工業(yè)機器人：如何扎好智能制造的“根”

王元元

盡管目前中國工業(yè)機器人與智能制造不斷發(fā)展的需求仍有差距，但在過去的幾年中，這個領(lǐng)域一直在高速發(fā)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(yè)重鎮(zhèn)——佛山生產(chǎn)車間里工業(yè)機器人的“勞作”場景。

在珠三角地區(qū)，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(yè)聚集區(qū)，工業(yè)機器人也已悄無聲息地走進工廠車間。

“工業(yè)機器人是智能制造中一個不可或缺的關(guān)鍵智能設(shè)備，是企業(yè)實現(xiàn)智能制造的一個支撐基礎(chǔ)。”在中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長宋曉剛看來，這是制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型的必然趨勢。

海信智能工廠內(nèi)工業(yè)機器人的工作場景

國家重大技術(shù)裝備辦公室主任、工信部裝備工業(yè)司司長李東在接受《瞭望東方周刊》專訪時也表示，工業(yè)機器人是推動和支撐智能制造發(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)用會很廣泛。

“但我們必須看到，目前外國品牌仍在國內(nèi)市場占據(jù)主要地位，而國產(chǎn)工業(yè)機器人仍存諸多不足，發(fā)展空間很大。”李東對本刊記者強調(diào)。

“機器換人”為什么越來越快

工業(yè)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(yè)機器人，外形像坦克的炮塔，配有可轉(zhuǎn)動的大、小機械臂，可抓放零件。

隨后，工業(yè)機器人開始從美國流入歐洲，乃至遙遠的日本，引發(fā)了關(guān)注。

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

中國工業(yè)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(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(yè)機器人的研發(fā)列入國家計劃，組織專家進行技術(shù)攻關(guān);而“九五”之后，工業(yè)機器人的研發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)閲@制造業(yè)的實際需求，力圖把工業(yè)機器人從實驗室中帶到工廠的生產(chǎn)線上。

這期間，中國才出現(xiàn)一批真正意義上的機器人生產(chǎn)企業(yè)，包括目前在國內(nèi)工業(yè)機器人領(lǐng)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(yè)機器人四大家族——ABB、發(fā)那科、安川、庫卡均早已在中國落戶。

“當時國內(nèi)的制造業(yè)得益于廉價的勞動力成本正處于黃金時期，對工業(yè)機器人的需求基本可忽略不計，國內(nèi)的工業(yè)機器人市場尚處于未開發(fā)階段，有產(chǎn)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(yè)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(shù)據(jù)顯示：2004～2013年的十年間，中國制造業(yè)從業(yè)人員的平均工資增長了3倍。

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

“一個機械手臂可以連續(xù)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(yè)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(jié)省了5600萬元。”

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

“隨著智能制造戰(zhàn)略的深入推進，工業(yè)機器人的市場潛力還會被進一步激發(fā)。”曲道奎說，這對國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)是個難得的機遇。

國產(chǎn)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(yè)機器人跟智能制造有關(guān)系，但并不十分清楚工業(yè)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(yè)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(xiàn)，不能完全代表智能制造，“工業(yè)機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現(xiàn)端。”

尷尬的是，在伴隨智能制造而來的如此龐大的工業(yè)機器人市場中，國產(chǎn)機器人并不占優(yōu)勢。

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

在曲道奎看來，這很正常——因為國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)起步較國外晚幾十年。“但國產(chǎn)機器人近幾年在國內(nèi)市場的發(fā)展行情非常好，市場占比已經(jīng)從以前的10%上升到2015年的30%，接下來還會繼續(xù)漲 。”

但他并不否認，目前國內(nèi)整個機器人行業(yè)的水平還比較低，產(chǎn)業(yè)發(fā)展不均衡。這也是李東在多個場合反復提及的，“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)鏈不完善導致的核心零部件受制于國外問題，一直被視為阻礙國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大難點。即使像新松這樣的行業(yè)龍頭公司，工業(yè)機器人所用的啟動器、電機、齒輪等關(guān)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(chǎn)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(chǎn)機器人不行。”

在他看來，零部件對機器人產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，“在全球化時代，我們要做的是快速整合上下游的產(chǎn)業(yè)鏈，為我所用，而不是關(guān)起門來去研究技術(shù)，因為產(chǎn)品的更新?lián)Q代非常快，可能你研究出來又過時了。”

曲道奎說，國內(nèi)機器人制造商現(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，這樣才能在跟國外品牌的競爭中占得先機。

“仍需追趕”的是什么

從制造企業(yè)的實踐來看，國產(chǎn)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(guān)系，反而能實現(xiàn)互補。

海信集團質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)環(huán)節(jié)裝備的工業(yè)機器人數(shù)量近1200臺。

“我們的供應(yīng)商既有新松這樣的國產(chǎn)品牌，也有ABB、庫卡在內(nèi)的國外品牌。目前，我們使用國產(chǎn)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(chǎn)機器人在產(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，確實存在一定差距。而后者，一直是企業(yè)采購機器人產(chǎn)品時最主要的考量因素。

海信2014年曾采購了用于打螺釘?shù)膰a(chǎn)工業(yè)機器人，在其使用過程中有時會出現(xiàn)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(chǎn)機器人多半會出現(xiàn)一些性能問題。這個過程，需要花大量時間去調(diào)試機器人產(chǎn)品，既耽誤生產(chǎn)時間，也增加了生產(chǎn)成本。”康凱說。

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

宋曉剛也坦承，國外機器人在系統(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，“國產(chǎn)機器人仍需追趕。”

不過，在康凱看來，目前制造企業(yè)使用的工業(yè)機器人，多是實現(xiàn)把物體從一個地方拿到另一個地方這樣的點對點轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yè)智能化改造的需要。”康凱說，機器人生產(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)都能達到這一要求。

國產(chǎn)機器人的突圍機會

不可否認的是，無論是國產(chǎn)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(chǎn)業(yè)要解決的重要問題是如何滿足不同行業(yè)對機器人產(chǎn)品提出的不同需求，“生產(chǎn)商不可能為每個行業(yè)都生產(chǎn)不同的機器人，那樣成本太高，也不是根本的解決之道。”

相關(guān)部門已經(jīng)注意到了此類問題。國家發(fā)改委和工信部正在推進的機器人示范應(yīng)用項目，即是在一個行業(yè)內(nèi)選擇兩家企業(yè)去做機器人應(yīng)用的標準化示范，以期為整個行業(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。

宋曉剛希望國家能夠建立一個面向全行業(yè)的機器人研發(fā)設(shè)計平臺，平臺只需設(shè)計出一些標準化的控制模塊、硬件模塊，然后機器人生產(chǎn)企業(yè)可在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同行業(yè)的需求對最終成型的機器人進行功能設(shè)計的調(diào)整。

“這樣既能縮短機器人產(chǎn)品的研發(fā)周期，也能最大限度地整合行業(yè)資源。”宋曉剛說，這是國產(chǎn)機器人的突圍機會，因為國外廠商對中國制造業(yè)的了解比不上國產(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(chǎn)品的調(diào)試變得更簡單。

“工廠現(xiàn)在使用的工業(yè)機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(chǎn)機器人還是國外機器人出現(xiàn)故障和切換不同生產(chǎn)線的調(diào)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(chǎn)線都要停工，企業(yè)損失很大。”康凱說，如果能把調(diào)試時間降低到十分鐘左右，對企業(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，而未來機器人跟制造業(yè)結(jié)合的最終目標應(yīng)該是默契的人機協(xié)作，“機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，“不能把機器人僅作為新型的工業(yè)設(shè)備，而要把它當作改變整個制造業(yè)形態(tài)和模式的利器——要上升到這個高度，中國機器人產(chǎn)業(yè)才能有強大的生命力，才能可持續(xù)發(fā)展。”