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工业机器人发展的前景如何?

2022-10-30数码

科技推动世界进步,这点无可争议。

对于工业来说,基于它的长期结构原则,任何一个企业都需要降本增效,这是永远的刚需。所以新时代的工业发展格局,包括人工智能的进展,给工业机器人的发展带来了一个很好的机会:

一是今天新一代的机器人,正在依赖自身软硬件和外部变化的环境,加速覆盖旧一代的产线;

二是国内产业环境所带来的海量场景需求,让我们国家自己的工业机器人有了更多的后来居上、弯道超车的机会。

不过说到底,源头性的科技创新、技术的反复迭代、贯通式融合,才能真正实现工业机器人的质变。未来Web.4.0时代的人工智能,将是一个人、计算机、互联网三者融合的智能系统。也因此,未来的工业机器人,或许将呈现出一幅最浪漫的图景:它们将和人类一起与时俱进,学习成长,能解释新问题,更能解决复杂问题。

一、工业机器人的发展史

工业机器人的设想最早可以追溯到1921年,捷克作家卡雷尔·查培克在剧本【罗萨姆的万能机器人】中用Robot称呼一个具有人的外表特征和功能的机器。经过一百年的发展,从第一台工业机器人Unimate到深入各领域成为工业时代自动化不可或缺的力量,工业机器人的每一步走得都很「踏实」且「新潮」。

1. 产生和初步发展阶段

1955年,世界上第一家机器人公司由有着相同工业机器人理念的乔治·德沃尔和机器人之父约瑟夫·恩格尔伯格一同创立,并于1959年创造出了世界上第一台工业机器人「Unimate」,这标志着机器人历史的真正开始。

2. 技术快速进步与商业化规模运用阶段

1969年,斯坦福人工智能实验室的机械工程师维克多·沙因曼设计出由PDP-8微型计算机控制、包含六个关节的斯坦福机械臂。这代表着计算机控制型工业机器人领域迎来了重大突破。随后,机器人开始朝实用化和智能化方向飞速发展。


伴随着技术的快速进步发展,这一时期的工业机器人还突出表现为商业化运用迅猛发展的特点,工业机器人的「四大家族」——库卡、ABB、安川、FANUC公司分别在1974年、1976年、1978年和1979年开始了全球专利的布局。

3. 机电一体化和智能机器人阶段

1996年,库卡公司开发的首个基于PC机的控制系统开始投放市场。机器人迎来了「真正的」以软件、控制系统和机械设备的完美结合为特征的机电一体化时代。2000年以后,美国、日本等国开始了智能军用机器人研究,

二、我国工业机器人的发展历程与机会

我国工业机器人的发展历程具有和国外不同的特点,起步较晚,大致经历了4个阶段:70年代萌芽期,80年代的开发期,90年代的示范应用期,21世纪以来的初步产业化期。

1. 发展历程

(1)萌芽期
我国于1972年开始研制自己的工业机器人。但是受制于当时国家经济条件等因素,主要从事的还是工业机器人基础理论的研究。
(2)开发期
20世纪80年代后,随着改革开放的不断深入在高技术浪潮的冲击下,我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发,研制出了喷漆,点焊,弧焊和搬运机器人。

(3)示范应用期
我国在这一阶段研制出平面关节型统配机器人、直角坐标机器人等7种工业机器人系列产品,102种特种机器人,实施了100余项机器人应用工程。为了促进国产机器人的产业化,在20世纪90年代末建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。
(4)初步产业化期
21世纪以来,国内一大批企业或自主研制或与科研院所合作,加入工业机器人研制和生产行列,我国工业机器人进入初具规模的产业化阶段。


经过上述四个阶段的发展,我国的工业机器人得到一定程度的普及。
但是,与先进的制造业国家相比,我国工业机器人使用密度仍有不少差距,工业机器人的保有量仍有巨大上升空间。

2. 发展现状

客观来看,我国现在是全球最大的工业机器人消费国,而且市场规模仍处于较快增长的阶段。2021年,国内的机器人市场规模约839亿元,其中工业机器人市场规模约为445.7亿元,占53.1%。

但现阶段有很多无法解决的客观因素,使目前国产的工业机器人并不成熟。主要表现在:

(1)起步晚,20世纪70年代才开始发展,落后于国外近五十年。

(2)研发基础,是基础化的点焊、弧焊、装配、喷漆等功能性用途机器人,在稳定性、易用性方面和国外还有一定的差距。

(3)技术空缺,仍有大量无法实现的技术难题,工业机器人停留在简单的机械操作。

(4)依靠进口,目前国内生产工业机器人的核心零部件如谐波齿轮减速机、高精度伺服电机都依赖进口。

3. 「弯道超车」的机会

在劳动力人口下降和「用工荒」的背景下,「机器换人」成为我国制造业自动化改造、实现转型升级的关键,也 让我们看到了我国工业机器人发展的一些重要加速机会。

一方面,经过几十年的沉淀,我们有非常坚实的基础:中国有加速的前沿数字化、自动化、在线化等推动力,中国的宏观经济驱动杠杆更加丰富,消费结构升级;此外,政府、高校、企业多方发力,技术、人才、资本、市场基本到位,有大规模的开发人员和产品开放能力。

另一方面,「四大家族」在全球工业机器人占据了50%以上份额,中国市场的接近60%,有着绝对的实力和领先地位。值得一提的是,美的集团从2016年开始对「四大家族」的库卡进行收购,2022年11月完成对库卡100%股权收购。美的在外资垄断的背景下,为中国工业机器人产业链的发展打开了一道新窗口和「弯道超车」的机会。

四、库卡:撬动工业机器人千亿市场

库卡是全球领先的机器人及自动化生产设备和解决方案的供应商之一,客户涵盖医疗、电子、食品、消费品、航空、太阳能等诸多细分行业。借助库卡技术优势,推动制造升级,拓展 B2B产业空间,可以开拓并撬动更多的机器人市场。

1. 千亿市场空间

在库卡进入美的集团体系后,2017年,美的也新增「机器人及自动化系统」业务,该年业务营收 270.37 亿元,其中库卡营收 267.23 亿元,贡献了绝大部分的收入。
未来,国内工业机器人密度仍有提升空间,有望成为千亿市场。美的集团官方数据显示,截至2022年6月份,美的集团机器人使用密度已超过440台/万人,并将在未来两年内进一步加大投入以实现700台/万人的目标。

2. 全产业链积累深厚

(1)产品布局方面

库卡的产品线覆盖非常全面,几乎覆盖所有规格和负载范围的机器人,并且在六轴、七轴等高端机器人方面拥有较强专利储备,可以有效弥补我国中高端市场的缺陷。

2. 技术水平方面

库卡40年来通过不断技术革新,引领行业标准,可以为我国本土工业机器人技术水平带来借鉴,同时保障中高端机器人的稳定供应。

3. 新品发布:高质量工业机器人重磅亮相

虽然美的收购库卡存在一定争议,过去的几年库卡的股价和市值也经历了大起大落。但库卡进入中国后,也不断用实际行动「打脸」争议,研发生产了一批高质量的工业机器人,向广大用户展示了库卡最新技术与研发成果的同时,也进一步体现了库卡在实践中不断进行技术、产品、服务、自动化解决方案的迭代升级,赋能不同行业的决心。

2022年11月8日的新品发布会上,库卡多款新品正式首发,包括KR SCARA CS家族、DELTA机器人KR 3 D1200、LBR iisy协作机器人、iiQKA.OS操作系统、弧焊机器人KR CYBERTECH nano Edition系列以及KUKA Connect 数字化产品。

(1)KR SCARA CS全系列:适用于自动化流水线和分拣作业

全新推出的全系四轴机器人KR SCARA CS目前覆盖3kg、6kg及12kg,一共拥有11个型号,具有紧凑的设计与强劲的性能,可以适用于自动化流水线和分拣作业。

无论是电动汽车行业在电池生产过程的码垛应用,光伏设备制造,工件安装,药品包装应用,还是3C行业小部件电子装配,KR SCARA CS系列都能应付自如。

(2)DELTA机器人KR 3 D1200:重量更轻、速度更快、柔性更强

全新KR 3 D1200机器人作为DELTA家族的延续,采用新型材质制作,重量更轻、速度更快、柔性更强。

在软件上,KUKA.ConveyorTech使机器人与传送带的运动保持同步,KUKA.VisionTech帮助检测货物,而KUKA.PickControl联动各类机器人的取放动作,实现高效包装。出色的产品设计与软件集成让KR 3 D1200 在食药、电子等产品的二次包装领域中,优势突出。

(3)LBR iisy机器人 & iiQKA.OS操作系统:几分钟完成配置与编程

本次首发的LBR iisy协作机器人,传承了iiwa的优秀品质,具有完整的人机协作功能。

LBR iisy是工业自动化专业性、准确性、可靠性以及智能设备便捷灵活性的完美结合,特别是与全新iiQKA.OS操作系统配合使用,短短几分钟就能完成配置与编程。

(4)KR CYBERTECH nano Edition系列:大口径中空手臂设计

新一代Edition系列弧焊机器人采用大口径中空手臂设计,实现了弧焊应用场景的更多灵活性。优化的本体设计,提升了机器人的刚性,有效防止机器人在焊接过程中出现的抖动,保证了良好的焊接效果。

(5)KUKA Connect:全生命周期管理平台

KUKA Connect是库卡机器人全生命周期管理平台,支持云端和本地部署。在该平台上,客户可以随时轻松访问库卡机器人状态以及可视化数据分析结果,并实现机器人的维保管理和故障分析。

五、未来的工业机器人:赋能智能制造,释放创新潜能

今天,工业机器人已经在汽车、电子、金属制品、塑料及化工产品等行业得到了广泛的运用,按照其应用领域分类,涉及焊接、搬运、装配、处理、喷涂、视觉应用等。特别是近年来,传统制造焕发新生机,生产效率大幅提升,与智能化赋能密不可分。

可以预见,未来的工业机器人,将继续以智能制造为主攻方向,推动产业技术变革和优化升级,成为促进我国制造业迈向全球价值链中高端的重要支撑。

特别是「中国制造」向「中国智造」升级的过程中,工业机器人正在扮演着越来越重要的角色。以库卡为代表的工业机器人,如今正在依托大数据、人工智能、工业互联网等新技术,形成一个更聪明的智能系统,走向智能制造的各个环节,实现全产业链集聚发展,是智能制造行业发展的重要推动力。

可见,工业机器人大规模走进生产和生活也已不再是科幻片中的场景,工业机器人与人共同相处、协同作业,赋能智能制造的大潮已经来临。