推进工业机器人应用的“广州路径”

2022-12-05 14:36:03 江苏省企业技术改造协会 28

人工智能、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术发展日新月异,制造业正从以工业自动化为标志的第三次工业革命向以工业智能化为标志的第四次工业革命加速发展。工业机器人的应用普及是制造业自动化发展的必然选择也是工业智能化的基础。2021年12月,工业和信息化部等十五个部门联合印发的《“十四五”机器人产业发展规划》提出,到2025年制造业机器人密度要增长100%,达到450台/万人以上。

随着工业机器人的性能持续提升和企业缓解劳动力紧缺及成本上升压力的需求日趋迫切,我国制造业工业机器人应用渗透在加速。根据世界机器人协会的统计数据,中国工业机器人的应用密度已从2015年的49台/万人,增长至2021年的332台/万人,年平均增速达37%。但是,中国制造业工业机器人的普及率仍然落后于韩国、新加坡、日本、德国等制造业强国,我国工业机器人应用增长空间还很大。

推动我国制造业工业机器人应用水平达到世界先进水平需要从实际出发,系统规划。为企业带来经济效益和提升市场竞争力是研究工业机器人应用推进路径的根本出发点。基于对广州工业机器人产业及应用现状的调研,本文把企业应用工业机器人程度细分为从低到高三个阶段,提炼出企业在不同阶段应用工业机器人时的一般性问题,然后从政策、金融、人才培养、平台建设,及创新共享工厂模式等五个方面提出差异化的举措,形成系统化的分阶段推进路径。


广州工业机器人产业及应用现状



机器人产业较为发达



广州集聚了一大批掌握核心技术、具有国际先进水平的智能装备及机器人研发生产企业,形成了从上游关键零部件、中游整机再到下游应用集成的智能装备完整产业链条。广州已经引进包括瑞典ABB、日本发那科等全球机器人产业巨头,以及国机集团、新松、日松、科德、华鼎等国内拥有核心技术的机器人知名企业。在创新平台方面,中国(广州)智能装备研究院、国机智能科技有限公司、广东省机器人创新中心,及广州智能工程研究院等相继入驻广州开发区,已经初步形成了产业集聚效应。在机器人应用系统集成领域,瑞松科技、明珞装备、达意隆、松兴等实力较强,其中明珞装备、达意隆入选了国家智能制造示范项目。



工业机器人应用稳步推进



2021年,广州实现工业总产值22567亿元,三大支柱产业占到工业总产值的50.3%。其中,汽车制造业6118亿元,占比27.1%;电子产品制造业3307亿元,占比14.7%;石油化工制造业1920亿元,占比8.5%。

工业机器人集自动化生产和灵活性生产的特点于一身,为汽车制造业提高生产效率和质量发挥了重要作用。在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大工艺环节中,工业机器人主要承担焊接、搬运、喷涂、装配,以及检测工作。我们调研的广州中外合资汽车厂商,较多使用了外资品牌的工业机器人,如库卡、ABB、安川、发那科,而系统集成商多为本土厂商,如明珞、瑞松等。

电子产品制造业的自动化需求主要在部件加工,如玻璃面板、手机壳、PCB等功能性元件的点焊、装配、检测,及贴标等方面。机器人的应用种类有四种:直角坐标为代表的模块化机器人、四轴关节机器人、六轴关节机器人,及双臂机器人。人机协作对机器人本身的安全性要求高。机器视觉技术的应用和积累、“柔性化生产”设计是推动电子产品制造业提升机器人应用水平的关键。

石油化工生产方式可分为分批生产和流程生产。小批量生产通常采用分批方法,生产过程由一系列单独工序依次执行。大规模生产采用流程化工艺,具有生产包含多过程组合、处理过程不可分割的特点。工业机器人主要适用于石油化工流程化生产,包括焊接机器人、检测机器人、洁净机器人,及码垛机器人。

食品工业也是机器人应用的重要领域。工业机器人主要完成食品加工处理、分拣、码垛和包装等任务。码垛机器人是使用量最大的一部分,可以快速、高效地完成重量型产品的堆叠。我们调研的啤酒生产企业在建立智能仓库、使用码垛机器人后,从事物流工作的员工数量从300人减至100人,叉车数量从100台减至4台,发货效率提升了16倍。




工业机器人应用存在的问题



我们可把企业应用机器人的程度划分为三个阶段。一般而言,处于机器人应用初级阶段的企业,面临的主要问题是降低劳动成本、提高生产效率,对工业机器人的需求是为了“机器换人”,逐步向自动化生产转变;处于中级阶段的企业,面临进一步提升的瓶颈,希望应用工业机器人实现生产“流程优化”,转型升级;处于较高层次、迈向智能制造的企业,具有较高的信息化、智能化水平,能支持大范围多工艺步骤的机器人应用,目标是形成“信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行”的智能制造模式。不同阶段的企业对工业机器人的应用程度存在差异,因此存在的共性问题也有所区别。

在初级阶段。一是企业对工业机器人的认知程度有待提升。机器人制造企业与应用企业之间的信息不对称是主要原因。目前,制造业企业对工业机器人的应用存在两种错误的倾向,一种是“万能论”,认为引进工业机器人,企业就能实现自动化生产,提高效率;另一种观点则认为机器人没有什么用,传统的生产可以维持,没有改造的动力。缺乏对机器人技术的了解或是过去在采用机器人方面有失败的尝试,都使得制造业企业在应用工业机器人时存有疑虑。

二是现有的生产组织和工艺流程还不能适应工业机器人的应用。平均而言,目前机器人仅仅能完成10%左右的工业制造任务,加上其他相关技术以及集成层面的配合不到位等原因,导致制造企业相对比较保守,对机器人的接受程度不高。

三是中小企业资金不足,融资难问题比较突出。使用工业机器人一次性投入大、技术改造的成本高,一些企业特别是中小企业普遍存在技术改造资金不足的问题。相关的部署成本、维护成本和修理成本也比传统生产方式高,融资租赁方式、担保机制和金融杠杆的作用尚未发挥出来。

在中级阶段。一是企业应用工业机器人没有一整套智能化的解决方案。目前,机器人生产企业大部分仅针对生产工序的某个环节来实现“机器换人”,还停留在“哪道工序缺人,哪道工序就用机器人”的阶段,不能提供一整套智能化解决方案,其运行质量和效率也达不到预期目标,这导致整条生产线无法实现“机器化思维”,不能自动发出“指令”。

二是工业机器人系统集成技术发展不足影响应用水平。机器人系统集成商是连接上游零部件企业、本体企业和下游制造企业的主要桥梁。系统集成商需要掌握产品的特点,要懂得特定行业的工艺,还需要有较大的制造车间。系统集成商的工作模式是非标准化的,不同行业的项目都会有其特殊性,很难完全复制。系统集成企业一般规模较小,存在资金压力大、专业人才缺乏、市场竞争激烈、供货期延长、服务不完善等问题,这都制约了工业机器人的应用规模。

三是工业机器人企业在细分领域的应用推进缓慢。外资品牌在3C、家电、金属、塑料化工、食品等行业的优势并不明显,国产机器人还没有很好地抓住这些细分领域,实现差异化发展。大量零件的组装和零件的准备流程还主要是靠手工完成,零件组装和准备阶段使用机器人的比例较低。以3C行业为例,中国是全球最大的3C制造基地,在全球占比约70%,但行业机器人使用密度与世界先进水平相比,差距还较大。

在迈向智能制造阶段。一是工业机器人在信息感知层面的能力有待提升。企业从高度自动化向智能制造企业迈进过程中,生产过程优化调控和经营管理优化决策需要大量的实时信息,目前面临的难点就是如何实现从原料供应、生产运行到产品销售全流程与全生命周期资源属性和特殊参量的快速获取与信息集成。

二是生产运行层面的全流程协同控制与优化尚未实现。企业制造过程通常采用由经济优化层、计划调度层、先进控制层、基础控制层组成的分层递阶结构。这种结构虽然解决了部分产销、管控衔接等关键技术难题,但需要以稳定性假设作为前提进行操作优化。如何根据实际过程的动态实时运行情况,从全局出发协调系统各部分的操作,实现全流程协同控制与优化,成为下一步发展的核心问题。




工业机器人应用推进总体思路



从政策、金融、人才培养、产业平台建设,及共享工厂模式创新等5个方面支持企业应用工业机器人,形成工业机器人应用领先的“生态链”,最终达到全面提升应用水平,迈向智能制造的总目标。

一是强化政府引领作用。通过普惠性事后扶持形式,引导制造业企业实施自动化、智能化改造,加快提升全行业智能制造能力和水平;围绕对经济发展有重大引领和支撑作用的产业,择优扶持具有典型示范作用的机器人应用示范企业;发挥产业联盟的桥梁作用,加强工业机器人整机、零部件研发生产企业和系统集成、应用企业的沟通交流,开展工业机器人的项目攻关、行业互助、融资租赁、技术培训等服务。

二是集聚各方资金支持工业机器人应用普及。建立政府主管部门与银行合作机制,强化信息共享和政策协同,解决企业信用信息不对称问题,在政策、平台、产品、服务等方面为制造业企业应用工业机器人提供融资支持;基于工业机器人产业发展特性,鼓励售后回租、杠杆租赁、委托租赁等多种现代化租赁方式;引导资本市场发掘有核心技术研发能力的机器人创新企业对其进行资本扶持,加大研发资金投入,提升机器人行业整体技术水平。

三是打造机器人研发和应用人才培养高地。根据工业机器人岗位要求,校企双方共同确定专业人才培养目标,设计课程体系,共享师资,共同开发课程,学校和企业双场所培养;打造政、校、行、企产教融合平台,通过多种途径,开展企业员工培训,帮助制造业企业转型升级;举办工业机器人技术应用技能竞赛,选拔优秀技能人才,宣传产业技术发展,引导社会关注工业机器人技术应用。

四是推进产业平台建设。鼓励企业根据工业机器人的市场需求,积极发展平台经济,发挥平台经济对工业机器人上下游产业的双向带动和统筹整合能力;加强顶层设计,立足现有产业布局和发展基础,构建具备产业聚集优势和竞争优势的平台经济重点产业基地和园区;按照产业生态系统理念,打造工业机器人产业平台,形成包括网络平台、实体平台和平台型企业融为一体的平台生态圈。

五是创新推广机器人共享工厂模式。装备制造业企业、行业协会、研发机构和政府多方联动,把一个制造业细分行业的共性生产提炼成一个数字化机器人共享工厂,为全行业提供服务以保证订单充足,从而达到规模经济;研发机构、装备制造业企业、系统集成商等多方参与、合力开发机器人应用共性技术平台,为机器人共享工厂提供强大技术支持;建立装备制造商与使用企业共享工厂投入和利润共享机制,形成参与方共赢局面。

图片关键词



不同阶段企业的差异化推进路径



针对不同企业,我们按照其所处的不同发展阶段,提出了以下工业机器人应用的差异化推进路径。

初级阶段。工业机器人应用初级阶段企业特点:资金规模较小,应用工业机器人主要是对重复劳动的替代;对工业机器人的认知程度有待提升,存有疑虑;应用机器人的动力不足。“机器换人”是企业这个阶段的主要目标。

中级阶段。工业机器人应用中级阶段企业特点:企业具备一定的信息化水平,可以支撑较为复杂的机器人应用。“流程再造”是企业这个阶段的主要目标。

迈向智能制造阶段。迈向智能制造阶段的企业特点:具有较高的信息化、智能化水平,能支持大范围多工艺步骤的机器人应用。最终形成“信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行”模式的先进制造企业是企业这个阶段的主要目标。



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