协作机器人何以成为终端用户与集成商改造升级首选?

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疫情反复下,协作机器人在许多领域表现亮眼,协作机器人赛道再次升温。

朋友圈最近热传的“协作机器人助力CNC生产”、“协作机器人助力汽车产线自动化升级”甚至“协作机器人应用在火锅店”、“协作机器人切豆腐”等消息其实不算空穴来风。在疫情下,许多集成商和终端企业已经将协作机器人作为了自动化升级的第一选择。

根据MIR DATABANK数据,2021年,中国协作机器人出货量呈翻倍增长达15663台,同比增速达108.5%,IFR的数据也显示,协作机器人是目前增长最快的细分市场。

协作机器人从诞生到如今不过近十年时间,最初以“collaborative”(协作)为特色横空出世。和纯粹自动化不同,协作机器人以其安全性特性,作为生产线上标准化大规模生产的补充,就迅速深度套嵌于各生产环节。

当前,协作机器人已经成为制造业变革的重要抓手。2021年12月,我国发布的《“十四五”机器人产业发展规划》提出,要“研制面向3C、汽车零部件等领域的大负载、轻型、柔性、双臂、移动等协作机器人”。

IFR数据预测,2015-2025年,传统工业机器人和协作机器人复合增长率分别为8.4%和56.5%,而国内协作机器人市场年复合增速会高达200%,这与全球工业机器人新增装机量整体负增长已经形成鲜明对比。赛迪研究院先进制造业研究中心认为,我国应抓住机遇,以协作机器人为突破口,实现我国机器人产业从跟跑到并跑、领跑的跨越。

▍制造业的变革序幕已经拉开

无论是2020年武汉疫情还是当前上海疫情防控下,制造业对国民经济的贡献以及对生产生活的贡献功不可没。从世界近现代发展历程看,其实工业化一直在各国经济发展中发挥着决定性作用,而机器参与人类作业已经有200多年的历史,社会的每一次重大跨越,背后都是一次生产力的革新,机器人等工业自动化设备在其中扮演了举足轻重的角色。

但在过去,人类只是操纵机器替代重复式简单作业,但随着21世纪产业升级的加速,机器人必然需要开始扮演更为重要的角色。尤其在AI、5G、云计算和大数据被广泛应用于机器人行业,成为生产力工具后,迫切的产业升级需求下,必然需要对生产工具进行进一步的革新。

因为当前及未来一段时间,中国工业化面临的环境及所要实现的目标都大不相同。促进装备制造、能源、食品等传统产业向中高端迈进,推动高质量发展上闯出新路。这不仅是国家整体战略发展的重点方向,也是推动产业优化升级的实际举措。

如果说传统工业机器人火热背后是对搬运、码垛方式革新的渴求,那么如今协作机器人的崛起,则代表了无论是工业生产还是各场景下的自动化升级,都已经从过去单纯的机器人自动化产线,走向了更加融合的柔性化生产方式。

同时,在不同的市场情形中,对工业制造商和集成商而言,除了寻求机器人能够在产线上实现更大范围的工业替代,还希望机器人能用于更柔性、更灵活的产线,以能够轻松地适应现有的生产线,或者希望机器人能够轻松地重新调整用途并重新分配任务。

2020年疫情后,其实一大批试水的企业已经体验到协作机器人对效率立竿见影的提升。一家企业在使用了数台节卡JAKA Zu 3协作机器人后,除了提升了安全性,每月能减少16个操作工的人力成本,节省2800小时。产线升级效果明显导致市场需求刺激也是带来协作机器人销量提升的背后原因。

可以说,当前疫情则加快了“机器换人”的进程,一些制造业厂商正更加积极的迎接这种技术上的升级改造。2021年国外一份研究表明84%的企业表示,将在未来十年更多地采用机器人和自动化技术,43%企业希望通过机器人技术改善工作场所的健康和安全问题。

国内机器人市场的热度也反映了这一问题,2022年一季度中国工业机器人市场出货达65749台,较于去年同期仍呈现20.5%的增长,一大批企业已经在开始接触协作机器人这样一种自动化升级的新产品。

▍产业升级培育的协作机器人新土壤

在自动化升级之外,2022年疫情防控期间,全球的数据流量均上升了25倍。对中国而言,数字经济价值的假设在疫情防控期间得到了非常正向的验证。智能化程度比较高的企业已经可以实现在家操纵无人工厂的运行,并为生产制造带来了更多可能性。

如今在疫情下新型产业升级下,我国十九届四中全会首次提出将数据作为生产要素。这标志着我国正式进入数字经济红利大规模释放的时代,也意味着推进机器人等生产工具深入产业,从根本上改变着传统工业的生产模式、产业形态和组织方式,同时也包括对更大范围传统工业化的反思和修正,实现产业智能化、数字化发展,已经成为疫情下我国优化更多制造行业生产要素,提升生产链供应链水平的核心。

其实这种趋势早已经形成,在智能制造席卷全球之际,无论终端企业还是相关集成商企业,其实都对自动化、智能化的重视程度普遍增强。我国工业制造企业已经开始广泛认识到数据价值、数据创新应用的重要性,对企业内部数据分析、挖掘、创新应用的意愿高涨,重视程度逐渐增强。根据工业互联网产业联盟开展的《工业大数据利用与管理》问卷调查统计结果,高达70%的企业愿意参与智能制造升级。

从许多国家政策都可以看出,在未来的5-10年,制造业发展呈现出绿色化、智能化、服务化和定制化的趋势,这四个趋势性变化标志着新工业革命的开始。随之而来的是工业制造迈入4.0阶段,智能化、数字化、柔性化已经成为关键词。作为柔性智能机器人行业具有领跑地位的节卡,日前也宣布向单一年度万台机器人交付冲刺,充分利用全行业实践积累,及专业创新的服务体系加持,全力保障交付。对于整个协作机器人行业来说,节卡的突破,也标志着行业发展迈上了新的台阶。

中国工程院院士、浙江大学教授谭建荣的表述更为清晰与直接,他指出,目前生产由批量化向定制化的方向发展,由单一化向多品种的方向发展,由过去周期长到更新快,由大众化需求向高端化需求转变,这就需要对于企业进一步开展制造业升级。其直接导致的结果就是工业数据作为对工业产品、服务全生命周期进行记录并可以鉴别的符号,成为工业信息的载体,协作机器人对产线的进化无疑提供了另一种组合的可能性。

“唯快不破”的这种说法虽然有点老生常谈,但对于一些行业或者其中的中小企业来说确实如此。据了解,有协作机器人加入某服务包装工厂后,每小时的处理能力能高达28000包,每条产线每天人力需求骤降到2人,企业半年到一年内收回产线购置成本的同时。智能化成为了这些企业迈向新工业化阶段的关键变量。曾经对于服装企业而言最重要的是剪裁,其次是设备、设计、品牌。但是如今,行业核心变为客户数据以及版型数据库的大小,因为在数字时代,服装行业能够将版型数据库与客户信息进行匹配,实现了个人定制并承诺送达时间。

又例如3C电子行业,节卡的协作机器人通过复合型配置,建立了SMT车间到产线的原料自动配送数字化体系。而通过这一自动化系统连接,可以整合过去碎片化式的车间信息及仓库信息,实现精准的数字化管理。可以发现,在高度自动化生产范式下正演变为对劳动力依赖度较低的资本密集型行业。

相对使用柔性更高、灵活性更强、易于编程、移动方便的协作机器人成为制造商和集成商的全新选择。节卡与丰田达成合作,成为其全球唯一的协作机器人供应商,例如“丰田系”企业天津丰津汽车传动部件有限公司,就在传动系统的钟形壳机生产线、发动机壳体清洗线,车灯装配等工艺上部署了节卡协作机器人。借助协作机器人的自动化特性,这些企业能在冲压搬运,机床上下料,焊接、拧紧,装配、涂胶等环节,只要搭配不同工具,就能完成不同工作,满足汽车不同产线环节的需求。

如今,从小型的3C产线、到中型家电产线直至更大型的汽车产线,已经都可以看到协作机器人的身影。凭借灵活性、易用性、数据化程度高等优势,协作机器人正在大规模柔性定制的趋势下,逐步深入制造业的毛细血管中,在更高的层面形成人工、软件、硬件一体化的网络,参与整个公司的数字化转型,而协作机器人作为在其中承担耦合节点的重任的一环,早已成为整个机器人版图不可或缺的一块。

可以说,协作机器人的普及已经可以称得上是工业智能化的关键起点。在物流、仓库或实验室等其他领域,对于机器人的需求已经拓展到了在正常制造空间之外,协作机器人正提供着更多与人类进行更大的合作和协作工作的可能性。

如果说大型制造产线使用的高负载工业机器人很好完成了从人力劳动朝着自动化转型的重要一步,那么在这个智能化、数字化升级的过程中,近年来迅速崭露头角的协作机器人,则已经代表产业升级的新维度和新需求。

集成商开始更多愿意将协作机器人应用纳入各地数字化车间、智能工厂建设中,智能制造系统解决方案供应商开发出更多融合协作机器人和其他智能装备的整体解决方案,这推动与加快了新兴前沿技术与机器人技术的融合。

▍技术升级带来产业融合契机

全球疫情下另外一个明显的趋势则是,随着产品复杂程度的不断提高,科技革命对产业的影响不仅表现在单项技术的突破,更多体现为多项技术的组合创新。技术上的全方位提升因此已经为协作机器人的发展提供了新的契机,也让协作机器人得到了更多集成商和终端用户的认可。

其实我们也可以发现,在2020年及随后几年,协作机器人已经被集成商和终端企业越来越多地用于一些新场景,例如在仓库或生产线周围拣选和移动产品,而还有一些增长领域例如与计算机数控 (CNC) 设备一起运行、焊接应用的协作机器人也越来越多。当然,普通人更多看到的则是协作机器人由工业跨越至商业的应用,例如在部分咖啡门店,节卡的JAKA Zu 3只需要1分钟,就能做出一杯大师级的艺术咖啡。

协作机器人未来拓展的可能性也越来越大,这对于协作机器人的技术提出了全新的技术要求。在数据治理技术体系基本建立的前提下,国家前瞻布局人工智能、类脑科学、机器视觉、柔性技术等前沿技术,加快新兴前沿技术与机器人技术的融合。协作机器人想要实现更大范围的数字化应用,成为数字化的关键一环,无疑需要比一般机器人拥有更强大的感知能力和执行力。

因此,这意味着更智能的算法、更深层次的视觉、力觉、听觉的融合以及更完备的云端计算能力和本地化AI技术,以更好地实现协作机器人的感知、决策、交互、行为、安全等人机共融能力。“人机混合智能需要构建从发现问题到感知、到数据、到算法,再到执行的快速闭环过程。”节卡机器人副总裁常莉说到。

从智能化的维度看,信息和通信技术(ICT)、人工智能技术在制造业的广泛应用是制造业实现智能化发展的主要基础。从4G到5G,通信技术、各类传感器技术的发展,大大降低了获取工业实时数据以及实现本地化运算的成本。云计算等技术的兴起使得机器人等工业设备的运算能力大幅提升,软件技术的提升也使得打通数据应用,建设数据平台的门槛越来低。信息技术深入发展和深度应用,数据已经成为生产经营活动必不可少的新生产要素。

这一趋势使得除了在许多行业工艺的拓展和不断深入,一些企业也在工业创新场景上加深着思考,不断加强自己的技术及产品创新能力,尝试以更加融合的人机协作创新形式,实现更深层次行业的工业化和信息化水平。

以节卡机器人为例,通过加入Lens 2D、LensVPS、3D视觉等多套软件,并开发出了一体式的视觉工作站,节卡协作机器人可以实现二维、三维的丰富视觉信息识别。可以说这使得节卡机器人既保留了协作机器人固有的安全、便捷、易于部署,又在为机器人加入了“大脑”,通过先进的视觉处理、AI技术和云计算加持,使之能更智慧地处理外部场景,快速适应复杂多变的大规模定制生产。

除了在工业领域的诸多工序场景中,实现小规模、定制化的机器人部署,助力智能化、柔性化生产。技术融合也促进了新的产业业态。复合移动机器人“手脚兼具”的独特应用价值,拓展了移动机器人的边界,能够深入更多场景及环节应用,这是当前全世界热门协作机器人创新版图上的重要垂直领域,打开了工业场景不断深入的可能。

例如在SMT车间,节卡使用了AGV+小助协作机器人+产线终端接口结合的模式,通过复合型配置,建立了车间到产线的原料自动配送。而通过这一自动化系统连接,可以整合过去碎片化式的车间信息及仓库信息,实现精准的数字化管理。

在协作机器人上,目前已经延伸出智能传感、驱控一体化、机器视觉等核心技术,部分国内企业在传感器、算法、控制系统、等方面已实现自研,让机器人能够接受以及处理更多数据,从而实现更大的智能化。

▍从交互到共融,协作机器人更远的未来

协作机器人影响的远不止于当下。

对于制造业而言,制造业数字化转型这条道路,本质上就是我国长期坚持走的中国特色新型工业化道路——信息化和工业化融合发展道路。

而如果把时间拉得更长,在人类工业化进程中,劳动、资本、土地、知识、技术、管理等先后成为重要的生产要素。新一代信息技术特别是大数据、人工智能技术的发展,数据成为价值的重要来源和竞争力的重要决定因素。云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等新一代信息技术大幅度降低了市场交易成本,可以预想,随着更多加入智能化单元的协作机器人普及,人机融合也会提升到一个新的水平。

这种技术上的融合也加快了更广泛的产业融合,信息技术产业与传统产业的融合导致制造业的服务化、商业的无人化、农业的工业化正在更为普遍的发生。例如节卡的柔性智能协作机器人,就已经凭借其柔性化、智能化优势,用在了在汽车、3C的应用已经常态化,食品、纺织等一般工业中,也用在了医疗、教育、养老等领域,甚至节卡智能巡检机器人系统,更是在智慧城市领域这个更大舞台上尽显身手。

阿里巴巴的曾鸣博士曾说:“如果你对时代趋势判断错误,那么你所做的决定和你现在所做的一切都是错误的。”可以发现,成功的企业管理者一定是在对的时间做了对的事情。如今,从工业时代到数字时代,企业对产品、市场、客户、行业的价值理解也应发生根本性的改变。更适应时代发展,能够完成柔性化生产的协作机器人无疑是一个正确选择。

同样,随着“第四次工业革命”到来,麦肯锡公司全球董事合伙人、数字制造业全球负责人Enno de Boer表示:“过去,实现可持续性和韧性通常要以牺牲效率为代价,但如今这已经发生改变。企业现在可以使用数字指南和科技工具,提高运营的灵活性、敏捷性和可持续性。有了这些工具,他们就可以增强人的能力,实现可持续发展领域的突破并加快科技创新——这就是智能制造的秘诀。”我们可以发现,作为智能制造关键工具,协作机器人必然会在其中扮演更重要的角色。

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