工業機器人：如何扎好智能制造的“根”

王元元

盡管目前中國工業機器人與智能制造不斷發展的需求仍有差距，但在過去的幾年中，這個領域一直在高速發展

偌大的空間里，幾百臺“機械手臂”錯落有致地來回搖擺，快速精準地完成取材、切割、鉆孔、噴涂等一系列工序。

這是維尚家具集團（尚品宅配）位于制造業重鎮——佛山生產車間里工業機器人的“勞作”場景。

在珠三角地區，這樣的場景幾乎隨處可見，而在輻射更廣的長三角、京津冀乃至整個東部沿海制造業聚集區，工業機器人也已悄無聲息地走進工廠車間。

“工業機器人是智能制造中一個不可或缺的關鍵智能設備，是企業實現智能制造的一個支撐基礎。”在中國機器人產業聯盟執行理事長宋曉剛看來，這是制造業智能轉型的必然趨勢。

海信智能工廠內工業機器人的工作場景

國家重大技術裝備辦公室主任、工信部裝備工業司司長李東在接受《瞭望東方周刊》專訪時也表示，工業機器人是推動和支撐智能制造發展的關鍵技術裝備之一，未來在制造業領域的應用會很廣泛。

“但我們必須看到，目前外國品牌仍在國內市場占據主要地位，而國產工業機器人仍存諸多不足，發展空間很大。”李東對本刊記者強調。

“機器換人”為什么越來越快

工業機器人的概念最早由美國人戴沃爾于1954年提出。4年后，美國人英格伯格、德沃爾就制造出了世界上第一臺工業機器人，外形像坦克的炮塔，配有可轉動的大、小機械臂，可抓放零件。

隨后，工業機器人開始從美國流入歐洲，乃至遙遠的日本，引發了關注。

上世紀70年代后，工業機器人的研究與開發進入一個新階段，產品開始應用到一些工業生產領域。

中國工業機器人的萌芽也大致始于同一時間。

當時，由于改革開放初期企業技術改造的需要，上海出現了以數控技術為基礎的工業機器人，如上海針織九廠的插銷板控制機器人、上海同和電機廠的壓鑄用機器人。

到80年代，中國開始將工業機器人的研發列入國家計劃，組織專家進行技術攻關;而“九五”之后，工業機器人的研發轉變為圍繞制造業的實際需求，力圖把工業機器人從實驗室中帶到工廠的生產線上。

這期間，中國才出現一批真正意義上的機器人生產企業，包括目前在國內工業機器人領域排名靠前的沈陽新松、哈工大旗下的博實等。而彼時，國外工業機器人四大家族——ABB、發那科、安川、庫卡均早已在中國落戶。

“當時國內的制造業得益于廉價的勞動力成本正處于黃金時期，對工業機器人的需求基本可忽略不計，國內的工業機器人市場尚處于未開發階段，有產品也沒人買。”新松機器人自動化公司總裁曲道奎告訴《瞭望東方周刊》。

但是，進入21世紀后，全球制造業的成本都在提升，中國也不例外，尤其是勞動力成本上漲明顯。有數據顯示：2004～2013年的十年間，中國制造業從業人員的平均工資增長了3倍。

而能夠實現自動化生產的工業機器人此時便成了不少制造企業解決人力成本上漲壓力、實現轉型升級的利器。越來越多的工廠開始引入工業機器人替代傳統工人，機器換人逐漸成為現實。

“一個機械手臂可以連續工作24小時，相當于3個工人的工作量。”維尚家具集團副總裁黎干對《瞭望東方周刊》說，他們用工業機器人換掉了600～800個工人，“按800人、每人每年7萬元工資來算，機器換人一年就節省了5600萬元。”

根據國際機器人聯合會（IFR）的統計數據：中國自2013年開始，已連續3年超越日本成為全球最大的工業機器人消費市場，市場銷量占到全球工業機器人市場份額的四分之一以上。

“隨著智能制造戰略的深入推進，工業機器人的市場潛力還會被進一步激發。”曲道奎說，這對國內機器人產業是個難得的機遇。

國產機器人究竟行不行

不過，讓宋曉剛有些詫異的是，外界雖多半知道工業機器人跟智能制造有關系，但并不十分清楚工業機器人到底在智能制造中扮演何種角色，“很多人認為智能制造就是‘機器換人，工業機器人就等于智能制造，這是誤解。”

他向《瞭望東方周刊》解釋說，“機器換人”只是智能制造的一個最直接表現，不能完全代表智能制造，“工業機器人是智能裝備的重要基礎，而智能裝備又是智能制造的實現端。”

尷尬的是，在伴隨智能制造而來的如此龐大的工業機器人市場中，國產機器人并不占優勢。

公開資料顯示：2015年以前，中國市場消費的工業機器人超過70%都是以“四大家族”為代表的國外品牌，國內市場的高端機器人應用領域幾乎被洋品牌壟斷。

在曲道奎看來，這很正常——因為國內機器人產業起步較國外晚幾十年。“但國產機器人近幾年在國內市場的發展行情非常好，市場占比已經從以前的10%上升到2015年的30%，接下來還會繼續漲 。”

但他并不否認，目前國內整個機器人行業的水平還比較低，產業發展不均衡。這也是李東在多個場合反復提及的，“比如產業鏈關鍵環節缺失、核心技術創新能力薄弱、企業‘小、散、弱 等。”

其中，產業鏈不完善導致的核心零部件受制于國外問題，一直被視為阻礙國內機器人產業發展的最大難點。即使像新松這樣的行業龍頭公司，工業機器人所用的啟動器、電機、齒輪等關鍵零部件也都是采自國外。

北京航空航天大學機器人研究所教授王田苗此前在接受本刊記者采訪時就直言：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。

但曲道奎認為，“不能一說我們的零部件是國外的就覺得國產機器人不行。”

在他看來，零部件對機器人產業固然重要，中國也需要加大在零部件上的投入，但不能用零部件來衡量整個產業的技術水平，“在全球化時代，我們要做的是快速整合上下游的產業鏈，為我所用，而不是關起門來去研究技術，因為產品的更新換代非常快，可能你研究出來又過時了。”

曲道奎說，國內機器人制造商現在最應該思考的是，如何讓產品更符合智能制造的需求，這樣才能在跟國外品牌的競爭中占得先機。

“仍需追趕”的是什么

從制造企業的實踐來看，國產機器人和國外機器人雖有一定的差距，但各有所長，并非零和競爭的關系，反而能實現互補。

海信集團質量與制造管理部副部長康凱對此感觸頗深。海信位于貴陽的電視生產工廠，正是工信部公布的64個2016年智能制造試點示范項目之一，生產環節裝備的工業機器人數量近1200臺。

“我們的供應商既有新松這樣的國產品牌，也有ABB、庫卡在內的國外品牌。目前，我們使用國產機器人的比重是高于國外品牌的。”康凱對《瞭望東方周刊》說。

不過他也認為，與國外機器人相比，國產機器人在產品種類的豐富度、產品性能的可靠性和穩定性等方面，確實存在一定差距。而后者，一直是企業采購機器人產品時最主要的考量因素。

海信2014年曾采購了用于打螺釘的國產工業機器人，在其使用過程中有時會出現不能正確抓取釘子的情況。

“最初海信對工廠進行智能化改造所使用的國產機器人多半會出現一些性能問題。這個過程，需要花大量時間去調試機器人產品，既耽誤生產時間，也增加了生產成本。”康凱說。

之后，在一些對產品精密度、穩定性要求高的環節，海信選用了國外機器人產品，比如六軸機器人，而在一些諸如車間搬運的基礎環節，則使用國產機器人，如AGV移動機器人。

宋曉剛也坦承，國外機器人在系統感知、判斷方面以及產品本身的可靠性和穩定性都更勝一籌，“國產機器人仍需追趕。”

不過，在康凱看來，目前制造企業使用的工業機器人，多是實現把物體從一個地方拿到另一個地方這樣的點對點轉移，即便是較為高級的六軸機器人也是如此，只是靈活度較高，能夠自由旋轉罷了。

“這些機器人還做不了一些復雜的動作，并不能完全滿足企業智能化改造的需要。”康凱說，機器人生產商還是要不斷提高產品的性能，比如功能單一的包裝碼垛機器人，精度要求為0.01毫米，就并非所有生產商的技術都能達到這一要求。

國產機器人的突圍機會

不可否認的是，無論是國產機器人還是國外機器人，目前都還不能完全滿足智能制造的需要。

宋曉剛認為，未來整個機器人產業要解決的重要問題是如何滿足不同行業對機器人產品提出的不同需求，“生產商不可能為每個行業都生產不同的機器人，那樣成本太高，也不是根本的解決之道。”

相關部門已經注意到了此類問題。國家發改委和工信部正在推進的機器人示范應用項目，即是在一個行業內選擇兩家企業去做機器人應用的標準化示范，以期為整個行業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。

宋曉剛希望國家能夠建立一個面向全行業的機器人研發設計平臺，平臺只需設計出一些標準化的控制模塊、硬件模塊，然后機器人生產企業可在此基礎上，根據不同行業的需求對最終成型的機器人進行功能設計的調整。

“這樣既能縮短機器人產品的研發周期，也能最大限度地整合行業資源。”宋曉剛說，這是國產機器人的突圍機會，因為國外廠商對中國制造業的了解比不上國產廠商。

此外，康凱希望未來應用于生產車間的工業機器人能夠有兩方面的改進：一是在體積上能變得更小、更安全;二是機器人產品的調試變得更簡單。

“工廠現在使用的工業機器人必須固定在某一區域內，還需用框架將其圈起以免誤傷工人，但如此一來，機器人所需的占地空間就很大。”他說。

除此之外，目前無論是國產機器人還是國外機器人出現故障和切換不同生產線的調試維修時間都很長。

“一般都需要半個小時，甚至更長，這意味著整個生產線都要停工，企業損失很大。”康凱說，如果能把調試時間降低到十分鐘左右，對企業生產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品本身的變革，而未來機器人跟制造業結合的最終目標應該是默契的人機協作，“機器人和工人能在同一條生產線上相互配合完成工作，而不是現在的各干各的，互不干涉。”

這也是曲道奎的愿景，“不能把機器人僅作為新型的工業設備，而要把它當作改變整個制造業形態和模式的利器——要上升到這個高度，中國機器人產業才能有強大的生命力，才能可持續發展。”