工業機器人視角下制造業的發展探析*

白 凈，許 毅

(大連職業技術學院,遼寧 大連 116000)

0 引言

制造業是國民經濟的支柱產業，對社會高質量發展具有舉足輕重的作用。美國的工業互聯網、德國工業4.0、中國制造2025等戰略的發布，說明制造業向智能制造的轉型已經開始。制造業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機器人。

2020年初爆發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，諸多企業停工停產，通信設備、電子、機械等多行業受到明顯影響。就制造行業而言，行業增長率由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]。處于各類產業鏈末端的小微企業和勞動力密集型的生產企業，如果經歷持續的停產停工，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公共衛生事件對制造業的影響，數字化和智能化的轉型將被加速。

1 工業自動化程度對制造業的影響分析

工業自動化是指在工業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。由萬德資訊統計的數據顯示，2014年中國第二產業的勞動生產率已經是2003年的一倍[3]。此外，據國家統計局的數據顯示，2018年我國制造業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受到的疫情沖擊較大。據中國半導體行業協會統計，2020年上半年我國集成電路產業以16%的速度保持快速增長；據國家統計局發布數據顯示，紡織服裝行業由于出口、勞動力密集等因素影響，利潤下降59.3%。

2 制造業中工業機器人的發展趨勢研究

國際機器人聯盟(IFR)將機器人從應用環境的角度分為工業機器人和特種機器人。2018年全球機器人的市場結構顯示：工業機器人占比為56%，特種機器人占比為44%[4]。其中工業機器人主要面向工業領域，有多個自由度，主要包括工業機器人和工業移動機器人，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、醫療服務機器人和公共服務機器人等。

在傳統的工業制造中，工業機器人在汽車、金屬制品、電子和橡膠等行業已經得到了非常廣泛的應用。近年來由于傳統制造行業發展緩慢和受人工智能的沖擊，為了提升生產效率、管理效率、節約成本，企業紛紛向自動化、數字化和智能化轉型。新一代智能制造將以(工業)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節。工業機器人主要服務于生產環節，其數字化和智能化發展直接決定了企業的生產效率和生產成本。目前工業機器人的發展態勢主要向著人機協作、人工智能、新工業用戶、數字化和更小更輕的機器人五個發展方向進行[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節都采用數字信息處理技術。工業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機器人上的運用可以更近一步地幫助企業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、優化工業機器人的生產效率、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和外部環境的狀態外，還可以根據獲得的信息進行邏輯推理、判斷決策等。工業機器人智能化是系統層面的問題，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]。智能化從對客觀環境的感知中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于工業智能制造中的實際檢測、測量和控制等自動化工作。工業機器人的智能化發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行相應的生產任務而設定的。科技的發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，尚未得到大規模應用。

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

(5)小型化和輕型化。隨著工業機器人的應用領域越來越廣泛，各生產企業對工業機器人的重量、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

公共突發衛生事件會給制造業造成勞動力短缺、生產材料供給不足等影響，使得制造業向智能化轉型的要求更為迫切。工業機器人作為工業互聯網的載體，是工業4.0的執行終端，是疫情期間實現快速復產的有力推手。新冠疫情過后，工業機器人將加速數字化和智能化的進程，將對制造業實現快速轉產、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”(每萬名制造業員工所擁有的機器人數量)已成為衡量國家制造業自動化發展程度的重要指標。我國制造業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”，可有效提高制造業的生產產能和工作效率，加速制造業的轉型升級。