工業機器人知多少

王素 黃帥

“機器換人”也許以前還是一個夢想，而今天，如果哪位企業家在生產中還不認真考慮這件事情，就會顯得有點跟不上節奏。在強烈需求帶動下，我國的機器人產業產值早已破千億元，工業機器人更是開啟規模化效應。對于這個熟悉又陌生的新興領域，企業需要了解哪些知識？且聽SGS工業機器人技術專家韓志雄一一道來。

在國內，工業機器人更多地集中應用于汽車、消費電子等行業。隨著電商的發展，物流倉儲機器人的應用也水漲船高。目前工業機器人的發展和應用還有哪些新趨勢？阻礙工業機器人全面替代“人工”的主要因素是什么？

韓志雄：隨著國內市場推進發展“中國質造”和“中國智造”，國家政策傾向于鼓勵企業完成自動化、自主化和智能化的轉型，國內諸多工廠和企業都將進行產業升級。我認為，機器在某些領域繼續代替“人工”以及人機協作工作，將是未來發展的主要趨勢。

從數據上來講，2017年，協作機器人（cobots）開始引領機器人市場增長。BIS Research的研究數據顯示，到2021年，協作機器人的市場銷量將達到15萬臺，銷售額有望增至20億美元。

從應用上來講，早幾年的工業機器人主要用來在固定領域內代替人工，這其實只是解決了人工重復性勞作，代替了人力的問題。當然這也是顯著的，比如堆垛、碼垛和分揀等機器人的應用，但自動化的需求遠不止這些。在很早以前，以汽車線上的工業機器人為代表的應用已經從效率和能力方面解決了成本和產量的困擾。然而，今天的自動化已經進入到非常豐富的應用場景，包括3C、汽車配件、食品生產和玻璃生產等小負載產業。這些需求將提高機器人在其他方面的要求，比如廣泛的適用性、靈巧性和移動性等，這就是趨勢。

不過，確實也存在以上進程不能快速布局的局限性，主要體現在3個方面。

其一，國內外對協作機器人概念的認知程度不同，國內大多數還是注重應用性，而國外注重的則是安全性;其二，產線部署不易更改，改變傳統工業需要投入巨大的費用，成本是企業眼下需要考慮的因素;其三，技術積累是一個循序漸進的過程，只有標準化的推廣和應用才能加速轉型，但需要一個周期。

另外，在上述3個過程中，還有制約工業機器人發展的因素，即機器人零部件的問題。實際上，傳統三大核心零部件——控制系統、伺服系統和減速機在國產傳統的機器人領域沒有得到很好的解決，而協作機器人比傳統機器人對零部件的要求更高，甚至有些零部件是傳統機器人所沒有的，比如直流伺服電機、中空編碼器等，這是制約我國協作機器人發展的主要因素。

我國工業機器人產業發展如火如荼，但在技術水平上與國外工業機器人的差距仍然很大，產生的主要原因是什么？是否存在彎道超車的機會？

韓志雄：如上所述，談到這個問題，主要有3點。

第一，機器人在安全性上存在問題。國內的安全標準很少，加上國內機器人廠商和應用客戶對機器人的安全問題不太重視，這就導致國內協作機器人在安全性技術上比較缺乏。并且，國內做安全事務的人才大部分集中在航天、軍事、自動化儀表等行業，而在機器人領域的比較少。

第二，機器人零部件問題。關于這個問題的闡述，第一個問題的答案已有所涉及，在此不贅述。

第三，對于國內本土化機器人，重要的問題不在于應用和市場開拓，更主要的是研發問題。

據了解，工業機器人行業的國際標準正在建設中，對國內出口歐美的工業機器人廠商而言，如何在研發過程中融入歐美標準，最終使產品順利滿足出口目的國的安全要求？

韓志雄：我個人的想法是，首先從大中型企業建立標準化組織，帶頭制定企標、行標，把相關的標準引入到企業，使得技術從研發階段就涉及標準。其次，產品實現標準模塊化。比如，控制單元的電路模塊化。最后，積極開始和第三方認證公司以及國內有資質的公司合作，定期參與研討會及培訓等，增加和拓展公司相關技術人員的能力。

“功能安全”在歐洲非常普遍，但在我國仍是一個比較新的概念。“功能安全”的內涵是什么？如何才能在工業機器人領域實現“功能安全”？

韓志雄：目前，“功能安全”各個領域的標準都是歐洲制定的，國內只是等同翻譯了其中一部分。“功能安全”本質上是為了通過保證產品安全功能的可靠執行，來保證操作人員和維護人員生命安全。“功能安全”的相關標準中對產品從概念、需求、設計、測試、安裝、調試、運營和維護、報廢等產品全生命周期都提出了安全管理和技術要求，尤其是對安全回路以及組件的軟硬件設計開發、集成等更是用大量篇幅進行了描述。這些要求的實現，可以從本質上提高工業機器人的安全性。

在實現工業機器人的“功能安全”方面，我認為可以從3點考慮。

首先，國家和行業標準的制定中要引入“功能安全”要求。目前工業機器人的國家標準和行業標準尚不完善，需要增加對“功能安全”的要求，這樣才能給整個行業提供指引。

其次，機器人研發企業或其供應商、用戶要積極學習、研究和落實“功能安全”標準的相關要求。企業是實現功能安全的主體，只有企業參與進來，“功能安全”的要求才能真正落實到機器人產品上。

最后，應引入第三方咨詢、評估機構的參與。“功能安全”標準的核心是對機器人設計中的要求，尤其是安全功能相關的回路，比如控制器。第三方機構作為“功能安全”標準委員會的參與者，在軌道交通、汽車等領域都有豐富的知識經驗，能夠協助企業將標準真正落實到產品上。另外，行業監管者和最終業主也可以根據第三方機構輸出的“功能安全”證書和報告，判斷機器人是否滿足了“功能安全”的要求。

中國已成為世界第一大工業機器人需求國，國內工廠加速自動化生產線投入，有哪些可以作為其考量和選擇工業機器人供應商的指標？

韓志雄：目前我國是工業機器人第一大需求國，也是最大的輸出國。在考核指標上，第一，我們需要和國際上的知名廠商盡量保持一致，比如KUKA、ABB、安川等，這樣有利于我國工業機器人的發展。我們一些機構也推出了機器人的橫評，可以作為參考。第二，主要從性能和安全上考核。性能和應用相關，比如工作空間、自由度、有效負載、運動精度和特性等;安全主要可以從系統上考核，實際上是針對機器人的3個部分和6個系統分別考慮安全，即機械部分、傳感器部分以及控制部分，機械結構系統、驅動系統、感知系統、環境交互系統、人機交互系統以及控制系統。對于關鍵的控制系統、驅動系統甚至機械結構系統，可以要求符合SIL或PL認證。

隨著“工業4.0”逐漸被視為發展趨勢，SGS在工業機器人領域有哪些投入和布局？目前取得了什么成績？

韓志雄：在機器人領域，SGS緊跟“一帶一路”倡議以及“中國制造2025”政策，在以下幾個方面為企業展開服務。

第一，國內標準的制定。SGS先后參與了多達10項的國標、行標、企標、團體標準制定，把我們熟知的標準引入到廠家和標準化組織。

第二，分批次和分地域地組織核心研討會、培訓會和展會，為廠商比較集中的地方提供免費的講解。

目前，我們已經為一些大的企業如海康威視、京東X等提供相關的認證服務，甚至這些服務都開展到了新加坡、荷蘭等國家和地區。我們也為企業提供“功能安全”服務，并且解決了I 4.0 ready的認證，這也是我們以后的主要方向。

為助力我國工業機器人制造進入世界一流陣營，SGS有何良好建議？

韓志雄：智能制造是一個持續的命題，SGS也將持續地助力中國企業，為企業的產品“走出去”把關，我們深切建議未來伙伴關注以下幾點。

首先，需要多和優秀的國外同行以及第三方機構學習，盡快轉變機器人在實用和安全上的觀念，盡早將標準引入企業，盡早地面向國際市場。

其次，更加關注我國現有機器人的不足之處，如元器件靠進口的軟肋，企業應抓住核心內容，搞產學研的綜合發展。

最后，在機器人的研發過程中，引入CE、SIL等相關認證。一方面引進消化國際先進的技術標準，提高機器人的技術水平，避免后期的反復修改;另一方面，也可以使機器人及早具備出口到歐盟等市場的資格。

我們將與制造商一起努力向“中國制造2025”的規劃靠近，升級改造現有的產業布局，夯實工業基礎。