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工業機器人發展的前景如何?

2022-10-30數位

科技推動世界進步,這點無可爭議。

對於工業來說,基於它的長期結構原則,任何一個企業都需要降本增效,這是永遠的剛需。所以新時代的工業發展格局,包括人工智慧的進展,給工業機器人的發展帶來了一個很好的機會:

一是今天新一代的機器人,正在依賴自身軟硬體和外部變化的環境,加速覆蓋舊一代的產線;

二是國內產業環境所帶來的海量場景需求,讓我們國家自己的工業機器人有了更多的後來居上、彎道超車的機會。

不過說到底,源頭性的科技創新、技術的反復叠代、貫通式融合,才能真正實作工業機器人的質變。未來Web.4.0時代的人工智慧,將是一個人、電腦、互聯網三者融合的智慧系統。也因此,未來的工業機器人,或許將呈現出一幅最浪漫的圖景:它們將和人類一起與時俱進,學習成長,能解釋新問題,更能解決復雜問題。

一、工業機器人的發展史

工業機器人的設想最早可以追溯到1921年,捷克作家卡雷爾·查培克在劇本【羅山姆的萬能機器人】中用Robot稱呼一個具有人的外表特征和功能的機器。經過一百年的發展,從第一台工業機器人Unimate到深入各領域成為工業時代自動化不可或缺的力量,工業機器人的每一步走得都很「踏實」且「新潮」。

1. 產生和初步發展階段

1955年,世界上第一家機器人公司由有著相同工業機器人理念的喬治·德沃爾和機器人之父約瑟夫·恩格爾伯格一同創立,並於1959年創造出了世界上第一台工業機器人「Unimate」,這標誌著機器人歷史的真正開始。

2. 技術快速進步與商業化規模運用階段

1969年,史丹佛人工智慧實驗室的機械工程師維克多·沙因曼設計出由PDP-8微型電腦控制、包含六個關節的史丹佛機械臂。這代表著電腦控制型工業機器人領域迎來了重大突破。隨後,機器人開始朝實用化和智慧化方向飛速發展。


伴隨著技術的快速進步發展,這一時期的工業機器人還突出表現為商業化運用迅猛發展的特點,工業機器人的「四大家族」——庫卡、ABB、安川、FANUC公司分別在1974年、1976年、1978年和1979年開始了全球專利的布局。

3. 機電一體化和智慧機器人階段

1996年,庫卡公司開發的第一個基於PC機的控制系統開始投放市場。機器人迎來了「真正的」以軟體、控制系統和機械裝置的完美結合為特征的機電一體化時代。2000年以後,美國、日本等國開始了智慧軍用機器人研究,

二、中國工業機器人的發展歷程與機會

中國工業機器人的發展歷程具有和國外不同的特點,起步較晚,大致經歷了4個階段:70年代萌芽期,80年代的開發期,90年代的示範套用期,21世紀以來的初步產業化期。

1. 發展歷程

(1)萌芽期
中國於1972年開始研制自己的工業機器人。但是受制於當時國家經濟條件等因素,主要從事的還是工業機器人基礎理論的研究。
(2)開發期
20世紀80年代後,隨著改革開放的不斷深入在高技術浪潮的沖擊下,中國機器人技術的開發與研究得到了政府的重視與支持,完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發,研制出了噴漆,點焊,弧焊和搬運機器人。

(3)示範套用期
中國在這一階段研制出平面關節型統配機器人、直角座標機器人等7種工業機器人系列產品,102種特種機器人,實施了100余項機器人套用工程。為了促進國產機器人的產業化,在20世紀90年代末建立了9個機器人產業化基地和7個科研基地。
(4)初步產業化期
21世紀以來,國內一大批企業或自主研制或與科研院所合作,加入工業機器人研制和生產行列,中國工業機器人進入初具規模的產業化階段。


經過上述四個階段的發展,中國的工業機器人得到一定程度的普及。
但是,與先進的制造業國家相比,中國工業機器人使用密度仍有不少差距,工業機器人的保有量仍有巨大上升空間。

2. 發展現狀

客觀來看,中國現在是全球最大的工業機器人消費國,而且市場規模仍處於較快增長的階段。2021年,國內的機器人市場規模約839億元,其中工業機器人市場規模約為445.7億元,占53.1%。

但現階段有很多無法解決的客觀因素,使目前國產的工業機器人並不成熟。主要表現在:

(1)起步晚,20世紀70年代才開始發展,落後於國外近五十年。

(2)研發基礎,是基礎化的點焊、弧焊、裝配、噴漆等功能性用途機器人,在穩定性、易用性方面和國外還有一定的差距。

(3)技術空缺,仍有大量無法實作的技術難題,工業機器人停留在簡單的機械操作。

(4)依靠進口,目前國內生產工業機器人的核心零部件如諧波齒輪減速機、高精度伺服電機都依賴進口。

3. 「彎道超車」的機會

在勞動力人口下降和「用工荒」的背景下,「機器換人」成為中國制造業自動化改造、實作轉型升級的關鍵,也 讓我們看到了中國工業機器人發展的一些重要加速機會。

一方面,經過幾十年的沈澱,我們有非常堅實的基礎:中國有加速的前沿數位化、自動化、線上化等推動力,中國的宏觀經濟驅動杠桿更加豐富,消費結構升級;此外,政府、高校、企業多方發力,技術、人才、資本、市場基本到位,有大規模的開發人員和產品開放能力。

另一方面,「四大家族」在全球工業機器人占據了50%以上份額,中國市場的接近60%,有著絕對的實力和領先地位。值得一提的是,美的集團從2016年開始對「四大家族」的庫卡進行收購,2022年11月完成對庫卡100%股權收購。美的在外資壟斷的背景下,為中國工業機器人產業鏈的發展開啟了一道新視窗和「彎道超車」的機會。

四、庫卡:撬動工業機器人千億市場

庫卡是全球領先的機器人及自動化生產裝置和解決方案的供應商之一,客戶涵蓋醫療、電子、食品、消費品、航空、太陽能等諸多細分行業。借助庫卡技術優勢,推動制造升級,拓展 B2B產業空間,可以開拓並撬動更多的機器人市場。

1. 千億市場空間

在庫卡進入美的集團體系後,2017年,美的也新增「機器人及自動化系統」業務,該年業務營收 270.37 億元,其中庫卡營收 267.23 億元,貢獻了絕大部份的收入。
未來,國內工業機器人密度仍有提升空間,有望成為千億市場。美的集團官方數據顯示,截至2022年6月份,美的集團機器人使用密度已超過440台/萬人,並將在未來兩年內進一步加大投入以實作700台/萬人的目標。

2. 全產業鏈積累深厚

(1)產品布局方面

庫卡的產品線覆蓋非常全面,幾乎覆蓋所有規格和負載範圍的機器人,並且在六軸、七軸等高端機器人方面擁有較強專利儲備,可以有效彌補中國中高端市場的缺陷。

2. 技術水平方面

庫卡40年來透過不斷技術革新,引領行業標準,可以為中國本土工業機器人技術水平帶來借鑒,同時保障中高端機器人的穩定供應。

3. 新品釋出:高品質工業機器人重磅亮相

雖然美的收購庫卡存在一定爭議,過去的幾年庫卡的股價和市值也經歷了大起大落。但庫卡進入中國後,也不斷用實際行動「打臉」爭議,研發生產了一批高品質的工業機器人,向廣大使用者展示了庫卡最新技術與研發成果的同時,也進一步體現了庫卡在實踐中不斷進行技術、產品、服務、自動化解決方案的叠代升級,賦能不同行業的決心。

2022年11月8日的新品釋出會上,庫卡多款新品正式先發,包括KR SCARA CS家族、DELTA機器人KR 3 D1200、LBR iisy協作機器人、iiQKA.OS作業系統、弧焊機器人KR CYBERTECH nano Edition系列以及KUKA Connect 數位化產品。

(1)KR SCARA CS全系列:適用於自動化流水線和分揀作業

全新推出的全系四軸機器人KR SCARA CS目前覆蓋3kg、6kg及12kg,一共擁有11個型號,具有緊湊的設計與強勁的效能,可以適用於自動化流水線和分揀作業。

無論是電動汽車行業在電池生產過程的碼垛套用,光伏裝置制造,工件安裝,藥品包裝套用,還是3C行業小部件電子裝配,KR SCARA CS系列都能應付自如。

(2)DELTA機器人KR 3 D1200:重量更輕、速度更快、柔性更強

全新KR 3 D1200機器人作為DELTA家族的延續,采用新型材質制作,重量更輕、速度更快、柔性更強。

在軟體上,KUKA.ConveyorTech使機器人與傳送帶的運動保持同步,KUKA.VisionTech幫助檢測貨物,而KUKA.PickControl聯動各類機器人的取放動作,實作高效包裝。出色的產品設計與軟體整合讓KR 3 D1200 在食藥、電子等產品的二次包裝領域中,優勢突出。

(3)LBR iisy機器人 & iiQKA.OS作業系統:幾分鐘完成配置與編程

本次先發的LBR iisy協作機器人,傳承了iiwa的優秀品質,具有完整的人機協作功能。

LBR iisy是工業自動化專業性、準確性、可靠性以及智慧裝置便捷靈活性的完美結合,特別是與全新iiQKA.OS作業系統配合使用,短短幾分鐘就能完成配置與編程。

(4)KR CYBERTECH nano Edition系列:大口徑中空手臂設計

新一代Edition系列弧焊機器人采用大口徑中空手臂設計,實作了弧焊套用場景的更多靈活性。最佳化的本體設計,提升了機器人的剛性,有效防止機器人在焊接過程中出現的抖動,保證了良好的焊接效果。

(5)KUKA Connect:全生命周期管理平台

KUKA Connect是庫卡機器人全生命周期管理平台,支持雲端和本地部署。在該平台上,客戶可以隨時輕鬆存取庫卡機器人狀態以及視覺化數據分析結果,並實作機器人的維保管理和故障分析。

五、未來的工業機器人:賦能智慧制造,釋放創新潛能

今天,工業機器人已經在汽車、電子、金屬制品、塑膠及化工產品等行業得到了廣泛的運用,按照其套用領域分類,涉及焊接、搬運、裝配、處理、噴塗、視覺套用等。特別是近年來,傳統制造煥發新生機,生產效率大幅提升,與智慧化賦能密不可分。

可以預見,未來的工業機器人,將繼續以智慧制造為主攻方向,推動產業技術變革和最佳化升級,成為促進中國制造業邁向全球價值鏈中高端的重要支撐。

特別是「中國制造」向「中國智造」升級的過程中,工業機器人正在扮演著越來越重要的角色。以庫卡為代表的工業機器人,如今正在依托大數據、人工智慧、工業互聯網等新技術,形成一個更聰明的智慧系統,走向智慧制造的各個環節,實作全產業鏈集聚發展,是智慧制造行業發展的重要推動力。

可見,工業機器人大規模走進生產和生活也已不再是科幻片中的場景,工業機器人與人共同相處、協同作業,賦能智慧制造的大潮已經來臨。