近年來，先進(jìn)制造、智能制造等話題逐漸成為全球焦點(diǎn)。2021年10月6日，香港行政長官林鄭月娥在《行政長官2021年施政報(bào)告》提出“再工業(yè)化要扎根香港，創(chuàng)新要成為香港新的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力”，并提出在香港建設(shè)兩個(gè)先進(jìn)制造中心的愿景。10月13日，廣東發(fā)布《廣東省科技創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃》，明確提出粵港澳大灣區(qū)國家技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)方案，“以智能制造和裝備為重點(diǎn)，突破“瓶頸”技術(shù)，鍛造“長板”技術(shù)，構(gòu)建全鏈條產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”，通過先進(jìn)制造技術(shù)為新興產(chǎn)業(yè)成長、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和未來產(chǎn)業(yè)布局提供有力支撐。上述政策的引入，為中國傳統(tǒng)制造業(yè)升級(jí)、尋求新動(dòng)能奠定了良好的基礎(chǔ)和鋪墊，進(jìn)一步推動(dòng)了“中國制造”向“中國制造”的轉(zhuǎn)變。
隨著國內(nèi)制造業(yè)的逐步轉(zhuǎn)型，工業(yè)生產(chǎn)對自動(dòng)化的需求開始從單機(jī)設(shè)備向全自動(dòng)設(shè)備和生產(chǎn)線轉(zhuǎn)移，對全自動(dòng)生產(chǎn)線的柔性化提出了需求。隨著柔性需求的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的調(diào)整能力差、智能化程度低的機(jī)器人逐漸無法適應(yīng)生產(chǎn)線，適應(yīng)柔性制造的智能協(xié)作機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。靈活、安全、緊湊的智能協(xié)同機(jī)器人，既能滿足企業(yè)的柔性生產(chǎn)需求，又能解決傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人投資規(guī)模大、投資回報(bào)周期長、靈活性有限的問題，讓不同規(guī)模的企業(yè)輕松實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化，加速“智能制造”的普及落地。
當(dāng)今世界，主要發(fā)達(dá)國家都在競相開發(fā)和改進(jìn)新技術(shù)，使智能制造技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。隨著智能制造時(shí)代的到來，柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用將越來越廣泛，智能協(xié)作機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用將成為行業(yè)的發(fā)展趨勢。
很難想象這樣的場景：在一個(gè)工作平臺(tái)上，一邊是工人，一邊是機(jī)器人。他們合作熟練，溝通順暢，就像一對合作多年的搭檔，溝通密切，工作效率高。協(xié)作機(jī)器人的出現(xiàn)使這一切成為可能。小巧精致的協(xié)作機(jī)器人克服了傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的笨重和沉悶，使機(jī)器人能夠逃離“牢籠”【這里主要指工作時(shí)需要安全防護(hù)的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，一般用防護(hù)網(wǎng)將每個(gè)機(jī)器人隔離，并與工作人員保持一定的安全距離?！?rdquo;，尤其是新一代智能協(xié)作機(jī)器人還能成為人類的得力助手。
首先，五大優(yōu)勢讓協(xié)作機(jī)器人與眾不同。
協(xié)作機(jī)器人是指設(shè)計(jì)用于在協(xié)作區(qū)域內(nèi)與人直接交互的機(jī)器人。就其工作模式而言，協(xié)作機(jī)器人有三種工作模式：人機(jī)協(xié)作、人機(jī)協(xié)作和單獨(dú)工作。單獨(dú)工作時(shí)，機(jī)器人與人之間相隔一定距離，類似于工業(yè)機(jī)器人的工作模式。人機(jī)合作時(shí)，機(jī)器人和人執(zhí)行不同的任務(wù)；人機(jī)協(xié)作是目前應(yīng)用最廣泛的工作模式，需要機(jī)器人與工人之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互，以達(dá)到提高質(zhì)量、提高效率、降低成本的目的。
供給側(cè)改革正在向需求側(cè)改革邁進(jìn)。以“小批量、多品種、定制化”為特征的新需求趨勢正在取代單一、大規(guī)模的需求，對機(jī)器人的靈活性要求更高。傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人越來越難以適應(yīng)這種市場需求。特別是對于中小企業(yè)來說，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的高成本和復(fù)雜操作往往讓他們望而卻步。機(jī)器人協(xié)作具有部署靈活、投資回收快、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地滿足新市場的新需求。
與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人相比，協(xié)作機(jī)器人有五大優(yōu)勢：
(1)靈活、方便、小
柔性生產(chǎn)要求機(jī)器人能夠靈活部署，適應(yīng)多品種的生產(chǎn)需求。浙江大學(xué)熊榮教授曾在一次研討會(huì)上指出，“協(xié)作機(jī)器人由于教學(xué)、安裝方便，能夠快速適應(yīng)各種生產(chǎn)需求，在汽車生產(chǎn)線上得到了廣泛應(yīng)用，從人機(jī)協(xié)作生產(chǎn)線到純無人自動(dòng)化生產(chǎn)線。”
傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的部署涉及生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造、機(jī)器人外圍支撐設(shè)備的設(shè)計(jì)等工作，至少需要一周甚至更長時(shí)間。協(xié)作機(jī)器人結(jié)構(gòu)相對簡單，體積較小，重量較輕。市場上主流的協(xié)作機(jī)器人自重一般在幾公斤到幾十公斤不等，僅是傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的1/10甚至更低，可以多角度、多位置靈活快速部署。
1635212766001039783.png協(xié)作機(jī)器人人機(jī)協(xié)作安全標(biāo)準(zhǔn)自從工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中誕生和應(yīng)用以來，工業(yè)機(jī)器傷人事件從未間斷。根據(jù)美國OSHA的一份報(bào)告，從1984年到2017年，發(fā)生了38起與機(jī)器人有關(guān)的事故，其中27起導(dǎo)致工人死亡。與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不同，協(xié)作機(jī)器人是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中更本質(zhì)、更先進(jìn)、更安全的協(xié)作方式————Power and force limiTIng，從功率和力的角度對機(jī)器人進(jìn)行限制(傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的功率高達(dá)幾千瓦，而協(xié)作機(jī)器人的功率只有100瓦左右)，從根本上避免了傷害事件的發(fā)生。
三是核心部件“卡脖子”，但下游應(yīng)用前景廣闊。
協(xié)同機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈包括上游核心部件供應(yīng)商、中游機(jī)器人本體供應(yīng)商和下游系統(tǒng)集成供應(yīng)商。
協(xié)作機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)分支，有著相同的產(chǎn)業(yè)鏈，但也存在差異。主要區(qū)別在于上游材料。工業(yè)機(jī)器人的上游一般是控制器、傳感器、減速器和伺服電機(jī)，而協(xié)作機(jī)器人的上游部件更精細(xì)，涉及的部件也更多。
圖3:協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D
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資料來源：OFweek工業(yè)研究中心。
(1)上游零部件“被人控制”的情況逐漸緩解。
協(xié)作機(jī)器人的上游核心部件主要包括空心DC電機(jī)、安全控制器、扭矩傳感器、減速器、制動(dòng)器、編碼器等。中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)起步較晚，趙潔[趙潔，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所所長，機(jī)器人與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，原哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院院長。】表示，機(jī)器人行業(yè)仍有很多卡脖子，涵蓋核心部件、芯片、軟件、流程、系統(tǒng)等諸多方面。特別是在伺服電機(jī)、減速器和控制器三大核心部件中，國外廠商占據(jù)了近90%的市場份額。
近年來，隨著國內(nèi)廠商在技術(shù)研發(fā)上的不斷投入，國內(nèi)協(xié)作機(jī)器人廠商的技術(shù)也越來越成熟，一些核心部件也逐漸被國產(chǎn)替代。越來越多的合作機(jī)器人廠商開始嘗試應(yīng)用國產(chǎn)元器件，其中很多像優(yōu)奧這樣的國外廠商已經(jīng)大量采用了國產(chǎn)廠商的綠色諧波減速器。同時(shí)，基于自身的技術(shù)積累，以韓的機(jī)器人為代表的一些廠商，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)核心部件的完全自主研發(fā)?？傮w來看，協(xié)作機(jī)器人核心部件國產(chǎn)化替代進(jìn)程不斷加快，國內(nèi)技術(shù)水平日益提升。
(2)中游本體和系統(tǒng)集成商的入局用戶數(shù)量增加。
中游本體是指協(xié)作機(jī)器人本體和機(jī)械臂的制造。系統(tǒng)集成主要是指協(xié)作機(jī)器人本體與噴涂、裝卸、裝配等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的集成應(yīng)用。綜合解決方案的供應(yīng)商主要是本體廠商。
隨著2013年中國合作機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的開放，以本體制造為主營業(yè)務(wù)的廠商數(shù)量不斷增加。奧博、韓的機(jī)器人、捷卡等新興本體廠商的布局，也吸引了等一大批傳統(tǒng)機(jī)器人公司。目前，工業(yè)企業(yè)數(shù)量保持穩(wěn)定增長趨勢。據(jù)高維度咨詢統(tǒng)計(jì)，2020年中國合作機(jī)器人廠商超過70家，預(yù)計(jì)未來1-2年突破1000家。
(三)下游應(yīng)用場景不斷豐富。
王喜文認(rèn)為，“不僅在工業(yè)領(lǐng)域，而且在人工智能的驅(qū)動(dòng)下，機(jī)器人可以廣泛應(yīng)用于國防、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域，催生新的業(yè)態(tài)和商業(yè)模式，引發(fā)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的深刻變革。”[王喜文，《機(jī)器人+：戰(zhàn)略行動(dòng)路線圖》，2016年4月。】作為工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的分支之一，協(xié)作機(jī)器人具有靈活、便捷、安全、高效的優(yōu)勢，其創(chuàng)新應(yīng)用模式不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用場景日益多樣化。
1.汽車制造
玻璃涂膠是汽車生產(chǎn)過程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，涂膠的質(zhì)量會(huì)影響汽車的密封性能和粘接姿態(tài)，所以為了獲得良好的涂膠形狀，大多數(shù)OEM都會(huì)選擇機(jī)器人涂膠。但對于傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人涂膠線來說，基于工廠安全的要求，生產(chǎn)線的所有設(shè)備都需要用護(hù)欄圍起來，禁止操作人員進(jìn)出的區(qū)域，而且占用的面積非常大，占用了線旁大量的空間，只能完成單一的工作，浪費(fèi)了現(xiàn)場資源，嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)奏。
華晨寶馬汽車有限公司的研究證明【《人機(jī)協(xié)作機(jī)器人在汽車總裝行業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展》，《精密制造與自動(dòng)化》，2020年3月】，如果在上述涂膠過程中使用協(xié)作機(jī)器人，可以完美解決上述問題。如果將協(xié)作機(jī)器人部署在汽車涂膠車間，不僅占用空間小，而且操作人員可以在自己的工作區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)安全問題。此外，協(xié)作機(jī)器人在執(zhí)行涂膠動(dòng)作時(shí)，會(huì)放置需要涂膠的新零件，并取走已經(jīng)涂膠的產(chǎn)品，從而加快企業(yè)速度。
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協(xié)作機(jī)器人(左)VS傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人(右
與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人相比，協(xié)作機(jī)器人一般都配備了強(qiáng)大的反饋和碰撞檢測應(yīng)用。協(xié)作機(jī)器人一旦在工作中接觸到人，就會(huì)停止移動(dòng)，可以避免或減少對工人的傷害。協(xié)作機(jī)器人在安全性能方面的最終追求是對人零傷害。
(四)投資回收期很短，資本回報(bào)快，效益上升。
工業(yè)機(jī)器人的投資成本包括機(jī)器的采購價(jià)格和部署成本。以高負(fù)載能力為例，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的價(jià)格一般在30-40萬元之間。由于部署在大型生產(chǎn)線上，項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間短至數(shù)周至數(shù)月，有時(shí)甚至需要停產(chǎn)，投資回收期通常需要數(shù)年。
協(xié)作機(jī)器人的價(jià)格相對較低，從10萬元到20萬元不等。協(xié)作機(jī)器人的部署時(shí)間通常為幾天或一周，投資回收在一年以內(nèi)。對于中小企業(yè)來說，可以更快地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。
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機(jī)器人協(xié)作在不同場景中的應(yīng)用實(shí)例
(五)智能人機(jī)協(xié)同，“E工”不僅僅是機(jī)器替代。
機(jī)器人從不疲倦，協(xié)作機(jī)器人可以在不降低工作質(zhì)量的情況下重復(fù)執(zhí)行簡單的動(dòng)作，其工作精度可以將故障和產(chǎn)品缺陷的可能性降低到幾乎為零，在保證工作質(zhì)量的同時(shí)可以大大提高工作效率。
智能協(xié)作機(jī)器人還可以快速、自動(dòng)地檢測成品零件、精密加工零件等。通過自帶攝像頭，并快速獲取檢測結(jié)果，保證企業(yè)產(chǎn)品的高質(zhì)量生產(chǎn)。
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合作機(jī)器人正在進(jìn)行電腦外殼質(zhì)量檢測。
隨著協(xié)作機(jī)器人技術(shù)的成熟，其相對于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢將更加突出，尤其是智能技術(shù)的加持將推動(dòng)傳統(tǒng)協(xié)作機(jī)器人向智能協(xié)作機(jī)器人演進(jìn)。智能協(xié)作機(jī)器人將更加注重機(jī)器人與人之間的深度交互和實(shí)時(shí)交互。在未來的工作場景中，機(jī)器人可以快速響應(yīng)工人的指令(包括口頭和行動(dòng))，并可以與人和其他機(jī)器人進(jìn)行深度溝通，大大提高生產(chǎn)效率。
二是發(fā)展勢頭飽滿，協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迎來“春天”
(一)黨和國家高度重視機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
機(jī)器人是未來智能世界的基石，是制造業(yè)向自動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動(dòng)力。黨和國家高度重視機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，先后出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)政策
2015年國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》明確了制造業(yè)升級(jí)的發(fā)展方向，工業(yè)機(jī)器人是重中之重。2017年，國家發(fā)改委發(fā)布《增強(qiáng)制造業(yè)核心競爭力三年行動(dòng)計(jì)劃(2018-2020年)》，該計(jì)劃的八大重點(diǎn)領(lǐng)域包括智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，重點(diǎn)發(fā)展基礎(chǔ)、相關(guān)、開放的機(jī)器人操作系統(tǒng)等關(guān)鍵共性技術(shù)。
2019年，國家發(fā)改委制定了《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2019年本)》，增加了“機(jī)器人關(guān)鍵零部件：高精度減速器、高性能伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、全自主編程等高性能控制器、傳感器、末端執(zhí)行器等。”和“用于工業(yè)機(jī)器人RV減速器的諧波減速器軸承”應(yīng)用于受鼓勵(lì)行業(yè)的機(jī)械部分。2020年，國家發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于支持民營企業(yè)加快改革發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級(jí)的實(shí)施意見》明確提出實(shí)施機(jī)器人和智能裝備提升計(jì)劃。
2021年，“智能制造與機(jī)器人技術(shù)”被寫入“十四五”規(guī)劃，被列為提升制造業(yè)核心競爭力的八大專項(xiàng)技術(shù)之一。
工業(yè)扶持和政策的不斷引進(jìn)，為中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了良好的外部條件，協(xié)同機(jī)器人將在工業(yè)4.0時(shí)代背景下的智能制造中迎來更大的發(fā)展機(jī)遇。
(二)成本降低，“換機(jī)”雙重疊加
首先，協(xié)作機(jī)器人的價(jià)格越來越“接近”
圖1:2014-2019年協(xié)作機(jī)器人市場價(jià)格走勢
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資料來源：OFweek工業(yè)研究中心。
二是“機(jī)換人”的優(yōu)勢逐漸凸顯。隨著我國勞動(dòng)年齡人口數(shù)量的減少，勞動(dòng)力成本開始逐年上升，人口紅利的競爭優(yōu)勢逐漸消失。近年來，隨著人工成本的逐年增加和協(xié)作機(jī)器人市場價(jià)格的下行探索，兩者之間的成本差距進(jìn)一步拉大，利用協(xié)作機(jī)器人替代人工的優(yōu)勢進(jìn)一步凸顯。2019年，協(xié)作機(jī)器人的單位小時(shí)成本僅為6.80元/小時(shí)，而人工成本已升至32.33元/小時(shí)。
圖2:協(xié)作機(jī)器人單位時(shí)間成本逐年下降。
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資料來源：OFweek工業(yè)研究中心。
(三)安全生產(chǎn)不能容忍任何粗心大意
(二)簡便易行上手，降低成本，提高效率。
傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不僅需要安裝，還需要專門配置和編程，這往往需要系統(tǒng)集成商根據(jù)客戶的生產(chǎn)特點(diǎn)制定相應(yīng)的解決方案，大大增加了客戶的使用成本。企業(yè)關(guān)心的是“高效、快捷、便捷、實(shí)惠”。與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人相比，協(xié)作機(jī)器人易于編程，并具有手動(dòng)引導(dǎo)功能。企業(yè)可以通過簡單的培訓(xùn)自行安裝和操作。
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協(xié)作機(jī)器人視覺操作界面
(三)按照國際標(biāo)準(zhǔn)，人機(jī)合作是“親密”和安全的。
由于操作人員的安全得不到保障，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人一般都是孤立的，獨(dú)立工作，人與機(jī)器的交互很少或沒有。合作機(jī)器人在安全性方面更安全。
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2021-11-12 09:23:49
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