工業(yè)機器人視角下制造業(yè)的發(fā)展探析*

白 凈，許 毅

(大連職業(yè)技術學院,遼寧 大連 116000)

0 引言

制造業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)，對社會高質量發(fā)展具有舉足輕重的作用。美國的工業(yè)互聯網、德國工業(yè)4.0、中國制造2025等戰(zhàn)略的發(fā)布，說明制造業(yè)向智能制造的轉型已經開始。制造業(yè)向智能制造的轉型分為硬件設備更新、設備聯網、數據打通與智能管理四個漸進階段，其中第一階段以更新自動化生產線與生產裝備為主，解決途徑之一是大量使用工業(yè)機器人。

2020年初爆發(fā)的新型冠狀病毒疫情，其傳播速度、防控難度相對于非典時期要大很多，對制造業(yè)產生了較大的負面影響。截止目前，新型冠狀病毒疫情已經蔓延至全球，諸多企業(yè)停工停產，通信設備、電子、機械等多行業(yè)受到明顯影響。就制造行業(yè)而言，行業(yè)增長率由2017年的11.6%下降至5.2%[1]，短期來說，疫情事件對制造業(yè)的影響主要體現在勞動力、原材料供給不足等方面[2]。處于各類產業(yè)鏈末端的小微企業(yè)和勞動力密集型的生產企業(yè)，如果經歷持續(xù)的停產停工，可能面臨的是資金鏈緊張甚至斷裂破產的風險，為了更好地應對突發(fā)公共衛(wèi)生事件對制造業(yè)的影響，數字化和智能化的轉型將被加速。

1 工業(yè)自動化程度對制造業(yè)的影響分析

工業(yè)自動化是指在工業(yè)生產中廣泛采用自動控制、自動調整裝置來代替人工操縱機器和機器體系進行加工生產。由萬德資訊統(tǒng)計的數據顯示，2014年中國第二產業(yè)的勞動生產率已經是2003年的一倍[3]。此外，據國家統(tǒng)計局的數據顯示，2018年我國制造業(yè)職工的年平均工資比10年前增長了195%，所以勞動力成本的上升也迫使企業(yè)降低用人成本。人口紅利的消失、勞動力的短缺都是加快企業(yè)提升自動化程度的原因。

新冠疫情對于自動化程度較高的企業(yè)產生的經濟影響較小,例如汽車、裝備、電子通信等技術資本密集型行業(yè)其復工速度和比例較高，而紡織、服裝、玩具、皮革、家具等勞動密集型制造業(yè)受到的疫情沖擊較大。據中國半導體行業(yè)協會統(tǒng)計，2020年上半年我國集成電路產業(yè)以16%的速度保持快速增長；據國家統(tǒng)計局發(fā)布數據顯示，紡織服裝行業(yè)由于出口、勞動力密集等因素影響，利潤下降59.3%。

2 制造業(yè)中工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢研究

國際機器人聯盟(IFR)將機器人從應用環(huán)境的角度分為工業(yè)機器人和特種機器人。2018年全球機器人的市場結構顯示：工業(yè)機器人占比為56%，特種機器人占比為44%[4]。其中工業(yè)機器人主要面向工業(yè)領域，有多個自由度，主要包括工業(yè)機器人和工業(yè)移動機器人，應用場合為搬運、碼垛、包裝、噴涂和焊接等；特種機器人能半自主或自主工作，并且能完成特定的服務工作，如服務機器人、軍用機器人和農業(yè)機器人等，在應對自然災害和公共安全事件中，對服務機器人有著相對突出的要求，比如家用服務機器人、醫(yī)療服務機器人和公共服務機器人等。

在傳統(tǒng)的工業(yè)制造中，工業(yè)機器人在汽車、金屬制品、電子和橡膠等行業(yè)已經得到了非常廣泛的應用。近年來由于傳統(tǒng)制造行業(yè)發(fā)展緩慢和受人工智能的沖擊，為了提升生產效率、管理效率、節(jié)約成本，企業(yè)紛紛向自動化、數字化和智能化轉型。新一代智能制造將以(工業(yè))互聯網為基礎設施，貫穿于設計、生產、管理和服務等制造活動的各個環(huán)節(jié)。工業(yè)機器人主要服務于生產環(huán)節(jié)，其數字化和智能化發(fā)展直接決定了企業(yè)的生產效率和生產成本。目前工業(yè)機器人的發(fā)展態(tài)勢主要向著人機協作、人工智能、新工業(yè)用戶、數字化和更小更輕的機器人五個發(fā)展方向進行[5]。

(1)數字化。所謂數字化，指在某個領域的各個方面或某種產品的各個環(huán)節(jié)都采用數字信息處理技術。工業(yè)機器人本身就是最典型的機電一體化數字化裝備，其技藝附加值高，運用范圍廣，可提高制造業(yè)中生產過程的可控性、減少生產線人工干預。疫情期間，有很多廠家短期內就利用了企業(yè)的數字化能力做到了迅速轉型，如向口罩生產線的轉型。高效、智能的數字化在工業(yè)機器人上的運用可以更近一步地幫助企業(yè)提高生產效率與能源效率，實現柔性化、智能化的生產。大數據、機器學習、人工智能、物聯網、云計算和區(qū)塊鏈等數字技術的運用可以實現生產線上遠程操控機器人、優(yōu)化工業(yè)機器人的生產效率、實現產品生產的快速轉型等。

(2)智能化。工業(yè)機器人的智能化除了通過內部傳感器和外部傳感器感知自身的狀態(tài)和外部環(huán)境的狀態(tài)外，還可以根據獲得的信息進行邏輯推理、判斷決策等。工業(yè)機器人智能化是系統(tǒng)層面的問題，其智能化涉及到很多的關鍵技術，比如傳感器技術、導航與定位、機器人視覺、智能控制和人機接口技術等[6]。智能化從對客觀環(huán)境的感知中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于工業(yè)智能制造中的實際檢測、測量和控制等自動化工作。工業(yè)機器人的智能化發(fā)展目前已用于解決碰撞的檢測與處理、故障的檢測與處理、產品不良率的剔除等，能夠提升企業(yè)生產線的使用效率、產品質量等。但其與機器視覺的融合仍有較大的發(fā)展空間，目前我國的研究多集中在物件的智能定位、抓取和自主搬運方面。

(3)人機協作。協作機器人(collaborative robot)簡稱cobot或co-robot，是和人類在共同工作空間中有近距離互動的機器人，是為與人共同工作并執(zhí)行相應的生產任務而設定的?？萍嫉陌l(fā)展對生產速度和效率提出了更高的要求，安全和靈活的機器人已經應用于生產線上，實現了與人的合作。協作機器人為重復性任務增加了不知疲倦的耐力，減少了人力成本，且可以通過增加傳感器來適應變化，具有較高的靈活性。但其成本較高，尚未得到大規(guī)模應用。

(4)新工業(yè)用戶。2018年汽車行業(yè)仍然是全球最大的機器人應用行業(yè)，占比為30%，其次為電氣、電子、金屬和機械行業(yè)。但目前新能源電池、環(huán)保設備、高端裝備和線路巡檢等中小型制造企業(yè)等都變成了工業(yè)機器人的新工業(yè)用戶，有效提高了制造業(yè)整體的自動化水平。

(5)小型化和輕型化。隨著工業(yè)機器人的應用領域越來越廣泛，各生產企業(yè)對工業(yè)機器人的重量、體積都提出了更高的要求，輕量化、小型化成為一種新的發(fā)展趨勢。日本愛普生折疊手臂六軸機器人N2，可在現有同級別機械臂60%的工位空間內完成靈活操作；折疊手臂六軸機器人N6采用內部走線設計，其折疊手臂可自然進入高層設備、機器和架子等狹窄空間[7]。

3 結語

公共突發(fā)衛(wèi)生事件會給制造業(yè)造成勞動力短缺、生產材料供給不足等影響，使得制造業(yè)向智能化轉型的要求更為迫切。工業(yè)機器人作為工業(yè)互聯網的載體，是工業(yè)4.0的執(zhí)行終端，是疫情期間實現快速復產的有力推手。新冠疫情過后，工業(yè)機器人將加速數字化和智能化的進程，將對制造業(yè)實現快速轉產、提高生產效率、解決用人危機等方面起到積極的促進作用。

目前“機器人密度”(每萬名制造業(yè)員工所擁有的機器人數量)已成為衡量國家制造業(yè)自動化發(fā)展程度的重要指標。我國制造業(yè)轉型升級才剛剛起步，遠沒有達到智能制造、無人化生產的地步。工業(yè)機器人的數字化、智能化是智能制造全面普及的基礎，可真正實現“機器換人”，可有效提高制造業(yè)的生產產能和工作效率，加速制造業(yè)的轉型升級。