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近期，美國華爾街盤點了最可能被機器人取代的十大工作，從制造企業員工到倉庫管理員，從銀行員工到超市收銀員，從軍隊士兵到職業記者等，統統包含在里面。經過盤點，發現在諸多行業中機器人完成工作的速度和質量，已經遠超人力所為。 其實，在機器人市場消費領域，中國實際上和包括美國在內的全球發達國家處在同一起跑線上。結合中國產業轉型的現實，未來引領潮流的可能性更大。但是，中國機器人產業在制造領域的應用仍處在產業鏈的底端。中國制造要想快速走出去，必須加快智能制造的步伐。而它的步伐能邁得多大，更是在較大程度上取決于機器人在制造領域多個行業的拓展局面有多寬廣，及其在企業用戶應用中的高端化、精益化程度有多高。
世界正在博弈
國際環境下，機器人旋起熱風。服務機器人呼聲高漲，工業機器人更是聲浪壓過一切。看似嘈雜聲中魚目混珠，但在制造領域不乏主流聲音，政府的、專家的、企業的，以及用戶的有關制造業信息化、網絡化、智能化的議題源源不斷，而以機器人為核心的智能制造更是上升到諸多國家產業策略的高度。 走到前沿 這是一個信息浪潮與科技浪潮交錯融合的時代，移動互聯網、大數據、云制造等各種新詞匯不斷涌現，適應信息潮流隨之而來的即有諸如德國工業4.0等更為猛烈的科技浪潮，并且二者在相融交錯過程中，開始對新的行業和老的行業進行重新洗牌，包括3D打印、智能汽車、航空航天、軌道交通開始新的崛起，并受到德國、美國和中國的高度重視。透過這些表象，世界制造的本質隱隱露出脈絡。以人為中心，數字化、網絡化、智能化的深度融合正成為世界制造的愿景。 智能化的世界制造，是怎樣一個愿景？簡言之，信息技術催生了制造市場的多元化，而市場又決定了智能制造勢必成為主流。既如此，智能制造模式下，世界大環境又是如何？站在世界前沿，谷歌公司的收購、歐美中小企業對智能產品的青睞或已掀開世界制造領域的冰山一角，那就是以智能制造為核心的機器人產業正已崛起。 毋庸置疑，作為衡量國家科技創新和高端制造業水平的重要標志，機器人產業越來越受到世界各國的高度關注，世界主要經濟體也紛紛將發展機器人產業上升為國家戰略，并以此作為保持和重獲制造業優勢的重要手段。美國在2011年推行的先進制造業中明確要求通過發展機器人重振美國制造業，并憑借信息網絡技術的優勢，開發新一代智能機器人。不甘落后的日本也反應極快的制定了機器人技術長期發展戰略，并作為該國七大重點扶持產業之一。同樣，歐洲也提出2002-2022歐洲機器人研究與應用路線圖，用以作為歐洲機器人發展的戰略指導。發達地區及國家以外，還有印度制造、泰國制造等，都有機器人策略的推出。 戰略背后 各國元首集中打機器人這張牌，作為支撐其國家戰略的支柱。而其戰略博弈的背后究竟蘊藏著什么樣的價值？以德國工業4.0為引子來說明這個問題。 德國為什么提出工業4.0？從德國的視角來說：內部環境而言，其工業發展的自動化水平已經上升到一定的高度，加速智能制造的進度已成為必然的需求。機器人的普及化及其智能化應是一個水到渠成的過程。而外部環境的變化更是一日千里。在信息技術支撐下，全產業鏈布局及優化已成為全球制造企業搶抓發展機遇的關鍵時期。面對美國的先進制造，日本等國的國家機器人戰略，及其異軍突起的中國制造，促使德國制造必須加快自身發展步伐。 從德國制造推而廣之，世界制造面臨新的勞動分工。更關鍵的是，制造業發達國家的工廠自動化水平已達到勞動人甚或普通機器人逐漸被智能機器人替代的階段;再如中國因人口紅利的結束也意味著機器人的潛在價值將在世界范圍內撲面而來。 但是機器人市場遭遇一個非常尷尬的局面。為什么？具體講現在的多數工業機器人速度、精度等諸多方面也有待提升。一個簡單的例子就是作為一個機械手的靈巧性工作，市場上的多數機器人一般干不了，而實際上企業70%以上的工作是靠手來完成。而近日由國外某機器人廠家生產的機器人，具有較為敏感的視覺和觸覺，及其用特殊的軟性材料制作而成的靈巧雙臂。國內某電子消費品企業引入該機器人，并在生產車間配備了創新的力傳感技術后，該智能產品很快顯示出其柔性手臂的靈活性，加以視觸覺的配合，能夠在人機互動中較大程度地保障操作人員的安全。這樣的產品，近日在電子行業引起極大的市場效應。 戰略博弈的勝家是誰？市場會給出最權威的答案。 國內劣勢所在 我國從1970年代開始發展機器人，但是直到2003年，機器人企業都處于萌芽時期，產量僅是千余臺。2004～2008年，國內機器人才算得上起步，也不過萬臺左右。2008年后，中國機器人產業苗頭凸顯，并于2013年成為全球最大的機器人市場。 不過，有量還須有質。跟發達國家相比，我國機器人產品還存在較大差距。2013年，我國自主品牌工業機器人仍以中低端的坐標機器人、平面多關節機器人為主，高端的六軸機器人在全球的比重還不到6%，而外資品牌的多關節的機器人卻占到中國機器人銷量比重的62%，自主品牌產品更是遠不能滿足國民經濟各個領域的發展要求。更大的難題在于，中國機器人正處在更大的一個轉折點上，即世界制造的大環境下怎么利用自身的后發優勢崛起？其實中國機器人產業欲達崛起的目標，最迫切解決的問題有兩點：首先，中國制造必須走出國門，只有這樣才能消化中國諸如高鐵、航空、基礎裝備等方面的智能制造優勢。再次，工業互聯網對傳統行業的重新洗牌，以機器人為核心的智能制造等浪潮要能跟得上制造業發達國家。做到這兩點，絕非一日之功，也不是毫無可能。而要做到這兩點，認清自身軟肋所在，方是最本質的要求。 國產機器人的軟肋何在？核心技術沒有突破、產業布局舉步維艱、行業應用及其狹窄當是主要方面。認識到不足與差距，并有步驟的制定機器人產業發展策略，將是中國制造領域跨越發展的重要推手，更意味著中國制造企業在新的產業革命時期的崛起。以下對此做一個展開的論述： 核心技術不足 現階段，我國機器人產業處于機遇與挑戰并存的階段，面對復雜的國際、國內競爭形勢，機器人的技術和制造能力能不能應對這場競爭？習總書記在2014年兩院院士大會中指出，要從戰略的高度把中國機器人企業的水平提上去，而且要更可能多地占領市場，眼下要抓緊謀劃，扎實制定。 目前而言，中國機器人廠商大都停留在組裝、仿制階段。很多企業就是把國外的產品拆開后，按照產品構成來通過買材料組裝。出現這些問題的根源還是在于沒有掌握機器人的核心零部件技術。正如中國工程院院士楊華勇在廣州機器人大會所指出，中國機器人產業創新能力薄弱，關鍵部件受制于人，產品可靠性低。 眾所周知，標準意義上的工業機器人是由6個轉動軸組成。第一軸位于機器人下方底座的位置，相當于人的腰部。有廠家的產品這個部件可以做到正負185度，即超過了360度;第二軸叫聯接臂，相當于人的軀干部分;第三軸叫手臂，也相當于人的手臂;尾部的部分統稱腕關節，含四、五、六軸，它們構成了萬向轉動的關節。而要對這樣一個六軸機器人驅動，須由控制柜來完成。它也是控制器的核心部分，相當于人的大腦，是一個思維機構。而執行機構則是伺服驅動器。這些部件都在控制器里面。但是，中國機器人廠商對控制器的研究處于世界較低水平，靠自主研發滿足用戶需求還有較長的路要走。 北京航空航天大學教授王田苗的統計更加直觀地表明這一點：目前，國產機器人中80%~90%使用國外減速器，60%~70%使用的是國外電機、40%~50%使用國外控制器。這等于說國內機器人能做的就是外殼，核心部件全都是國外的。這就增加了成本，使得國產機器人在競爭中處于劣勢。 不止于二次開發 國內機器人另一突出問題是研發與應用不對等，很多技術在實驗室可能很完美，但在生產中就暴露出各種問題，亦即應用系統開發不足。機器人不是買回來就能用，而是需要在企業實際應用中進行重新編程即所謂的二次開發。目前，中國的很多機器人生產企業雖然具備整機生產能力，但無法進行復雜的后期系統開發。 智能機器人研究所陸際聯曾說過，中國的機器人產業鏈還沒有形成，基礎配套能力滯后，整機面臨空殼化。造成整機空殼化的原因是，國內機器人應用系統設計經驗少。而經驗少很大程度就在于中國機器人沒有全產業鏈的展開及合理布局，由此而欠缺所具備的實踐經驗。 全產業鏈鋪開，絕非一日之功。以汽車制造為例，在利用機器人的每一環節，國外都有一套成熟的編程。也就是說，機器人在汽車制造領域有多樣且繁雜的程序用以支撐整個汽車的生產過程。國內某汽車企業和國外某知名的機器人廠家在多年的合作中，對機器人的熟練開發已了然于胸，并且在引用新技術方面可以不更改原有程序而直接融入創新元素，這也使得國內機器人廠家在汽車領域很難有所作為。而在機器人應用方面，人機配合、物料運輸、細節編程等方面尤值關注。 人機配合 作為汽車用戶，批量化、定制化，及自動化的成熟技術，都是滿足他們的利益訴求。走進這家汽車企業，從宏觀的生產車間可以看到，由于引入適合生產的機器人，并經過廠商與企業的聯合開發之后，在整個生產線運作過程中，機器人同工作人員互動融洽，同時配合可配置的傳送鏈相互統一來進行整個流水線的作業。 無論是沖壓車間、白車身車間、噴漆車間或是最終裝配車間，都可以看到不同機器人的足跡。在白車車間，有工作人員協同配合，一臺機器人可以輕而易舉地搬運整個汽車白車身，實現在不同運輸線上的車身流轉，大大地節省了相同搬運設備所需的占地面積。并且在搬運車身舉升距離可達5米左右，從而實現升降機的功能。同時它可以進行不同車型車身的搬運，提高車間的柔性化程度。 而新近引入的輕量化機器人是車間的另一個亮點。它可以托舉運物穿越沖壓車間、白車身車間等，然后準確、靈活的把托物放在目標位置上。另外，由于輕量化機器人的靈敏度和敏感性非常高，它同時可以協助生產員工植入薄膜和橡膠密封件用來拼裝組件，并將輪軸準確固定在底盤上。 據該企業人士透露，因機器人的介入，企業生產線運作效率極大提高，已經能夠達到一分鐘產生一輛車的水平。而走過這些不同的車間，都可以看見人和機器人的優勢通過互補，省時省力的完成任務。尤其是輕量化的機器人能在汽車生產車間靈活自如，關鍵在于其自身構造比普通機器人多1根軸即擁有7根軸，而這根軸與人的胳膊十分相似。這樣做的好處就在于活動起來異常靈活。同時，這樣的配置便利于并配備位置和柔韌性控制系統，以確保在適當位置進行操作和柔順控制。 物料運輸 在該汽車企業生產線的多個生產車間內，物料運輸也是重頭戲。尤其在總裝車間內，傳統的運輸工具已經被更多的AGV機器人代替。AGV機器人由主控計算機控制，負責AGV系統與外部系統的聯系與管理，它根據現場的物料需求狀況向控制臺下達AGV的輸送任務。在裝載或卸載貨物過程中，地面移載設備一般采用滾道輸送機、鏈式輸送機等將物料從自動化倉庫或工作現場自動移載到AGV機器人上，由其負責自動輸送到目的地，并精準的確定位置且把貨物移載下。期間，AGV機器人因與充電裝置、地面移載設備等系統的相互交互、感應，故而在整個運輸過程中可以根據實際需要及工作場地任意布置。同時，AGV機器人電池容量降到預定值后會自動充電。 這種機器人因其具有靈活性、智能化等特點，能夠方便地重組系統，達到生產過程中的柔性化運輸之目的。同時在運輸過程中配合其他流程中諸如涂膠、焊接等處的機器人的物料儲備工作，并錯開各個環節的工作機器人，以達到流程的貫通性。 細節創新 汽車領域程序繁雜，而每一道程序又有無數細節構成。諸如汽車焊接：合理的變位機位置、焊槍姿態、焊槍相對接頭的位置都是細節的問題。若工件在變位機上固定之后，焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時不斷調整變位機，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達到水平位置，同時，要不斷調整機器人各軸位置， 合理地確定焊槍相對接頭的位置、角度與焊絲伸出長度。工件的位置確定之后，焊槍相對接頭的位置通過編程者的雙眼觀察，難度較大。這就要求編程者善于總結積累經驗。編制程序一般不能一步到位，要在機器人焊接過程中不斷檢驗和修改程序，調整焊接參數及焊槍姿態等，才會形成一個好程序。 更為重要的是，細節的創新也值得人注意。該汽車企業，最值得稱道的是新引進的伺服點焊機器人。它的創新點在于，在焊接過程中，機器人與焊鉗同步協調運動，同時機器人利用視覺系統，自動適應兩個焊接元件之間的微妙變化，使焊點間及障礙物的跳轉路徑最小化。并可利用視角技術校正誤差，而校正誤差的機器人是通過3D攝像系統來顯示整個零件狀況后做出的判斷。而之前，則只能采用手工的方式進行必要的調節。同時，在焊接過程中通過軟接觸可實現極少的產品沖擊，并可隨意縮短電極開口以減小關閉焊鉗時間，用以很好地避免和抑制飛濺，有效保證和提高焊接質量。 該汽車企業知情人士透露，伺服點焊接可以達到兩塊鋼板之間的分子結合，通俗而言就是焊接后的鋼板硬度相當于一整塊鋼板，幾乎沒有連接間隙，從而將車身強度提升30%，車身的結合精度同樣大大提升。 目前情形而言，國內機器人應用方面基本無行業領域方面的復雜程序的產業布局。故而，當務之急只有進行制造領域中部分行業的全產業鏈布局才能得以踐行國外已早已邁出的這一步。可見，要尋找差距并且趕超，國內廠商須盡快融入制造企業，并基于機器人應用方面的二次開發快速進行又遠遠不止于二次開發。 差距中求崛起 世界制造的趨勢，是每個行業都要應用到機器人，甚或在諸如汽車、航空航天等行業引入智能機器人。只有這樣，機器人方能成為生產線上即連即用的生產部件。而生產過程中，智能機器人更容易與人交流并達到“與人共融”的生產目的。這樣的生產方式，在制造業發達國家漸成現實，而在國內仍是一種愿景。國內機器人產業如何崛起？非差距中尋找跨越而別無他法。 差距中尋找跨越 中國制造要實現跨越就要直面現實，直面差距。只有對比，方能倒逼中國制造有制定策略的緊迫感。在新松機器人自動化股份有限公司總裁曲道奎看來，“目前傳統機器人的定義就是可編程的設備，而新一代機器人是完全自主的系統，是真正的智能機器人。這就使得制造領域又有了嶄新的變化。” 眾所周知，信息技術與科學技術的交融將對機器人的發展產生相當大影響，諸如用新材料生產輕量化的機器人用以增加它的工作靈活性、在虛擬仿真環境下對機器人的工作把控、用機器人進行3D打印等技術創新都將一時涌出。這些創新技術一旦讓他人全局把控，將極有可能快速推給企業用戶。 對于國內機器人廠商及用戶要實現跨越必然要突破這些創新技術。但目前國內機器人產業更重要的發展策略是注重現實，兼顧長遠。近日在上海的一次機器人大會上諸多專家一致指出，機器人真正的價值中樞不在于機器人硬件制造，而是主要以軟件形態存在的系統解決方案。可見，廠商聯合企業利用信息技術進行產品創新，并進行制造流程創新和工藝創新是當務之急。基于這種基礎，再而留意或兼顧人機協同、工業互聯等制造愿景。 應對的策略 看到不足，就要找準定位并尋求突破。面面俱到很難與機器人應用程度極高的跨國企業競爭。我們只有依照自己的發展模式，在規避“高端產業低端化”的老路的同時，有一套應對挑戰的策略。 首先，需要學會整合資源、與外界協作。在和國外企業協作之外，尤其是要注重國內企業的聯合。諸如國內相關企業以新松、埃夫特、廣州數控等國產機器人代表企業來說，它們或是機器人的最終用戶，或是自動化零部件廠商，又或是機器人系統集成商，本身在產業鏈上的定位和發展策略是有所區別的。而通過橫向整合產業鏈，專注于機器人整機的研發及下游應用的開發將是不錯的選擇。他們或可以通過自身在零部件方面的優勢進行縱向整合，以成本和渠道優勢占領市場;亦可定位于集成商，憑借成熟的解決方案銷售整機。這些都是正確的并且應具備的多元化發展方向。只有這樣，方能謀求長遠，并增加企業競爭力。 也只有這樣，才能使得用戶、廠商、集成商無縫交流。也使得廠商的產品推出之后，用戶的生產效能得到保障，集成商在產品的穩定性上有所作為，并可實現整個產業上下游全向協同、共同發展。并在可能的基礎上建立一個公共平臺，通過利用一些基礎的數據庫，一些可靠性設計的分析，產品的解決方案，以及相應的虛擬設計、安全設計和開放設計平臺，來助推機器人設計需求的提升，用以向廣大的企業用戶推廣機器人產業并逐漸在全產業鏈的布局下提升服務水平。 其次，依據企業特別是眾多的中小企業的自身實力，走差異化發展的道路也應該是中國制造的可持續發展之路。比如國內某些制造企業，其惡劣的工作環境亟需在引用機器人方面尋找突破，而國內廠商也有必要聯合這些企業做好該類型產品進入用戶的準備。 舉例來說：國內諸如缸體、缸蓋、曲軸和凸輪軸等機加企業，采用機器人進行作業已經勢在必行。加工的側重，在于壓鑄機的取件和脫模劑的噴淋。加工環境粉塵高、水汽重，根據這一特點，機器人的防護功能格外重要。國內某企業在機器人的使用上，要做到就是讓該機器人可以浸沒在水中工作半個小時左右。同時，機器人伺服編碼器等第三區域，采用特殊材料的罩殼配合密封墊圈對其進行保護。機器人機身表面及空腔內均涂覆特殊的防高溫剝落涂層。從而保證機器人機身的環境防護，以從容應對壓鑄車間內溫度高、蒸汽重、油污多、金屬飛濺等惡劣環境的挑戰。這些方面對機器人自身硬件系統及軟件開發其實用到的核心技術并不多。而國內機器人廠商與國內企業鮮有合作。這值得我們深思! 當然，應對的策略會應時而增多;但現實的環境下，更應因時因地多處尋求跨越途徑。 總之，隨著新一輪工業革命來臨之際，中國機器人的產業布局、供應鏈延伸，價值鏈貫通等層面亟需作出差異性且優勢互補性的發展決策，這也是中國制造置死地而后生的惟一出路。當然這不僅是制造業的愿景，更是中國工業納入世界工業體系中的更為遠大的宏旨! |
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