省與新能源・產業技術總合開發機構(NEDO)加入了解食品業界需求,統整朝通用型機器人開發及推動;政府補助部分開發費用,向民間企業招商,確保相關成果在業界可普及運用。如熟食製造占日本食品製造業人口近5成,多為簡單重複,但難以機械代替的盛裝作業;在食品製造業的小分類中,亦是自動化最緩慢的類別。日本熟食協會集結15家主要食品廠商及16家機器人廠商,提出開發熟食盛裝產線機器人的輔助申請。整合熟食廠商自動化障礙問題(圖2),由機器人開發廠商研發各種用途的機器人;如熟食盛裝、闔蓋、產品移載、數位雙生、人機協作班表計算、機器人系統服務(設置、改善及維護)普及化。期待成本大幅降低後,熟食廠商可積極快速導入,解決人手不足問題。

 

 

3.制訂生產線「衛生安全指南」:機器人設備是否符合衛生管理,亦是食品機器人推動的關鍵重點。食品機器人系統整合廠商及機械廠商同樣需理解HACCP相關規範,才能於食品產線提供適當對應的設計。農林水產省委託已有廠商整合及開發實績的日本熟食協會,與相關業者共同制定「食品製造現場引進及運用機器人的衛生管理指南」。確保先端技術用於食品產線時,能維持食品安全。指南包含理解ISO等專門術語,導入機器人系統的15項步驟、對應食品產線所需功能規格(構造、材質、潤滑油、表面處理等)、運用前及設備維持須知、雙方溝通教育、風險評價及確認清單等。協力食品廠商理解可導入的面向,同時協力無食品領域開發經驗的機械廠商及系統整合廠商,理解食品衛生規範,加速技術發展與巿場應用普及。

圖2 日本政府主導機械人應用普及的共通問題解決

資料來源:農林水產省(2024/06) ,食品所ITIS團隊分析(2025/01)
圖2 日本政府主導機械人應用普及的共通問題解決
 

五、未來展望:巿場新契機及挑戰不間斷

(一)機器人協作將全面加速推進

一個人走的快,一群人走的遠;而人機協作,一群特定的人,再加上部分精銳、有思維的省工高效機器人(或機械手臂)一起走,則有機會跳出食品多元對人力依賴等傳統僵局,走向有效整合AI及新型機器手臂、夾具及機器人等載體,走向人與新腦及新手合力開創的食品新未來。機器人導入的前提,食品廠商及工廠人員心態不排斥且能接受,能考量投資報酬率的綜效,就能試驗新的可能性。人機協作與AI技術的整合,將重新定義食品產業的自動化水準。政策、技術創新與產業生態的共同推動,將有助於食品機器人應用的廣泛普及。

(二)臺灣與全球同步系統精進

未來將有更多元的食品機器人或機械手臂跨入食品加工產線協作。機器人用於包裝拾取和放置作業已有相當時間,在食品加工的應用仍受限制。今日協作機器人有長足發展進步,如Xela、臺灣達明等機械手臂能承擔的範疇及任務更廣大,包括對產線上易碎或不規則產品進行分類、裝飾甜點和蛋糕等。臺灣可結合視覺/力學感測器與特殊夾具等協作機器人技術,推動食品產線端到端自動化。同時,透過模組化設計與跨國合作,提升產線效率與產品競爭力,實現產業升級。食品工廠及周邊機械設備廠商的營運體質、營運模式及產品設計彈性、精準與永續等價值能耐,有機會大幅翻新改變。
 

(本文作者為食品所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2024-10-24

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