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  • 工业机器人时代近在眼前 我国将成最大需求市场

    中国教育装备采购网 2013/1/28 15:45:00 围观1770次 我要分享

      中国正处于产业转型升级的关键时刻,越来越多的企业在生产制造过程中引入工业机器人,它将深远影响中国制造的方方面面。客观认识中国工业机器人应用的现状和趋势,比较中外工业机器人应用的发展异同,是剖析工业机器人对中国产业转型

      2013年伊始,上海浦东。

      随着一只金黄色机械手臂的翻转、回旋,在600摄氏度高温下,三四斤重的银白色金属卷板,在青烟中被迅速抓取,放置到下一个工位,干脆利落。经过一道道流水线工序后,末端摆满了成型的壳体。这是上海日立电器有限公司(下称上海日立)钣金工厂的壳体生产车间,20台色彩夺目的机器人正在作业。

      每台机器人在固定位置,可操作两台或多台设备。在等离子焊接工位,几名工人散布其间,或调整机器人设备,或抽样检测产品。

      自2007年引进机器人以来,上海日立,这个世界上最大的压缩机生产商之一,已经拥有机器人近百台,这也是中国家电行业中大规模应用工业机器人的起始。而将机器人引进制造业的念头,源于此前上海日立管理层在参观丰田公司时,发现后者的钣金工厂“员工120名,其中工人10名,机器人110名”。

      一直以来全球的工业机器人在汽车行业使用最早也最多,多作业于焊接、冲压和涂装。但现在,机器人正在各行业内“大举进攻”,从烟草、五粮液(24.49,-0.63,-2.51%)等贵重物品的搬运,到制砖、食品饮料行业,甚至饲料行业。

      国际机器人联合会(IFR)最新数据显示,2011年是工业机器人自1961年以来发展最成功的一年,同比增长38%,新增机器人达到16.6万多台,其中中国工业机器人的销售量为2.2万多台,同比增长51%。

      工业机器人的技术水平决定了制造业生产的精度、准度与效率,其应用的深度与广度已成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。然而细究制造业现状,中国的制造业自动化之路并非畅途。

      直降成本

      劳动力成本显然是工业机器人应用规模的决定因素。

      上海日立西区的壳体生产车间共有三条不同型号产品的壳体生产线:H1、H2、H3,其中H3壳体生产线有七台机器人,这条生产线需完成卷板整形、等离子焊接、粗扩、精车、冲孔、抛光等十道工序。

      十道工序只配置4人。这4名工人需操作25台设备,人均操作6台。2007年前的作业场景则是11个工人操作17台设备。

      工业机器人是一种模拟人手臂、手腕和手功能的机电一体化装置,可对物体运动的位置、速度、加速度进行精确控制,从而完成某一工业生产的作业要求。上海日立的机器人自重560公斤左右,其重复定位精度可达0.07毫米-0.15毫米,手臂负载高达70公斤,能如蜜蜂般作业不停。

      上海日立目前每年产销压缩机1800万台。1993年引进日本技术建成生产线后,生产节拍由20余秒提高到1998年的10余秒,现在经自动化改造后,已提升至7.5秒。也就是说,一条生产线,每7.5秒即可出一台产品。机器人的生产效率显而易见。

      早在上世纪80年代,第一代工业机器人在发达国家汽车产业中的应用就达到一波高潮。

      汽车工业中,焊接是汽车零部件与车身制造中承上启下的关键环节。1995年之际,尽管人力成本很便宜,上海的汽车厂即开始逐步引进机器人。当时汽车零部件尤其是底盘制造,涉及安全性——车子在撞击时,如焊缝质量不好会发生事故,因此不能漏焊。东风汽车(3.39,0.31,10.06%)有限公司商用车公司车身厂(下称东风车身厂)技术科焊接工艺主管肖同新表示,机器人弧焊较人工弧焊优势明显,弧焊机器人具有焊缝跟踪功能,与零件搭接缝隙的距离、焊枪移动和焊机走丝的速度均比人工控制精确。

      然而,考虑到国内劳动力成本低,上海日立在1993年引进日本生产线时,没有完全采用日本的自动化流水线。从流水线建设方案中拆掉了一部分,如装配流水线上的选配岗位,采用人工完成。但目前,在上海的多数劳动密集型制造行业,劳动力成本优势明显下降:刚入职的大学生一般月薪2000多元,一线工人为计件工资,月收入可达6000元,这个数字在2007年之际仅3000元到4000元。

      在2011年底,上海日立的母公司上海海立(集团)股份有限公司(600619.SH)引进机器人34台,减少工人岗位111个,投入资本2483万元,平均每套设备投入73万元。按照每个工人年收入7万元计算,三年即可收回成本。

      劳动密集型制造企业需大量雇佣劳务工,这也造成每年长假过后,一线人员总有部分员工流失,有时会干扰正常生产,操作员更替频繁会影响产品质量、增加设备损坏率以及安全隐患事故增多。

      上海海立集团副总经理李黎告诉《财经》记者,来自农村的年轻人也不愿意到生产线上进行重负荷作业,有时人员调岗需做大量思想动员工作,现在就没有这个顾虑了。如今现场工人的工作主要侧重设备维护与产品检测,工作强度大为减轻。

      机器人制造差距

      要评价一个国家制造业水平,工业机器人本身的制造水平即能说明要义。

      1959年,美国人制造出第一台工业机器人。50年后,日系产品和欧系产品占据了国际工业机器人半壁江山。日系中主要有安川(YASKAWA)、发那科(FANUC)、不二越(NACHZ)等企业,欧系则以德国库卡(KUKA)、瑞士ABB为代表。发那科和ABB等数家外企在中国工业机器人市场占了90%的份额。

      客户大多看重工业机器人的可靠性,即运行中的故障发生率低,并容易维护。这就涉及机器人制造水平问题。中国也有数家机器人制造企业,如沈阳新松、广州数控、安徽埃夫特等,但本土品牌机器人在精度、速度等方面不如进口的同类产品,其产业化程度也较小,且关键部件还依赖于进口。

      赛迪智库装备工业研究所所长左世全于2012年10月发表的《我国工业机器人发展战略思考》一文指出,“这关键部件主要是伺服电机及减速器,而这两部分就占到机器人成本的一半左右。”究其原因是,中国精密制造业的历史欠账太多。

      一般而言,大品牌的机器人制造商大都系汽车制造等应用起家,都有多年研发累积。尤其是核心零部件的制造,非短期能研制出。奇瑞汽车股份有限公司旗下的安徽埃夫特智能装备有限公司(下称埃夫特)正是采取进口关键零部件进行集成机器人整机的做法。

      埃夫特机器人事业部总工程师游玮告诉《财经》记者,机器人中传递动力的减速机,包括发那科、ABB、库卡以及埃夫特均采购自日本的帝人精机公司。减速机中的永磁体所需稀土大多来自中国。

      可见,即便是该领域的巨头,也是在一个技术共享平台上才能持续推进。机器人的减速机和电机对轴承、齿轮精度要求非常高,而这些部件的加工精度与数控机床等设备的精度密切相关,在数控机床领域,中国尚处于技术追赶阶段。

      关键零部件的价格也制约了国产机器人。由于ABB、发那科等企业很早即开始与帝人精机等合作,加上采购量每个月即可达上千套,这就决定了其采购价格远低于埃夫特这样的中国本土企业。游玮举例说,假如一台减速机市场价1万元,发那科等公司以4500元即可购得。

      2012年11月7日,工信部装备司副司长王卫明在中国工业机器人高峰论坛上表示,工业机器人将作为重点支持领域,对于机器人领域的驱动器、电机、减速器三方面核心关键部件的开发,工信部正在与财政部协调考虑相关支持政策。

      无论国产机器人水平如何,工业机器人时代已近在眼前。在富士康总裁郭台铭2011年宣布,三年内生产100万台机器人以替代人工之际,这个趋势尤为明显。

      如此背景下,埃夫特制造整机也并非价值不大。游玮介绍,购买关键部件来组装整机可降低成本,也可避免进口机器人的维护和备件成本较高问题。一个更重要的考量是,机器人自动化成为趋势,如果把机器人作为一个行业来做,将来可以做大,成为新的增长点。

      集成渗透

      机器人仅是工具,生产线自动化的实质在于数字自动化深入到生产线的每一个细节。

      其实,机器人本身并不赚钱,原因是竞争很充分,其采购体系都很透明,减速机和电机均购自几家固定供应商。其主要利润增长点是在外围系统,如夹具、输送设备和物流设备等。

      “有时候一条线投资中机器人可能只占到10%,其余大部分是外围设备成本。因为这些配套系统须针对具体企业的生产线进行特定设计,报价就高。”游玮说。

      在国内汽车厂家所用的点焊机器人系统,一套价格在60万-120万元之间。这套系统组成除了机器人,还需要点焊控制系统、焊机、焊枪、夹具等。即需根据自动化程度对其尺寸、控制方式(原有人工控制改为自动控制)等有所调整,还需适应企业的特殊需求。比如饲料行业码垛机器人,在国外多是两个机器人分列两旁操作同一个流水线,国内一家饲料企业由于车间面积小,产量不高,对速度也没有更高要求,但希望机器能节省空间,这就需要开发一个快而紧凑型的机器人。

      因此,自动化的关键点不在于机器人本身,而是机器人的运动和生产过程控制的有机结合,按照ABB离散自动化与运动控制业务部北亚区及中国负责人顾纯元的说法,机器人仅仅速度快是不够的,因为生产效率最后看的是整体效率,而非局部。

      由于机器人应用行业五花八门,即便是ABB集团这样领先的机器人制造商自身也难以覆盖所有行业的系统集成。机器人合作伙伴因而产生,又称为机器人价值提供商。他们从ABB集团采购机器人(即裸机),根据客户的需要,比如搬砖,焊接等,然后基于裸机进行所需的系统设计、制造与调试,最终将符合具体生产线工艺要求的机器人交付给客户。

      流水线上的机器人需要具体行业、企业针对性地做系统配套。可见,“机器人供应商的创新并非仅仅制造高精度、高可靠性的机器人,而是参照市场趋势针对具体企业的生产线提供最优的解决方案。”ABB(中国)有限公司副总裁、ABB机器人业务单元中国区负责人李刚称。

      挑战与机遇

      机器人将像家电在生活中普及一般,渗入制造业的各个角落。

      东风车身厂的肖同新称,上世纪90年代初引进机器人之际,只能以美元采购,全部资料为英文,“神秘,高科技”,如今,“操作并没有那么复杂,跟电视机似的”,他说。

      此外,以前出现故障后需人工代替操作机器人,待厂家服务人员到现场才能排除故障,现在技术人员和操作工人已操作自如,出现故障能自己分析并及时排除。

      上海日立已着手进行装配机器人系统的调试。这台调试的机器人有四个手爪和一个风动螺丝枪,运动速度达2.5米每秒,精度达0.1毫米,可进行组合变化进行多功能抓取,其抓取工作有26道工序。这意味着,该公司将不再单一进行搬运的人工替代,而是要将生产线的自动化更加精细。

      新一代工业机器人将向智能化、模块化和系统化方向发展,同时,视觉传感器和力传感器的采用,以及网络通讯功能将使得机器人更加智能精确。

      汽车行业工业机器人的发展以柔性化更高为趋势。汽车自动化生产线除了生产节拍从每小时生产15台增至60台,更重要的一点是其生产柔性化的改观。也就是,同一条生产线可生产不同车型,而且是实时切换。

      这是因为汽车制造商常常同时推出多个车型,但产品在市场上反映到底怎么样谁都不知道,这就要求汽车生产企业不仅提高生产节拍,生产线还可随时调整。目前汽车的机器人生产线可实现,同样的工作岗位同时生产六个车型。

      然而,中国部分具备实力的汽车企业出于员工就业的顾虑,并未大规模拓展机器人作业线。东风汽车公司始建于1969年,如今有员工13万多人。其中东风车身厂主产卡车的车身(驾驶室),不少为老员工,平均年龄达47岁。这给企业改造生产线造成较大压力,其尽可能多留一些劳动强度不高的岗位给工人。

      出于就业考虑而贻误工业机器人发展先机,已有前车之鉴。作为工业机器人的发家地,美国在上世纪60年代至70年代并没有把工业机器人列入重点发展项目。政府担心发展机器人会造成更多人失业,因此不予投资。而日本则由于劳动力显著不足,机器人大受欢迎,以至发展到今天,日本占据了工业机器人的霸主地位。

      全球工业机器人在2011年底的存量在115万到140万台之间。2011年,韩国工业机器人的密度居世界首位,为每万名员工347台,日本机器人密度也达到了339台,中国则为10台。

      数字化制造降低劳动力成本影响,可能加速削弱中国在这方面的优势。有数据显示,2010年,中国考虑劳动生产率差异并修正后的劳动力成本约为美国的30%,至2015年,这个数字将变为45%。

      斯坦福大学亚瑟与托尼伦贝罗克公司治理研究中心研究员维维·克瓦德瓦(Vivek·Wadhwa)多次在《外交政策》和《经济学人》论述第三次工业革命对制造业的影响。他甚至预言,技术进步将使中国的制造业像过去20年里美国制造业那样迅速衰落。

      他在接受《财经》记者采访时表示,就像互联网和平板电脑一样,人类无法预测五年后的机器人发展程度。在大规模使用机器人后,美国可以在本地生产类似价格的产品,若如此,中国的劳动力优势将不再,也不再有必要将原料从世界各地运往中国,制造和组装完成后运到美国。

      美国已看到了机会。苹果公司和福特公司等多家美企决定部分生产回迁美国,中国制造业将受到多大程度的影响已引起广泛讨论,其中不少声音称,这对中国制造业近期而言挑战大于机遇。中国社科院工业经济研究所副所长黄群慧表示,发达工业国家通过发展工业机器人、高端数控机床、柔性制造系统等现代装备制造业控制新的产业制高点,同时亦以此提高传统产业的生产效率。这将导致制造业重心再次向发达国家偏移。

      不过,国务院发展研究中心产业经济研究部部长冯飞分析认为,机器人使用是市场自然选择的过程。从中国劳动力供给看,制造业的普通工人还是短缺。当机器人大规模使用后,可以解决高等教育人才就业问题以及普工的短缺问题。

      国际上,能源成本不断上涨,节能减排同样要求提高生产效率。新的环保法规和能源效率是北美工业当前和未来的挑战,这将驱动其加快工业机器人的投入。

      在中国,劳动力和土地成本年年提升,也是制造业提高效率的驱动力,在同样的土地、厂房条件下,使用机器人作业将让生产效率翻番。

      国际机器人联合会秘书长古德龙·利岑贝格尔(Gudrun Litzenberger)告诉《财经》记者,中国很快将成为世界最大的机器人需求市场,但若要达到如德国或日本的机器人密度,未来数年还需100万台新装机器人。

    来源:《财经》杂志 责任编辑:荔枝 我要投稿
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