工業機器人在制造業轉型升級中的應用

陳輝

摘要：作為首屈一指的制造業大國，我國制造業不僅規模龐大，其門類齊全，是唯一擁有所有工業門類的國家。隨著《中國制造2025》的出臺，我國制造業走入了新的發展階段，面臨著轉型升級的重要任務。對此，工業機器人有著巨大的應用價值。文章基于此，首先分析了工業機器人的發展現狀，繼而探討了工業機器人在制造業轉型升級中的作用，包括變革生產模式、提高生產質量、提高管理效率、緩解用工壓力，最后探討了工業機器人在制造業轉型升級中的應用對策。

關鍵詞：工業機器人;制造業;轉型升級

0? 引言

制造業是國之根本，在國民經濟發展與國家經濟安全中發揮著至關重要的作用。習近平總書記指出“中國必須搞實體經濟，制造業是實體經濟的重要基礎，自力更生是我們奮斗的基點。”歷經四十余年的改革開放，我國經濟建設取得了巨大的成就，不僅躍升為世界第二大經濟體，更成為世界工廠，制造業規模位居世界首位。根據國家統計局發布的數據，2019年，我國制造業增加值同比增長6%，制造業規模為美、日兩國之和，初步形成了門類齊全、獨立完整的制造體系。我國制造業在快速發展的同時，也面臨著嚴峻的挑戰，一方面，當今世界，逆全球化思潮泛濫，美、日、德等主要工業國均將制造業作為提振經濟的關鍵，我國制造業競爭壓力加劇，另一方面，我國制造業總體上處于大而不強的局面，高精尖技術與發達國家仍有不小的差距。因此，實施創新發展戰略，推動制造業轉型升級就成為當前的重要任務。

1? 工業機器人發展現狀

工業機器人作為工業技術發展的標志性產物，是一種技術高度集成的工業裝備，在現代生產中發揮著重要的作用。第一臺工業機器人誕生于上世紀50年代末，美國機器人學家約瑟夫·恩格爾伯格利用伺服系統的相關靈感，開發了“尤尼梅特”工業機器人，并于1961年投入使用。盡管第一臺工業機器人的功能非常簡單，僅是重復操作某些指令性的動作，但卻開啟了工業機器人在生產中的應用之路，展現了工業機器人廣闊的應用前景。特別是2004年到2015年期間，我國工業機器人市場規模平均增長率在25%以上，遠遠高于其他國家。在現代科技發展的影響下，工業機器人呈現出新的發展特征，逐漸朝高性能、柔性化、智能化的方向邁進。根據國際機器人聯合會發布的《全球機器人2019（World Robotics2019）》，2018年，工業機器人全球銷售額165億元，其中中國占全球市場的36%。隨著國內研發投入的不斷加大，工業機器人自主品牌占比也在提升，當前，自主品牌工業機器人在本土市場的份額已經提升到27.88%，并且呈進一步增加的態勢。

2? 工業機器人在制造業轉型升級中的作用

2.1 變革生產模式

生產模式的變革是制造業轉型升級的重要內容，而工業機器人則是生產模式變革的有效支撐。從德國、日本等工業強國的發展現狀來看，工業機器人的應用使生產線得到了優化，也為制造業帶來了更高的品質和效率。優化生產分工，合理配置資源是工業機器人在制造業轉型升級中的重要作用。以協作機器人為例，在不同的工作場景中，協作機器人能夠和工人協同完成復雜的任務，比如，協作機器人負責重復操作，且工作量較大的任務，如取放大型器材等，工人則負責一些精密的裝配工作。新型的分工模式將工人從繁雜的工作束縛中解放了出來，為工人開展其他工作提供了條件。不少行業具有一定的生產風險，盡管國家高度重視生產安全，我國制造業每年的安全事故仍然為數不少，特別是一些特種行業。工業機器人的應用也大幅度降低了生產中的風險，因為在一些安全風險較高的環節中，工業機器人能夠替代人工，最大限度地保障了人工安全。

2.2 提高生產質量

對現代制造業而言，產品規格的標準性與產品質量的穩定性是衡量制造業水平的重要指標。傳統的生產方式雖然有操作規程，但工人在工作中容易受內外部因素的影響，無法保證產品的高質量和穩定性。工業機器人的應用在克服此一問題中發揮著突出的作用。以焊接機器人為例，作為應用最為廣泛的工業機器人之一，焊接機器人能夠自動完成工件的傳送和焊接，在汽車工業等多個制造業領域有著巨大的應用價值。焊接機器人具有很高的自動化焊接水平，既提高了生產的效率，也保證了產品質量的穩定性。安裝速度傳感器能夠進一步提高焊接機器人的工作效率。從工業機器人的應用實踐來看，德國等老牌工業國家通過在工業機器人上安裝速度傳感器，并在系統中結合電弧傳感器技術，極大地提高了焊接機器人的工作性能。焊接機器人能夠自動跟蹤焊縫，并進行焊接處理。從長遠的角度來看，工業機器人的智能化水平將持續提升，具備自我分析故障、應急處理等功能。

2.3 提高管理效率

制造業轉型升級是一項系統性工作，既包括技術層面的創新、發展，也包括管理層面的優化、完善。在傳統企業的管理中，制度管理居于中心地位。企業根據生產活動的流程，制定細致的規章制度，并安排專業的管理人員，負責制度的實施與監督。制度管理以人為對象，難免會出現人為的偏差，既會影響管理效率，也不可避免地會提升管理成本。對此，工業機器人的應用有著重要的價值。工業機器人具有可重復性，企業只需設定正確的參數，便可讓工業機器人按照指令去完成，能夠有效降低生產中的人為操作風險，提高生產計劃的精確性，保障生產活動的有序開展，從而提高管理效率。在市場競爭日益激烈的今天，制造業企業產品升級換代的速度也在加快，工業機器人在適應不同工件的生產中具有顯著的優勢，可以通過修改程序來完成，機器人本體并不需要做太多的改動，有效減少了企業在新產品生產中的調整時耗，降低了設備更新的整體成本。

2.4 緩解用工壓力

改革開放初期我國經濟的迅猛發展和巨大的人口紅利有著密切的關系，而隨著社會經濟的不斷發展與人口老齡化的加劇，制造業的人口紅利逐漸消失，企業面臨著兩大問題：一是用工荒日益嚴峻。不少企業存在招不到人的現象，特別是珠三角、長三角等制造業高度密集的地區，每到春節后，招工難成為困擾企業的首要因素;二是人力成本不斷提升。從近年來制造業工人的平均薪酬來看，單個工人的用工成本在8-12萬/年左右。制造業企業工人數量少則數十人，多則上百人、數百人，人力成本成為企業成本支出的大頭，部分企業人力成本在總制造費用中的占比已經突破50%，既給企業帶來了巨大的資金壓力，也不利于企業的可持續發展。

對此，工業機器人的應用具有重要的作用。工業機器人具有強大的生產能力，能夠減少作業工人的數量，以長三角某制造業企業為例，引入22臺工業機器人后，作業工人數量從原先的144人銳減為26人。不僅如此，工業機器人具有顯著的成本優勢，一臺工業機器人的成本在4-6萬/年，僅有工人的1/2。

3? 工業機器人在制造業轉型升級中的應用對策

3.1 加大政策扶持力度

工業機器人在制造業的戰略發展中占據著重要的地位，國家層面高度重視工業機器人的發展，先后頒發了系列扶持政策。2015年，國務院出臺《中國制造2025》，將機器人發展作為九大戰略任務和部署的重點，為工業機器人的發展名曲了方向。2016年，工信部、發改委、財政部等多個部委聯合印發了《機器人產業發展規劃（2016-2020 年）》，明確了機器人產業發展的目標和方向。2017年科技部出臺《“智能機器人”重點專項2017年度項目專項申報指南》，工業機器人是申報的六個方向之一。各省市區，特別是制造業強省，也出臺了大量的政策性文件，如江蘇《江蘇省裝備制造業調整和振興規劃綱要》將工業機器人作為重點發展項目。為了強化工業機器人在制造業轉型升級中的作用，要進一步強化工業機器人的政策扶持力度，并細化政策內容，提高政策的可操作性。

3.2 提高自主創新能力

工業機器人既是生產工具，也是反映國家制造業綜合實力的重要載體。作為制造業大國，我國面臨著制造業轉型升級的急迫任務，工業機器人的需求量非常大，這一點從我國每年裝機的工業機器人位居世界首位，超過歐美之和便可以看出。但總體上，我國工業機器人的自主化率并不高，自主品牌在市場中的占比尚不到1/3。因此，大力開發具有自主知識產權的核心技術，提高自主創新能力就成為工業機器人發展、應用的重點。從企業層面而言，要加大工業機器人研發的投入力度，逐步從中下游系統集成方面向上游領域轉變，突破工業機器人發展的重點，形成技術優勢與品牌優勢。從高校層面而言，要加大校企合作的力度，推動產教融合的深入開展，發揮高校智力資源在支撐工業機器人發展中的作用，推動工業機器人的穩步發展。

3.3 擴大生產應用范圍

制造業轉型升級是一項系統性任務，指制造業整體的轉型升級，而非制造業內部某個門類的轉型升級。從工業機器人的發展趨勢來看，工業機器人在制造業中的應用中處于不斷拓展的態勢。得益于研發技術的進步以及工作性能的提升，工業機器人生產應用范圍大為擴大，除了傳統的汽車制造、金屬制品、化學制品外，工業機器人逐漸向輕工業領域延伸，成為家具制造、玻璃制造等中的重要輔助工具。從工業機器人的類型來看，我國工業機器人以上下料機器人為主，常見類型還有裝配機器人、焊接機器人等。總體而言，工業機器人還有巨大的應用空間。當前工業機器人多作為人工的輔助而存在，而隨著智能化、網絡化水平的不斷提升，工業機器人將在制造業中發揮更加顯著的作用，成為推動制造業變革的關鍵性力量。

4? 結語

作為現代工業生產的重要輔助工具，工業機器人不僅有很高的性能，更有著廣闊的應用前景。從工業機器人的發展趨勢來看，智能化、網絡化成為主流，這將進一步提高工業機器人在制造業轉型升級中的作用。因此，必須從加大政策扶持力度、提高自主創新能力、擴大生產應用范圍等角度采取好措施。

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