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工业机器人改变制造模式

2014/12/31    来源:e制造    作者:魏东      
关键字:工业机器人  物联网  传感器  
很多人把2014年称为“中国工业机器人元年”。这是很有道理的。从销售量来看,中国是全球增长最快的机器人市场,已经超过日本,成为全球第一大机器人市场。而且,中国在制造领域中的工业机器人的应用,还有巨大的提升空间。

  很多人把2014年称为“中国工业机器人元年”。这是很有道理的。从销售量来看,中国是全球增长最快的机器人市场,已经超过日本,成为全球第一大机器人市场。而且,中国在制造领域中的工业机器人的应用,还有巨大的提升空间。以机器人密度而论,国际每万名工人拥有机器人台数平均为55台,韩国为347台,日本为339台,德国为251台,美国为135台(以上皆为2011年数据),中国2013年则刚刚增至23台。

工业机器人

  可以预见,未来几年中,工业机器人的浪潮会向中国制造业全方位袭来。有人把这种现象归因为:一是“人口红利”的消失,用工成本的上涨导致的劳动力市场倒逼工业机器人的快速替代;二是由于技术成熟导致的工业机器人价格的大幅下降;三是国家政策对工业机器人的大力扶持。

  改变制造模式

  以上的观点固然正确,但还未切中要害。实际上,中国机器人井喷式发展的背后是制造模式的转变,机器人走上中国制造业的舞台,越来越成为“主角”,并最终发展为无法撼动的“台柱子”。用新松机器人自动化股份有限公司总裁曲道奎的话来说,就是:工业机器人加速了中国制造模式的变革,没有机器人,未来中国的制造模式就会缺少一个核心支撑。在“2014中国数字工厂推进大会(DFC’2014)”的演讲中,曲道奎强调指出:机器人有望成为新一轮工业革命的切入点。

  现在越来越多的年青人固然不愿意选择艰苦的制造业,但另一方面,在中国制造向智能制造、数字制造的升级中,越来越多超精细化的、苛刻条件下的、极度复杂的生产环节也不适宜人工完成。很多工作人完成不了,即使勉强完成,也费时费力,所以只能由机器人来出马。

  近年来, 中国制造的高铁很受关注。人们形象地把高铁的车头称为“子弹头”,透露出一种喜爱之情。但是要给“子弹头”装上玻璃,则是一件非常令人头疼的事情。据天津智通机器人有限公司总工程师齐玉哲在“2014中国数字工厂推进大会(DFC’2014)”上介绍说,它需要一套格外复杂的自动化安装系统,其中的难点在于玻璃和窗框的匹配。给汽车装玻璃很简单,直接装上即可。但是高铁车头必须要考虑到复杂的速度、强度、精度、弧度、曲率等方面影响,给它安装玻璃是一项复杂的系统工程。先要采用视觉技术进行3D测量,再建模后并进行偏差修正,然后进行规划程序。等这几个准备步骤都完成了,实施安装步骤时,却发现人工无法保障精度和准确性。因为对玻璃和车框的加工精度所提出的要求非常高,人工操作无法保证,必须借助机器人。程序把交互柔性加工系统的3D测量数据传递给机器人,并控制机器人让它正确地抓取玻璃和精准地放至窗框上。

  未来的数字制造中,智能化成套装备将会大规模广泛使用,因其具备精细制造、精细加工以及柔性生产等技术特点,人工作业在很多时候无法与之协同生产,所以,人的工作会由机器人来接管。作为人工生产的替代者,并非意味着机器人是竞争中的获胜者,而是继动力机械、计算机之后,出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具,是实现生产数字化、自动化、网络化以及智能化的重要手段。它会大大改变制造模式,把人从枯燥、繁琐的劳动中解放出来,从而去做更富有意义的事情。

  扩展应用领域

  目前,中国工业机器人的保有量占全球保有总量的1%,但每年增量却很大。近两年来年增长率都在30%以上,国产品牌增长率甚至高达60%。与此同时,工业机器人的应用也已从过去几个集中的行业向更广泛的行业扩张。

  汽车行业 由于生产方式的特点十分吻合机器人的功能,汽车行业一直是我国机器人应用最广泛的行业,其占比高达38%,同时也是机器人使用密度最高的行业。根据国际机器人联合会(IFR)估算,2012年我国汽车工业每万名工人拥有机器人台数约为213台,约为我国制造业平均水平的10倍。

  虽然我国汽车产业整体水平有待提升,自主品牌还有很长的一段路要走,但是这并不能阻碍一些具有国际水平的工厂的涌现。这些工厂都有相似的特点,即:其生产设备——机器人的品质和应用水平也都是国际领先的。

  汽车制造厂一般分为几大车间: 冲压车间、焊装车间、动力总成车间和总装车间。工业机器人均起了“顶梁柱”的作用。在生产环节中,一些制造业强国宁可相信机器,也不相信人。所以,机器人作为一种高端自动化装备,在汽车制造领域有了宽广的用武之地。而人工作业反倒被边缘化了,成了配角。例如宝马沈阳铁西工厂的车身车间,是整个工厂中自动化率最高的车间,高达95%,除返修工位之外,已全部实现自动化。工人的角色除了通过工业电脑下达生产指令外,就是做一些机器人的辅助性工作,比如,一个重达几十吨的模具的更换工作仅需要3人完成,其中1人负责操作电子遥控杆(控制模具在空中的运行轨迹),另外2人负责安装吊缆和模具夹紧器。

  近10余年来,随着我国汽车产量的大幅提升,汽车企业应用机器人的数量也有了几何级数的增长。2000年前后,上海大众途安的车间,90多台机器人就是一个非常大的应用。现在,一汽大众佛山工厂一个焊装车间就用了1000余台机器人。将来,随着自动化水平和人们对国产汽车品质需求的提高,车企机器人的应用还会大幅攀升。

  家电行业 我国的家电行业在国际上有较强竞争力,其中机器人的功劳不小。包括电视机、冰箱等的制造,现在几乎全部实现了机器人化。国内著名的大家电厂商为保证质量、降低成本、争取竞争优势,在引进、购买机器人方面不惜重金。

  其他制造行业 据中国机械工业联合会执行副会长、中国机电一体化技术应用协会理事长宋晓刚介绍,未来一两年间,量大面广的制造业,如冶金、建材、轻工、纺织为实现自身产业升级,完成自动化改造,对自动化系统及机器人有着旺盛的需求。机器人的使用,可以大幅提高这些行业的自动化生产水平。机器人有许多人无法比拟的特点,如:它可以24小时不停工作,没有休假,不需要养老保险。从工艺精度角度讲,机器人明显高于人工操作,而且重复性强。这是上述行业准备应用机器人的另一个重要考虑。对此,宋晓刚提醒到,机器人本身能发挥什么作用,比如说它各种各样的动作,能否满足生产过程需求,需要集成商解决这个问题。机器人不像一般产品,买回来就能用。而是投入使用前,要与生产流程、生产工艺、前后端设备、过程的动作环节要结紧密地融合在一起,才能起到预期作用。集成应用技术尤其是对这些量大面广的制造业更为重要。

  物流业 机器人本身具有重复性高、精度高、节拍准、工作范围较广等特点,从这些特点来说,机器人一个比较大的发展空间的行业是物流业。举例来说,网上购物会面临一个很大问题:物流配送。绝大多数人都希望送货上门。这背后会存在一个繁琐工作:分拣和配送。送货还需人和车;但是机器人加上一个视觉系统或者是特殊的传感器来进行物流的分拣,出错率比人工分拣低很多。

  在物料库里面,用机器人提货非常准确,它可以结合整个物流的控制,比方说所有的物料都有磁性条形码,从分拣的角度来说机器人很快。从搬运的角度来说,都比人工效率提高许多倍。

  目前,工业机器人替代人工的趋势已不可逆转。目前在国内,汽车行业是机器人应用需求最大的行业,电子行业则是工业机器人应用最快的行业,而其他行业对工业机器人的应用已经成熟,处于大规模应用的前夜。

  融入智能制造目前,工业机器人也到了一个转型升级换代的时候。过去50年的发展,工业机器人是作为高端设备而发展起来的,以后,它会将朝着非生物人工智能的方向发展。这与现在方兴未艾的“智能制造”等制造新理念一拍即合。可以预见,工业机器人将在未来仍然会扮演着骨干的角色。

  现代化的汽车生产制造不仅要满足批量化、自动化的要求,而且也要具备可配置的、灵活的、能传递信息的、可变化的生产单元。以前一条生产线只能生产一种车型,现在则要求一条生产线上要同时并线生产五六种甚至更多的车型。在这个单元里,机器人也被要求可以编程,并与操控单元通讯,为适应生产要能根据程序更换各种工具及改变生产节拍。

  长安福特的车身的焊装生产线上有超过500台机器人,它们分别为福克斯、蒙迪欧、翼博等车型提供全部的高效率的焊装工作,在一条生产线可以完成6种车型的生产,它们使用的工具是根据编程要求而可以改变的。正是有这样的基础才能够保证有工厂下一个不同车型订单,产线能够按时、按质、按量生产出来。

  无独有偶, 在宝马铁西工厂处处可见机器人在不知疲倦地运转和工作,它们的工作精准、高效,似乎永远也不会停下来。宝马把生产流程切分成非常细小的片段,每个片段都遵循严格的顺序加工,片段之间用自动化传动机制联系起来。它们还充分利用厂房空间,变传统的地面运输为空中运输,在铁西工厂的车间里,整个运输分楼上楼下3层,将每个工位紧密衔接在一起。

  据工厂的工作人员介绍,整个工厂各处布满了数不清的物联网传感器,它们在收集着各种生产数据和参数,同时,每台机器人背后都有一套复杂的生产编程软件及设备控制的工业电脑,所有这些组成了一个看不见的高度复杂的电子网络体系。因此,铁西工厂物流得以智能化,生产线得以高度柔性化。目前,在铁西工厂可以生产BMWX1,BMW3系标准轴距和长轴距,3个车型全部实现并线生产。不仅如此,3个车型都可以接受个性化定制生产,这对生产方式及作为其支撑的机器人提出了更高的要求。

  如果说第一次和第二次工业革命重点是扩大产能、提高效率、保证质量,那么新一轮工业革命更多的是智能化生产及快速的反应,这与上两次工业革命带来的制造模式完全不一样。

  在新一轮工业革命中,机器人将改变制造模式,它不是简单地提高质量降低成本或者是提高效率,最本质的改变是对人工重大的替代,完成人无法胜任的非常态下的作业,并极大满足个性化的需求。与其说这是机器人肩上的使命,勿宁说这人类在数百年的工业化过程中,终于“培养”出了可以替代自已的助手,并通过它,让自已的智能得以延伸。

  对中国而言,机器人的“元年”,标志着中国制造转型升级的一次美好开始。它的影响,人们现在尚无法准确预估,但是可以肯定的是,今后的中国制造肯定会以更加美丽的面貌出现在世人面前。 

责任编辑:陈浩
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