工业机器人视角下制造业的发展探析*

白 净，许 毅

(大连职业技术学院,辽宁 大连 116000)

0 引言

制造业是国民经济的支柱产业，对社会高质量发展具有举足轻重的作用。美国的工业互联网、德国工业4.0、中国制造2025等战略的发布，说明制造业向智能制造的转型已经开始。制造业向智能制造的转型分为硬件设备更新、设备联网、数据打通与智能管理四个渐进阶段，其中第一阶段以更新自动化生产线与生产装备为主，解决途径之一是大量使用工业机器人。

2020年初爆发的新型冠状病毒疫情，其传播速度、防控难度相对于非典时期要大很多，对制造业产生了较大的负面影响。截止目前，新型冠状病毒疫情已经蔓延至全球，诸多企业停工停产，通信设备、电子、机械等多行业受到明显影响。就制造行业而言，行业增长率由2017年的11.6%下降至5.2%[1]，短期来说，疫情事件对制造业的影响主要体现在劳动力、原材料供给不足等方面[2]。处于各类产业链末端的小微企业和劳动力密集型的生产企业，如果经历持续的停产停工，可能面临的是资金链紧张甚至断裂破产的风险，为了更好地应对突发公共卫生事件对制造业的影响，数字化和智能化的转型将被加速。

1 工业自动化程度对制造业的影响分析

工业自动化是指在工业生产中广泛采用自动控制、自动调整装置来代替人工操纵机器和机器体系进行加工生产。由万德资讯统计的数据显示，2014年中国第二产业的劳动生产率已经是2003年的一倍[3]。此外，据国家统计局的数据显示，2018年我国制造业职工的年平均工资比10年前增长了195%，所以劳动力成本的上升也迫使企业降低用人成本。人口红利的消失、劳动力的短缺都是加快企业提升自动化程度的原因。

新冠疫情对于自动化程度较高的企业产生的经济影响较小,例如汽车、装备、电子通信等技术资本密集型行业其复工速度和比例较高，而纺织、服装、玩具、皮革、家具等劳动密集型制造业受到的疫情冲击较大。据中国半导体行业协会统计，2020年上半年我国集成电路产业以16%的速度保持快速增长；据国家统计局发布数据显示，纺织服装行业由于出口、劳动力密集等因素影响，利润下降59.3%。

2 制造业中工业机器人的发展趋势研究

国际机器人联盟(IFR)将机器人从应用环境的角度分为工业机器人和特种机器人。2018年全球机器人的市场结构显示：工业机器人占比为56%，特种机器人占比为44%[4]。其中工业机器人主要面向工业领域，有多个自由度，主要包括工业机器人和工业移动机器人，应用场合为搬运、码垛、包装、喷涂和焊接等；特种机器人能半自主或自主工作，并且能完成特定的服务工作，如服务机器人、军用机器人和农业机器人等，在应对自然灾害和公共安全事件中，对服务机器人有着相对突出的要求，比如家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人等。

在传统的工业制造中，工业机器人在汽车、金属制品、电子和橡胶等行业已经得到了非常广泛的应用。近年来由于传统制造行业发展缓慢和受人工智能的冲击，为了提升生产效率、管理效率、节约成本，企业纷纷向自动化、数字化和智能化转型。新一代智能制造将以(工业)互联网为基础设施，贯穿于设计、生产、管理和服务等制造活动的各个环节。工业机器人主要服务于生产环节，其数字化和智能化发展直接决定了企业的生产效率和生产成本。目前工业机器人的发展态势主要向着人机协作、人工智能、新工业用户、数字化和更小更轻的机器人五个发展方向进行[5]。

(1)数字化。所谓数字化，指在某个领域的各个方面或某种产品的各个环节都采用数字信息处理技术。工业机器人本身就是最典型的机电一体化数字化装备，其技艺附加值高，运用范围广，可提高制造业中生产过程的可控性、减少生产线人工干预。疫情期间，有很多厂家短期内就利用了企业的数字化能力做到了迅速转型，如向口罩生产线的转型。高效、智能的数字化在工业机器人上的运用可以更近一步地帮助企业提高生产效率与能源效率，实现柔性化、智能化的生产。大数据、机器学习、人工智能、物联网、云计算和区块链等数字技术的运用可以实现生产线上远程操控机器人、优化工业机器人的生产效率、实现产品生产的快速转型等。

(2)智能化。工业机器人的智能化除了通过内部传感器和外部传感器感知自身的状态和外部环境的状态外，还可以根据获得的信息进行逻辑推理、判断决策等。工业机器人智能化是系统层面的问题，其智能化涉及到很多的关键技术，比如传感器技术、导航与定位、机器人视觉、智能控制和人机接口技术等[6]。智能化从对客观环境的感知中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于工业智能制造中的实际检测、测量和控制等自动化工作。工业机器人的智能化发展目前已用于解决碰撞的检测与处理、故障的检测与处理、产品不良率的剔除等，能够提升企业生产线的使用效率、产品质量等。但其与机器视觉的融合仍有较大的发展空间，目前我国的研究多集中在物件的智能定位、抓取和自主搬运方面。

(3)人机协作。协作机器人(collaborative robot)简称cobot或co-robot，是和人类在共同工作空间中有近距离互动的机器人，是为与人共同工作并执行相应的生产任务而设定的。科技的发展对生产速度和效率提出了更高的要求，安全和灵活的机器人已经应用于生产线上，实现了与人的合作。协作机器人为重复性任务增加了不知疲倦的耐力，减少了人力成本，且可以通过增加传感器来适应变化，具有较高的灵活性。但其成本较高，尚未得到大规模应用。

(4)新工业用户。2018年汽车行业仍然是全球最大的机器人应用行业，占比为30%，其次为电气、电子、金属和机械行业。但目前新能源电池、环保设备、高端装备和线路巡检等中小型制造企业等都变成了工业机器人的新工业用户，有效提高了制造业整体的自动化水平。

(5)小型化和轻型化。随着工业机器人的应用领域越来越广泛，各生产企业对工业机器人的重量、体积都提出了更高的要求，轻量化、小型化成为一种新的发展趋势。日本爱普生折叠手臂六轴机器人N2，可在现有同级别机械臂60%的工位空间内完成灵活操作；折叠手臂六轴机器人N6采用内部走线设计，其折叠手臂可自然进入高层设备、机器和架子等狭窄空间[7]。

3 结语

公共突发卫生事件会给制造业造成劳动力短缺、生产材料供给不足等影响，使得制造业向智能化转型的要求更为迫切。工业机器人作为工业互联网的载体，是工业4.0的执行终端，是疫情期间实现快速复产的有力推手。新冠疫情过后，工业机器人将加速数字化和智能化的进程，将对制造业实现快速转产、提高生产效率、解决用人危机等方面起到积极的促进作用。

目前“机器人密度”(每万名制造业员工所拥有的机器人数量)已成为衡量国家制造业自动化发展程度的重要指标。我国制造业转型升级才刚刚起步，远没有达到智能制造、无人化生产的地步。工业机器人的数字化、智能化是智能制造全面普及的基础，可真正实现“机器换人”，可有效提高制造业的生产产能和工作效率，加速制造业的转型升级。