制造业数字化转型升级 工业机器人市场再度走热
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  目前,我国已处于刘易斯拐点,人口红利即将用尽,民工荒一次次爆发,招工难和劳动力成本上升困扰着制造业。在这样的背景下,让机器人走入工厂代替人工,是不少制造业企业的应对方法。

  近日,国家统计局发布的2012年统计公报显示,截止2012年末,我国大陆15至59岁劳动年龄人口为93727万人,比上年末减少345万人,占总人口的69.2%,比上年末下降0.6个百分点,老年人口比重继续攀升。曾一度推动中国经济增长的重要优势人口红利已经在衰减,中国的制造业要想继续增长,必须谋求新的办法,而用机器人代替人工劳动力,就是这样的办法之一。

  机器人时代的来临已经势不可挡。据美国电气和电子工程师协会(ieee)最新数据,目前全球已部署了100多万台各种工业机器人。其中日本的机器人数量位居世界第一,工业机器人规模近40万台,占全球总量的40%。据了解,巨大的劳动力缺口已使中国成为世界上工业机器人增长最快的国家之一。2004年以来,国内机器人市场保持40%以上的年均增长率,2011年更是高达51%,位居全球第一。目前,我国机器人绝对拥有量为23000台,列世界第三位,仅次于日韩。

机器人与制造业

  反观人类近代史,随着工业化的推进,机器不断替代人工。也正是得益于机器,人类才从众多低端、笨重、重复性的工作中解放出来,从事更有创造性的活动,进行学习、研究、创新、交流及艺术创作等等。

  中国曾经凭借充足且低廉的劳动力,发展成为世界上最大制造业大国。但人口红利不可能永远持续下去,人口红利必须向人才红利转变。工业机器人再次将人工解放,缓解了制造业企业的用工压力,对我国的产业升级也有重要意义。

  机器人在担当简单繁重甚至危险的低端劳动任务的同时,也创造出上游的高端技术岗位,从生产线上解放出来的年轻人可以学习操控机器人软件、应用和维修,变为机器人的应用工程师和软件工程师,有利于提高自身价值和整个制造业的含金量。

  随着科技的发展,诸多技术渐有大融合的趋势,特别是在工业以太网在工业生产中的大规模应用,工业机器人与信息网络大有融合应用的发展趋势。

  众所周知,全球自动化的发展趋势越来越明显,工业机器人的应用也越来越广泛。当前的工业生产中工业以太网也进入大规模应用阶段。今天,互联网也是经济发展主流,然而越来越多的人士却预测机器人和自动化技术将是下一步改变世界的革命性技术。

  就应用情况来看,近3年市场需求激增,并且由汽车产业向电力和电子、机床、化工等诸多领域拓展,市场需求空间大。2010年开始我国工业机器人需求量激增,比2009年增加了1.7倍,2011年比2010年增加51%,预计到2014年需求量将达到3.2万台,成为全球最大的需求国。这主要是因为我国劳动成本快速上涨,一些企业开始用工业机器人替代人工。

工业机器人

  随着自动化工业机器人技术与工业以太网的齐头发展,两者融合的趋势也愈发明显。未来会向智能机器人发展。机器人的生产,机器人机构是载体,更多地取决于功能内涵。机器人水平高低取决于控制、软件、智能等技术。没智能的机器人只是低端机器人。

  机器人的未来发展需要信息化、网络化支撑,依赖于控制技术、传感技术的发展。未来的工业机器人将是典型的物联产品。控制、微电子、传感、新材料等技术的发展,都将为智能机器人提供基础条件。在这些机器人相关支撑技术发展后,机器人专家再研究如何融合创新,让机器人向智能机器人发展。

  汽车制造业成为机器人的最大市场

  机器人诞生后最先是在工业中得到了广泛应用。工业机器人的应用使生产面貌大为改观,许多繁重、重复单调、有毒、有害和危险的作业已由机器人来完成,生产的自动化程度大为提高,出现了许多无人车间和无人工厂,产品品质、生产效率和企业对市场快速应变能力的提高,促使生产力快速发展。

  目前工业机器人已广泛地用于汽车、机械加工、电子和塑料制品等工业领域中。在工业生产中,弧焊、点焊、装配、喷涂和搬运等作业用的工业机器人都已被大量地采用。随着科学与技术的发展,工业机器人的应用领域也随着不断地扩大。现在工业机器人的应用已开始扩大到核能、采矿、食品、船舶和建筑等工业的新领域中。工业机器人是一种可编程的柔性自动化设备,它对不同的生产环境和作业要求具有很强的适应性,人所从事的作业,许多都能由机器人来完成。因此,用来完成不同生产作业的工业机器人的种类愈来愈多。具有特殊作业功能的工业机器人层出不穷。例如超净真空作业机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、激光切割机器人、擦玻璃机器人、高压线作业机器人和加工作业并联机器人等等,种类繁多、不胜枚举。

  机器人技术的发展势头很猛,目前在非工业应用领域中,机器人技术的应用也正在迅速的扩展开来。例如在农业、林业、生物医学、畜牧养殖、空间和海洋开发、防火救灾、军用装备等方面也都开始应用机器人技术。微小型机器人和仿生机器人也成为当前机器人技术发展的重要方向。机器人技术的进步和应用领域的扩大,促进了科学与技术的发展。同时,科学技术的发展也对机器人技术不断提出新的要求,从而促使机器人技术进一步提高和新型机器人的不断出现。

机器人与汽车制造

  在我国,工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业,主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。目前,由于机器人技术以及研发的落后,工业机器人还主要应用在制造业,非制造业使用的较少。据统计,近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业。可见,汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。

  随着我国汽车工业的发展和对自动化水平要求的不断提高,将为焊接机器人市场的快速增长提供了一个良好的机会。预计国内企业对焊接机器人的需求量将以30%以上的速度增长。从机器人技术发展趋势看,焊接机器人不断向智能化方向发展,完全实现生产系统中机器人的群体协调和集成控制,从而达到更高的可靠性和安全性。而采用焊接机器人的汽车生产企业在高技术、高质量、低成本条件下必将获得高速发展,也必将为汽车产业的发展带来新的生机。

  电子制造业的机器人市场潜力不可预测

  富士康之所以有底气全面叫停招聘工作,很大程度上是源自于其人工与自动化生产线分工上的调整。自从郭台铭宣布百万机器人计划后,一些引进了自动化生产线以及机器人的富士康工厂已经显现出了效果。原先需要二三十人的组装线,如今可缩减到5人,所做的工作也仅是操控机器人,大大减轻了工人的劳动强度。而且机器人可持续工作,便于管理,有效地提升了生产效率和产能。面对诸多利好,富士康也正积极地实施从手工时代迈向机器人时代的发展战略。

  据河南省洛阳市宜阳县产业工业园相关工作人员介绍,该县正在积极筹建富士康科技集团宜阳项目指挥部。这个总投资接近30亿元的机器人项目已确定将落户洛阳。

  而在山西晋城,富士康的机器人项目也已全面展开。郭台铭此前表示,2016年定位为智能化机器人生产基地的山西晋城富士康产值可突破500亿元。对机器人的大规模参与生产,郭台铭表示,在5~10年内在大陆将出现首批完全自动化的工厂,并在数年内通过自动化消除简单重复性的工序。

  富士康招工急刹车的原因很多,除了苹果公司因iPhone5销售原因削减采购而导致的减产以及富士康大幅提升员工待遇而赢得较高返厂率之外,富士康CEO郭台铭在之前宣布的百万机器人项目的陆续开展也是其全面停止招聘工作的一个重要原因。而随着机器人的逐步介入、自动化升级,制造业智能化生产也开始进入新阶段。

  数字化制造转型 机器人必不可少

  随着有大变强的转型升级,以自动化、数字化为基础的智能化生产也在逐步被关注和应用。富士康大规模引进机器人参与生产也说明了目前国内制造企业已经开始谋求在智能化中寻找新的发展方式。

机器人

  同济大学现代制造技术研究所名誉所长张曙表示,国内一些制造企业开始大量引进自动化生产设备、技术,给行业传递了一个信息:智能化方式进行生产的概念正在觉醒,并进入到了上升通道之中。虽然目前很多企业所引进的机器人还都属于工业机器人范畴,不能算作智能机器人,但工业机器人所代表的自动化技术却是智能化的基础。自动化机器人的大量引进对于智能化以及行业的发展都起到了推动性和示范性的作用。而这些作用将大大促进我国机器人产业的发展。张曙进一步解释说,我国机器人产业发展的水平相对滞后,在智能软件匹配、信息物理融合等方面都与国际领先水平存在着相当的差距。但随着市场需求的导向以及行业的关注,势必会推动机器人行业的发展。最直观的应该表现在价格上。目前制约机器人自动化大规模进入生产的应该就是成本问题。人工成本与机器人价格的博弈,从目前看优势并不明显,但机器人应用日益广泛以及批量生产后会促使价格下降,那时候将是自动化生产一个爆发阶段。

  张曙同时也表示,对我国机床行业而言,在这次自动化的浪潮中蕴涵着新的机遇。机器人自动化的技术在目前而言并非高不可攀,其与数控系统具有通性。广州数控公司正在通过数控系统延展进入机器人领域。这也是正途,日本发那科是全球最大的机器人生产厂商,而本身就是依据自身的数控系统的优势实现的机器人生产。不过张曙也告诫国内的机床企业,在发展自动化的进程中,不要为了自动化而自动化,从而忘本逐末,目前我国机床的问题还是主要集中在可靠性与质量上,浮躁地追逐尖端概念、噱头,并不能真正实现智能化生产,完成由大变强的使命与任务。

  目前,我国机床生产企业也逐渐地认识到了市场对于自动化的需求,并在柔性自动化生产线和加工单元方面进行大量的研究。目前已经有一批具有柔性化、自动化、智能化的产品推向了市场,如沈阳机床的TURNKEY20jcyc自动生产线、RLS50柔性自动化加工单元和ETC及自动化加工单元、大连机床集团有限责任公司的DXHS-0001活塞加工自动生产线和小型零件自动加工单元、北京第一机床厂的B1-ZX001汽车零件加工自动生产线、安阳鑫盛机床股份有限公司的XSHS-01发动机活塞柔性自动加工单元、纽威数控装备(苏州)有限公司的FMS-002汽车后轮毂加工自动线、南通科技投资集团股份有限公司的轮毂柔性自动加工单元。在未来,自动化以及智能化的加工单元将成为提高主机企业市场竞争力的有力法宝。

  智能化技术是抢占未来市场的制胜法宝

  当代工业机器人技术发展,一方面表现在工业机器人应用领域的扩大和机器人种类的增多,另一方面表现在机器人性能的不断提高和向智能化发展。前者是指应用领域的横向拓宽,后者是指在性能和水平上的纵向提高。机器人应用领域的拓宽和性能水平的提高,二者相辅相成、相互促进。应用领域的扩大对机器人不断提出新的要求,推动机器人技术水平的提高,反过来,机器人性能与智能水平的提高,又使机器人扩大应用领域成为可能。第一代示教再现型机器人,在生产中已得到广泛的应用。示教再现型机器人可以按照示教程序重复工作,但由于它对外界环境的变化没有感知功能,因而,它不可能根据外界环境变化而改变自身的运动功能和作业能力。因此,在复杂多变的作业环境下,这种示教再现型机器人,显然就不能胜任工作了。

  第二代具有感知功能的机器人,通过传感器系统(如视觉、触觉、接近觉%%)可以及时地了解到外界环境的变化。并根据外界的变化,对机器人的运动进行实时的修正。这种感知功能不仅能从环境中获取和处理多种信息,而且还能通过这些信息去识别和理解环境的变化。因此,这种具有感知功能的第二代机器人,可以完成例如视觉引导、零件装配、打毛刺、曲面和焊缝跟踪等更为复杂的任务。第三代智能机器人不仅具有感知功能,而且还要具有一定决策和规划的能力。当机器人要在复杂的未知环境中,从事不可预料的工作任务时,就要求机器人不仅具有视觉和触觉等感知功能,而且还要有能自主地决定行动的能力。智能机器人应具有以下三个基本功能;任务理解、环境理解和行动规划等功能。智能机器人通过任务理解功能得

  到作业任务和行动目标,并且根据环境理解功能获得关于环境初始条件及环境变化的信息,通过行动规划功能自主地决策出达到目标的最优行动方案。但是,目前机器人做到完全自主还是十分困难的,因为尚有许多相关技术还达不到完全自主的智能机器人的要求。虽然世界上有许多科学家多年来一直致力于创造出能完全自主行动的智能机器人,但由于许多关键技术不过关,所以科学家的这一愿望至今尚未能完全实现。当前机器人向智能化发展的更为现实的出路是:在机器人向智能化方向发展的过程中,目前尚不能完全离开人的干预和摒弃人的作用。由于技术上的原因,当某项自主功能目前机器人尚不能做到的时候,可先通过人的参与,由人来实现。即发挥人和机器人各自的特长,建立一个人机交互的遥控自主或局部自主的智能机器人系统。

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