工業(yè)機(jī)器人：如何扎好智能制造的“根”

文/王元元

工業(yè)機(jī)器人：如何扎好智能制造的“根”

文/王元元

偌大的空間里，幾百臺(tái)“機(jī)械手臂”錯(cuò)落有致地來回?fù)u擺，快速精準(zhǔn)地完成取材、切割、鉆孔、噴涂等一系列工序。

這是維尚家具集團(tuán)（尚品宅配）位于制造業(yè)重鎮(zhèn)——佛山生產(chǎn)車間里工業(yè)機(jī)器人的“勞作”場(chǎng)景。

在珠三角地區(qū)，這樣的場(chǎng)景幾乎隨處可見，而在輻射更廣的長(zhǎng)三角、京津冀乃至整個(gè)東部沿海制造業(yè)聚集區(qū)，工業(yè)機(jī)器人也已悄無聲息地走進(jìn)工廠車間。

“工業(yè)機(jī)器人是智能制造中一個(gè)不可或缺的關(guān)鍵智能設(shè)備，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的一個(gè)支撐基礎(chǔ)?！痹谥袊?guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長(zhǎng)宋曉剛看來，這是制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型的必然趨勢(shì)。

國(guó)家重大技術(shù)裝備辦公室主任、工信部裝備工業(yè)司司長(zhǎng)李東在接受記者采訪時(shí)也表示，工業(yè)機(jī)器人是推動(dòng)和支撐智能制造發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)裝備之一，未來在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)很廣泛。

“但我們必須看到，目前外國(guó)品牌仍在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)主要地位，而國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人仍存諸多不足，發(fā)展空間很大?！崩顤|對(duì)記者強(qiáng)調(diào)。

“機(jī)器換人”為什么越來越快

工業(yè)機(jī)器人的概念最早由美國(guó)人戴沃爾于1954年提出。4年后，美國(guó)人英格伯格、德沃爾就制造出了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，外形像坦克的炮塔，配有可轉(zhuǎn)動(dòng)的大、小機(jī)械臂，可抓放零件。

隨后，工業(yè)機(jī)器人開始從美國(guó)流入歐洲，乃至遙遠(yuǎn)的日本，引發(fā)了關(guān)注。

上世紀(jì)70年代后，工業(yè)機(jī)器人的研究與開發(fā)進(jìn)入一個(gè)新階段，產(chǎn)品開始應(yīng)用到一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的萌芽也大致始于同一時(shí)間。

當(dāng)時(shí)，由于改革開放初期企業(yè)技術(shù)改造的需要，上海出現(xiàn)了以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)機(jī)器人，如上海針織九廠的插銷板控制機(jī)器人、上海同和電機(jī)廠的壓鑄用機(jī)器人。

到80年代，中國(guó)開始將工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)列入國(guó)家計(jì)劃，組織專家進(jìn)行技術(shù)攻關(guān);而“九五”之后，工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)閲@制造業(yè)的實(shí)際需求，力圖把工業(yè)機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室中帶到工廠的生產(chǎn)線上。

這期間，中國(guó)才出現(xiàn)一批真正意義上的機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)，包括目前在國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域排名靠前的沈陽(yáng)新松、哈工大旗下的博實(shí)等。而彼時(shí)，國(guó)外工業(yè)機(jī)器人四大家族——ABB、發(fā)那科、安川、庫(kù)卡均早已在中國(guó)落戶。

“當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的制造業(yè)得益于廉價(jià)的勞動(dòng)力成本正處于黃金時(shí)期，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求基本可忽略不計(jì)，國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)尚處于未開發(fā)階段，有產(chǎn)品也沒人買?！毙滤蓹C(jī)器人自動(dòng)化公司總裁曲道奎告訴《瞭望東方周刊》。

但是，進(jìn)入二十一世紀(jì)后，全球制造業(yè)的成本都在提升，中國(guó)也不例外，尤其是勞動(dòng)力成本上漲明顯。有數(shù)據(jù)顯示：2004年-2013年的十年間，中國(guó)制造業(yè)從業(yè)人員的平均工資增長(zhǎng)了3倍。

而能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人此時(shí)便成了不少制造企業(yè)解決人力成本上漲壓力、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的利器。越來越多的工廠開始引入工業(yè)機(jī)器人替代傳統(tǒng)工人，機(jī)器換人逐漸成為現(xiàn)實(shí)。

“一個(gè)機(jī)械手臂可以連續(xù)工作24小時(shí)，相當(dāng)于3個(gè)工人的工作量。”維尚家具集團(tuán)副總裁黎干對(duì)記者說，他們用工業(yè)機(jī)器人換掉了600個(gè)-800個(gè)工人，“按800人、每人每年7萬元工資來算，機(jī)器換人一年就節(jié)省了5600萬元?！?/p>

根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：中國(guó)自2013年開始，已連續(xù)3年超越日本成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場(chǎng)，市場(chǎng)銷量占到全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額的四分之一以上。

國(guó)產(chǎn)機(jī)器人究竟行不行

不過，讓宋曉剛有些詫異的是，外界雖多半知道工業(yè)機(jī)器人跟智能制造有關(guān)系，但并不十分清楚工業(yè)機(jī)器人到底在智能制造中扮演何種角色，“很多人認(rèn)為智能制造就是‘機(jī)器換人’，工業(yè)機(jī)器人就等于智能制造，這是誤解?！?/p>

他解釋說，“機(jī)器換人”只是智能制造的一個(gè)最直接表現(xiàn)，不能完全代表智能制造，“工業(yè)機(jī)器人是智能裝備的重要基礎(chǔ)，而智能裝備又是智能制造的實(shí)現(xiàn)端?！?/p>

尷尬的是，在伴隨智能制造而來的如此龐大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)中，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人并不占優(yōu)勢(shì)。

公開資料顯示：2015年以前，中國(guó)市場(chǎng)消費(fèi)的工業(yè)機(jī)器人超過70%都是以“四大家族”為代表的國(guó)外品牌，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的高端機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域幾乎被洋品牌壟斷。

在曲道奎看來，這很正?！?yàn)閲?guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)起步較國(guó)外晚幾十年。“但國(guó)產(chǎn)機(jī)器人近幾年在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展行情非常好，市場(chǎng)占比已經(jīng)從以前的10%上升到2015年的30%，接下來還會(huì)繼續(xù)漲。”

但他并不否認(rèn)，目前國(guó)內(nèi)整個(gè)機(jī)器人行業(yè)的水平還比較低，產(chǎn)業(yè)發(fā)展不均衡。這也是李東在多個(gè)場(chǎng)合反復(fù)提及的，“比如產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)缺失、核心技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、企業(yè)‘小、散、弱’等。”

其中，產(chǎn)業(yè)鏈不完善導(dǎo)致的核心零部件受制于國(guó)外問題，一直被視為阻礙國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大難點(diǎn)。即使像新松這樣的行業(yè)龍頭公司，工業(yè)機(jī)器人所用的啟動(dòng)器、電機(jī)、齒輪等關(guān)鍵零部件也都是采自國(guó)外。

北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所教授王田苗此前在接受記者采訪時(shí)就直言：國(guó)產(chǎn)機(jī)器人中80%-90%使用國(guó)外減速器，60%-70%使用的是國(guó)外電機(jī)、40%-50%使用國(guó)外控制器。

曲道奎說，國(guó)內(nèi)機(jī)器人制造商現(xiàn)在最應(yīng)該思考的是，如何讓產(chǎn)品更符合智能制造的需求，這樣才能在跟國(guó)外品牌的競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。

“仍需追趕”的是什么

從制造企業(yè)的實(shí)踐來看，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人和國(guó)外機(jī)器人雖有一定的差距，但各有所長(zhǎng)，并非零和競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，反而能實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。

海信集團(tuán)質(zhì)量與制造管理部副部長(zhǎng)康凱對(duì)此感觸頗深。海信位于貴陽(yáng)的電視生產(chǎn)工廠，正是工信部公布的64個(gè)2016年智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目之一，生產(chǎn)環(huán)節(jié)裝備的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量近1200臺(tái)。

“我們的供應(yīng)商既有新松這樣的國(guó)產(chǎn)品牌，也有ABB、庫(kù)卡在內(nèi)的國(guó)外品牌。目前，我們使用國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的比重是高于國(guó)外品牌的?！笨祫P說。

不過他也認(rèn)為，與國(guó)外機(jī)器人相比，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人在產(chǎn)品種類的豐富度、產(chǎn)品性能的可靠性和穩(wěn)定性等方面，確實(shí)存在一定差距。而后者，一直是企業(yè)采購(gòu)機(jī)器人產(chǎn)品時(shí)最主要的考量因素。

海信2014年曾采購(gòu)了用于打螺釘?shù)膰?guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，在其使用過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不能正確抓取釘子的情況。

“最初海信對(duì)工廠進(jìn)行智能化改造所使用的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人多半會(huì)出現(xiàn)一些性能問題。這個(gè)過程，需要花大量時(shí)間去調(diào)試機(jī)器人產(chǎn)品，既耽誤生產(chǎn)時(shí)間，也增加了生產(chǎn)成本?！笨祫P說。

之后，在一些對(duì)產(chǎn)品精密度、穩(wěn)定性要求高的環(huán)節(jié)，海信選用了國(guó)外機(jī)器人產(chǎn)品，比如六軸機(jī)器人，而在一些諸如車間搬運(yùn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，則使用國(guó)產(chǎn)機(jī)器人，如AGV移動(dòng)機(jī)器人。

宋曉剛也坦承，國(guó)外機(jī)器人在系統(tǒng)感知、判斷方面以及產(chǎn)品本身的可靠性和穩(wěn)定性都更勝一籌，“國(guó)產(chǎn)機(jī)器人仍需追趕?！?/p>

不過，在康凱看來，目前制造企業(yè)使用的工業(yè)機(jī)器人，多是實(shí)現(xiàn)把物體從一個(gè)地方拿到另一個(gè)地方這樣的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)轉(zhuǎn)移，即便是較為高級(jí)的六軸機(jī)器人也是如此，只是靈活度較高，能夠自由旋轉(zhuǎn)罷了。

“這些機(jī)器人還做不了一些復(fù)雜的動(dòng)作，并不能完全滿足企業(yè)智能化改造的需要?！笨祫P說，機(jī)器人生產(chǎn)商還是要不斷提高產(chǎn)品的性能，比如功能單一的包裝碼垛機(jī)器人，精度要求為0.01毫米，就并非所有生產(chǎn)商的技術(shù)都能達(dá)到這一要求。

國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的突圍機(jī)會(huì)

不可否認(rèn)的是，無論是國(guó)產(chǎn)機(jī)器人還是國(guó)外機(jī)器人，目前都還不能完全滿足智能制造的需要。

宋曉剛認(rèn)為，未來整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)要解決的重要問題是如何滿足不同行業(yè)對(duì)機(jī)器人產(chǎn)品提出的不同需求，“生產(chǎn)商不可能為每個(gè)行業(yè)都生產(chǎn)不同的機(jī)器人，那樣成本太高，也不是根本的解決之道?！?/p>

相關(guān)部門已經(jīng)注意到了此類問題。國(guó)家發(fā)改委和工信部正在推進(jìn)的機(jī)器人示范應(yīng)用項(xiàng)目，即在一個(gè)行業(yè)內(nèi)選擇兩家企業(yè)去做機(jī)器人應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化示范，以期為整個(gè)行業(yè)未來的智能化改造提供樣本。

這是一種可行的解決路徑，但并非唯一。

宋曉剛希望國(guó)家能夠建立一個(gè)面向全行業(yè)的機(jī)器人研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，平臺(tái)只需設(shè)計(jì)出一些標(biāo)準(zhǔn)化的控制模塊、硬件模塊，然后機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)可在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同行業(yè)的需求對(duì)最終成型的機(jī)器人進(jìn)行功能設(shè)計(jì)的調(diào)整。

“這樣既能縮短機(jī)器人產(chǎn)品的研發(fā)周期，也能最大限度地整合行業(yè)資源?！彼螘詣傉f，這是國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的突圍機(jī)會(huì)，因?yàn)閲?guó)外廠商對(duì)中國(guó)制造業(yè)的了解比不上國(guó)產(chǎn)廠商。

此外，康凱希望未來應(yīng)用于生產(chǎn)車間的工業(yè)機(jī)器人能夠有兩方面的改進(jìn)：一是在體積上能變得更小、更安全;二是機(jī)器人產(chǎn)品的調(diào)試變得更簡(jiǎn)單。

“工廠現(xiàn)在使用的工業(yè)機(jī)器人必須固定在某一區(qū)域內(nèi)，還需用框架將其圈起以免誤傷工人，但如此一來，機(jī)器人所需的占地空間就很大?！彼f。

除此之外，目前無論是國(guó)產(chǎn)機(jī)器人還是國(guó)外機(jī)器人出現(xiàn)故障和切換不同生產(chǎn)線的調(diào)試維修時(shí)間都很長(zhǎng)。

“一般都需要半個(gè)小時(shí)，甚至更長(zhǎng)，這意味著整個(gè)生產(chǎn)線都要停工，企業(yè)損失很大?！笨祫P說，如果能把調(diào)試時(shí)間降低到十分鐘左右，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的影響就屬于可承受范圍了。

但在康凱看來，這些都還只是基于產(chǎn)品本身的變革，而未來機(jī)器人跟制造業(yè)結(jié)合的最終目標(biāo)應(yīng)該是默契的人機(jī)協(xié)作，“機(jī)器人和工人能在同一條生產(chǎn)線上相互配合完成工作，而不是現(xiàn)在的各干各的，互不干涉。”

這也是曲道奎的愿景，“不能把機(jī)器人僅作為新型的工業(yè)設(shè)備，而要把它當(dāng)作改變整個(gè)制造業(yè)形態(tài)和模式的利器——要上升到這個(gè)高度，中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)才能有強(qiáng)大的生命力，才能可持續(xù)發(fā)展。”