工业机器人：如何扎好智能制造的“根”

王元元

尽管目前中国工业机器人与智能制造不断发展的需求仍有差距，但在过去的几年中，这个领域一直在高速发展

偌大的空间里，几百台“机械手臂”错落有致地来回摇摆，快速精准地完成取材、切割、钻孔、喷涂等一系列工序。

这是维尚家具集团（尚品宅配）位于制造业重镇——佛山生产车间里工业机器人的“劳作”场景。

在珠三角地区，这样的场景几乎随处可见，而在辐射更广的长三角、京津冀乃至整个东部沿海制造业聚集区，工業机器人也已悄无声息地走进工厂车间。

“工业机器人是智能制造中一个不可或缺的关键智能设备，是企业实现智能制造的一个支撑基础。”在中国机器人产业联盟执行理事长宋晓刚看来，这是制造业智能转型的必然趋势。

海信智能工厂内工业机器人的工作场景

国家重大技术装备办公室主任、工信部装备工业司司长李东在接受《瞭望东方周刊》专访时也表示，工业机器人是推动和支撑智能制造发展的关键技术装备之一，未来在制造业领域的应用会很广泛。

“但我们必须看到，目前外国品牌仍在国内市场占据主要地位，而国产工业机器人仍存诸多不足，发展空间很大。”李东对本刊记者强调。

“机器换人”为什么越来越快

工业机器人的概念最早由美国人戴沃尔于1954年提出。4年后，美国人英格伯格、德沃尔就制造出了世界上第一台工业机器人，外形像坦克的炮塔，配有可转动的大、小机械臂，可抓放零件。

随后，工业机器人开始从美国流入欧洲，乃至遥远的日本，引发了关注。

上世纪70年代后，工业机器人的研究与开发进入一个新阶段，产品开始应用到一些工业生产领域。

中国工业机器人的萌芽也大致始于同一时间。

当时，由于改革开放初期企业技术改造的需要，上海出现了以数控技术为基础的工业机器人，如上海针织九厂的插销板控制机器人、上海同和电机厂的压铸用机器人。

到80年代，中国开始将工业机器人的研发列入国家计划，组织专家进行技术攻关;而“九五”之后，工业机器人的研发转变为围绕制造业的实际需求，力图把工业机器人从实验室中带到工厂的生产线上。

这期间，中国才出现一批真正意义上的机器人生产企业，包括目前在国内工业机器人领域排名靠前的沈阳新松、哈工大旗下的博实等。而彼时，国外工业机器人四大家族——ABB、发那科、安川、库卡均早已在中国落户。

“当时国内的制造业得益于廉价的劳动力成本正处于黄金时期，对工业机器人的需求基本可忽略不计，国内的工业机器人市场尚处于未开发阶段，有产品也没人买。”新松机器人自动化公司总裁曲道奎告诉《瞭望东方周刊》。

但是，进入21世纪后，全球制造业的成本都在提升，中国也不例外，尤其是劳动力成本上涨明显。有数据显示：2004～2013年的十年间，中国制造业从业人员的平均工资增长了3倍。

而能够实现自动化生产的工业机器人此时便成了不少制造企业解决人力成本上涨压力、实现转型升级的利器。越来越多的工厂开始引入工业机器人替代传统工人，机器换人逐渐成为现实。

“一个机械手臂可以连续工作24小时，相当于3个工人的工作量。”维尚家具集团副总裁黎干对《瞭望东方周刊》说，他们用工业机器人换掉了600～800个工人，“按800人、每人每年7万元工资来算，机器换人一年就节省了5600万元。”

根据国际机器人联合会（IFR）的统计数据：中国自2013年开始，已连续3年超越日本成为全球最大的工业机器人消费市场，市场销量占到全球工业机器人市场份额的四分之一以上。

“随着智能制造战略的深入推进，工业机器人的市场潜力还会被进一步激发。”曲道奎说，这对国内机器人产业是个难得的机遇。

国产机器人究竟行不行

不过，让宋晓刚有些诧异的是，外界虽多半知道工业机器人跟智能制造有关系，但并不十分清楚工业机器人到底在智能制造中扮演何种角色，“很多人认为智能制造就是‘机器换人，工业机器人就等于智能制造，这是误解。”

他向《瞭望东方周刊》解释说，“机器换人”只是智能制造的一个最直接表现，不能完全代表智能制造，“工业机器人是智能装备的重要基础，而智能装备又是智能制造的实现端。”

尴尬的是，在伴随智能制造而来的如此庞大的工业机器人市场中，国产机器人并不占优势。

公开资料显示：2015年以前，中国市场消费的工业机器人超过70%都是以“四大家族”为代表的国外品牌，国内市场的高端机器人应用领域几乎被洋品牌垄断。

在曲道奎看来，这很正常——因为国内机器人产业起步较国外晚几十年。“但国产机器人近几年在国内市场的发展行情非常好，市场占比已经从以前的10%上升到2015年的30%，接下来还会继续涨 。”

但他并不否认，目前国内整个机器人行业的水平还比较低，产业发展不均衡。这也是李东在多个场合反复提及的，“比如产业链关键环节缺失、核心技术创新能力薄弱、企业‘小、散、弱 等。”

其中，产业链不完善导致的核心零部件受制于国外问题，一直被视为阻碍国内机器人产业发展的最大难点。即使像新松这样的行业龙头公司，工业机器人所用的启动器、电机、齿轮等关键零部件也都是采自国外。

北京航空航天大学机器人研究所教授王田苗此前在接受本刊记者采访时就直言：国产机器人中80%～90%使用国外减速器，60%～70%使用的是国外电机、40%～50%使用国外控制器。

但曲道奎认为，“不能一说我们的零部件是国外的就觉得国产机器人不行。”

在他看来，零部件对机器人产业固然重要，中国也需要加大在零部件上的投入，但不能用零部件来衡量整个产业的技术水平，“在全球化时代，我们要做的是快速整合上下游的产业链，为我所用，而不是关起门来去研究技术，因为产品的更新换代非常快，可能你研究出来又过时了。”

曲道奎说，国内机器人制造商现在最应该思考的是，如何让产品更符合智能制造的需求，这样才能在跟国外品牌的竞争中占得先机。

“仍需追赶”的是什么

从制造企业的实践来看，国产机器人和国外机器人虽有一定的差距，但各有所长，并非零和竞争的关系，反而能实现互补。

海信集团质量与制造管理部副部长康凯对此感触颇深。海信位于贵阳的电视生产工厂，正是工信部公布的64个2016年智能制造试点示范项目之一，生产环节装备的工业机器人数量近1200台。

“我们的供应商既有新松这样的国产品牌，也有ABB、库卡在内的国外品牌。目前，我们使用国产机器人的比重是高于国外品牌的。”康凯对《瞭望东方周刊》说。

不过他也认为，与国外机器人相比，国产机器人在产品种类的丰富度、产品性能的可靠性和稳定性等方面，确实存在一定差距。而后者，一直是企业采购机器人产品时最主要的考量因素。

海信2014年曾采购了用于打螺钉的国产工业机器人，在其使用过程中有时会出现不能正确抓取钉子的情况。

“最初海信对工厂进行智能化改造所使用的国产机器人多半会出现一些性能问题。这个过程，需要花大量时间去调试机器人产品，既耽误生产时间，也增加了生产成本。”康凯说。

之后，在一些对产品精密度、稳定性要求高的环节，海信选用了国外机器人产品，比如六轴机器人，而在一些诸如车间搬运的基础环节，则使用国产机器人，如AGV移动机器人。

宋晓刚也坦承，国外机器人在系统感知、判断方面以及产品本身的可靠性和稳定性都更胜一筹，“国产机器人仍需追赶。”

不过，在康凯看来，目前制造企业使用的工业机器人，多是实现把物体从一个地方拿到另一个地方这样的点对點转移，即便是较为高级的六轴机器人也是如此，只是灵活度较高，能够自由旋转罢了。

“这些机器人还做不了一些复杂的动作，并不能完全满足企业智能化改造的需要。”康凯说，机器人生产商还是要不断提高产品的性能，比如功能单一的包装码垛机器人，精度要求为0.01毫米，就并非所有生产商的技术都能达到这一要求。

国产机器人的突围机会

不可否认的是，无论是国产机器人还是国外机器人，目前都还不能完全满足智能制造的需要。

宋晓刚认为，未来整个机器人产业要解决的重要问题是如何满足不同行业对机器人产品提出的不同需求，“生产商不可能为每个行业都生产不同的机器人，那样成本太高，也不是根本的解决之道。”

相关部门已经注意到了此类问题。国家发改委和工信部正在推进的机器人示范应用项目，即是在一个行业内选择两家企业去做机器人应用的标准化示范，以期为整个行业未来的智能化改造提供样本。

这是一种可行的解决路径，但并非唯一。

宋晓刚希望国家能够建立一个面向全行业的机器人研发设计平台，平台只需设计出一些标准化的控制模块、硬件模块，然后机器人生产企业可在此基础上，根据不同行业的需求对最终成型的机器人进行功能设计的调整。

“这样既能缩短机器人产品的研发周期，也能最大限度地整合行业资源。”宋晓刚说，这是国产机器人的突围机会，因为国外厂商对中国制造业的了解比不上国产厂商。

此外，康凯希望未来应用于生产车间的工业机器人能够有两方面的改进：一是在体积上能变得更小、更安全;二是机器人产品的调试变得更简单。

“工厂现在使用的工业机器人必须固定在某一区域内，还需用框架将其圈起以免误伤工人，但如此一来，机器人所需的占地空间就很大。”他说。

除此之外，目前无论是国产机器人还是国外机器人出现故障和切换不同生产线的调试维修时间都很长。

“一般都需要半个小时，甚至更长，这意味着整个生产线都要停工，企业损失很大。”康凯说，如果能把调试时间降低到十分钟左右，对企业生产的影响就属于可承受范围了。

但在康凯看来，这些都还只是基于产品本身的变革，而未来机器人跟制造业结合的最终目标应该是默契的人机协作，“机器人和工人能在同一条生产线上相互配合完成工作，而不是现在的各干各的，互不干涉。”

这也是曲道奎的愿景，“不能把机器人仅作为新型的工业设备，而要把它当作改变整个制造业形态和模式的利器——要上升到这个高度，中国机器人产业才能有强大的生命力，才能可持续发展。”