竞争赛道加速转换，协作机器人智能化时代来临
- 2021/11/3 13:18:39 10577
- 来源：OFweek机器人网
【仪表网 仪表下游】近年来，先进制造、智能制造等话题逐渐成为全球的焦点。2021年10月6日，香港特首林郑月娥在《行政长官2021年施政报告》中提出“令再工业化植根香港，使创科成为香港新经济动力”，并提出期望在香港打造两个先进制造中心的愿景。10月13日，广东省印发《广东省科技创新“十四五”规划》，明确提出粤港澳大湾区国家技术创新中心建设计划，“以智能制造与装备等为主攻方向，突破“卡脖子”技术，锻造“长板”技术，打造全链条产业创新网络”，通过先进制造技术为新兴产业壮大、传统产业转型升级以及未来产业布局提供强力支撑。上述政策的出台为中国传统制造业的升级、寻求新的动能打下了良好的基础与铺垫，进一步将“中国制造”向“中国智造”方向推进。
随着国内制造业的逐渐转型，工业生产对自动化的需求开始从单机设备转向全自动设备、全自动生产线，并提出了对全自动化生产线柔性化的需求。柔性化需求的出现使得调整能力差、智能化程度低的传统机器人逐渐不适应产线，并诞生了适应柔性制造的智能协作机器人。灵活、安全、小巧的智能协作机器人不仅能满足企业柔性化的生产需求，还解决了传统工业机器人投资规模大、投资回报期长、灵活度有限等问题，让不同规模的企业都能轻松实现智能自动化，加速“智能制造”的普及和落地。
当今世界，各主要发达国家都在竞相开发和改进新技术，让智能制造技术应用更广泛，以获得更多的经济效益。伴随着智能制造时代的到来，柔性制造系统应用将日益广泛，智能协作机器人应用于工业生产必将成为行业发展趋势。
很难想象会出现这样的场景：在一个工作平台上，一边是工人，一边是机器人，他们配合娴熟、交流顺畅，像一对合作多年的搭档，亲密交流、高效作业。协作机器人的出现正在让这一切成为可能，小巧玲珑的协作机器人克服了传统工业机器人的笨重迟钝，使得机器人也能从“牢笼[ 这里主要是指传统工业机器人在工作时需要进行安全防护，一般会用防护网将一个个机器人隔离开来，与工作人员保持一定的安全距离。]”中走向人类世界，尤其是新一代的智能协作机器人还能成为人类的得力助手。
一、五大优势让协作机器人与众不同
协作机器人是指被设计成可以在协作区域内与人直接进行交互的机器人。就其工作模式而言，协作机器人有人机协作、人机配合以及单独作业三种工作模式，单独作业时机器人与人相隔一定距离，与工业机器人的工作模式相似；人机配合时机器人与人执行不同工作任务；人机协作是目前应用最广泛的工作模式，需要机器人与工作人员进行动态交流互动，达到提质、增效、降本的目的。
供给侧改革正在向需求侧改革递进，以“小批量、多品种、定制化”为特点的新需求趋势正在取代单一化、规模化需求，对机器人的灵活性要求更高，传统工业机器人越来越难以适应这一市场需求，尤其是对于中小企业来说，传统工业机器人高昂的成本和复杂的操作往往让中小企业望而却步。协作机器人具备灵活部署、投资回收快、安全性高等优势，能够更好满足新市场新需求。
与传统工业机器人相比，协作机器人具备五大优势：
(一)灵活、方便、体型小，柔性生产不可少
柔性化生产需要机器人能够灵活部署，并适应多品种的生产需求。浙江大学熊蓉教授在一次研讨会上曾经指出“协作机器人由于方便示教便于安装等特性，使其能快速适应各类生产需求，从人机协作产线到纯粹无人自动化产线，尤其在汽车产线已经大量使用。”
传统工业机器人的部署涉及到生产线的自动化改造、机器人外围支持设备的设计等多种工作，至少需要一周甚至更多的时间。协作机器人结构相对简单，体积更小、质量更轻，市场上主流协作机器人自重一般在数千克到数十千克不等，仅为传统工业机器人自重的1/10或更低，可多角度、多位置灵活快捷部署。
(二)简单便捷易上手，降本增效小能手
传统工业机器人除需要进行安装之外，还需对机器人进行特定的配置和编程，往往需要系统集成商针对客户生产特点制定相应解决方案，大大增加客户使用成本。而企业关心的是“高效、快捷、方便、实惠”，相比传统工业机器人，协作机器人易于编程，且具备手动引导功能，企业可自行安装，并通过简单的培训即可自行操作使用。
(三)人机协作很“亲密”，国际标准安全行
由于无法保障操作人员的安全，传统工业机器人一般会被隔离开来独立工作，人机之间交互较少甚至零交互。而协作机器人在安全方面更有保障，国际标准EN ISO 10218对启动人机协作的安全性方面制定了四个明确的要求：
相比传统工业机器人，协作机器人一般安装有力反馈和碰撞检测等应用，一旦协作机器人在工作过程中与人发生接触，会停止运动，可避免或减轻对工作人员造成伤害，协作机器人在安全性能方面的终极追求是对人零伤害。
(四)投资回收期很短，回本快，效益涨
工业机器人的投资成本包括机器购买价格和部署成本，以高负载能力为例，传统工业机器人价格一般在30-40万元之间，由于在大规模生产线上进行部署，项目实施时间少则几周多则几个月，有时甚至需要停工停产，投资回收期一般需要几年的时间。
协作机器人价格较低，约为十几二十万元不等，协作机器人部署时间一般数天或一周时间，投资回收也在一年以内，对于中小企业来说，能够更快实现经济效益。
(五)智能人机协作，“电子工友”不仅是机器换人
机器人永不疲倦，协作机器人可以重复执行简单动作而不会降低工作质量，其工作精度可将故障和产品缺陷的可能性降低到几乎为0，在保证工作质量的同时大大提升工作效率。
智能化协作机器人还可通过自身携带的摄像头对成品零件、精密加工件等进行快速自动化检测并迅速获得检测结果，保障企业产品的高质量生产。
随着协作机器人技术的愈加成熟，其相对传统工业机器人的优势也将更加凸显，尤其是智能技术的加持将推动传统协作机器人向智能协作机器人演变。智能协作机器人将更加重视机器人与人之间的深度互动、实时交互，在未来的工作场景中，机器人可迅速对工作人员的指令(包括口头、动作等)做出应变，并能与人以及其他机器人进行深度交流学习，大幅度提高生产效率。
二、发展动能十足，协作机器人行业喜迎“春天”
(一)党和国家高度重视发展机器人产业
机器人是未来智能世界的基石，是制造业向自动化、智能化转型的核心驱动力，党和国家高度重视机器人产业的发展，并出台了一系列鼓励政策。
2015年，国务院出台的《中国制造2025》明确了制造升级的发展方向，工业机器人是重中之重。2017年发改委颁布《增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020年)》，计划八大重点领域中包含智能机器人关键技术产业化，重点开发基础性、关联性、开放性的机器人操作系统等关键共性技术。
2019年，发改委制定《产业结构调整指导目录(2019年本)》，在鼓励类产业机械部分增加“机器人用关键零部件：高精密减速器、高性能伺服电机和驱动器、全自主编程等高性能控制器、传感器、末端执行器等”“工业机器人RV 减速机谐波减速机轴承”等内容。2020年发改委出台的《关于支持民营企业加快改革发展与转型升级的实施意见》明确提出实施机器人及智能装备推广计划。
2021年，“智能制造与机器人技术”被写入“十四五”规划，列为制造业核心竞争力提升的8项重大专项技术之一。
机器人产业扶持政策的不断出台为我国机器人产业发展奠定了良好的外部条件，协作机器人将在工业4.0时代背景下的智能制造中迎来更大发展契机。
(二)成本下降、“机器替人”双重叠加
一是协作机器人价格愈加“亲民”。市场发展初期，由于核心零部件受国外厂商制约，协作机器人的市场价格普遍超过20万元/台，令不少中小企业“望而却步”，近年来随着协作机器人技术的日益成熟及核心零部件的国产化替代，国内协作机器人的市场价格变得逐渐“亲民”，极大降低了中小企业自动化生产门槛，拓展了协作机器人的应用领域。
二是“机器替人”优势逐步凸显。随着我国适龄劳动力人口数量的不断减少，人力成本开始逐年提升，人口红利取得的竞争优势开始逐渐消失。近年来，人工成本的逐年上升以及协作机器人市场价格的下探使得两者之间的成本差距进一步扩大，使用协作机器人替换人工的优势进一步凸显。2019年，协作机器人单位小时成本仅有6.80元/小时，而人工成本已经上升至32.33元/小时。
(三)安全生产容不得半点儿马虎
自工业机器人诞生应用于工业生产之日起，工业机器伤人的事件就不曾断绝，根据美国OSHA一项报告显示，1984-2017年发生了38起与机器人相关的事故，其中有27起导致工人死亡。协作机器人不同于传统的工业机器人，其在产品设计上是更为本质、更为高级、更为安全的协作方式—Power and force limiting(功率和力限制)，本身就从功率和力方面对机器人进行了限制(传统工业机器人的功率高达数千瓦，而协作机器人的功率只有百瓦左右)，从根源上避免伤害事件的发生。
三、核心零部件“卡脖子”，但下游应用前景广阔
协作机器人产业链包括上游核心零部件供应商、中游机器人本体供应商及下游系统集成供应商。
协作机器人作为工业机器人的一个分支，二者产业链大多相同，但也有差异。差异主要表现在上游材料方面，工业机器人的上游一般是控制器、传感器、减速器和伺服电机等，而协作机器人的上游零部件则更精细化，涉及的零部件也更多一些。
(一)上游零部件“受制于人”局面逐步缓解
协作机器人上游核心零部件主要包括中空直流电机、安全控制器、力矩传感器、减速器、制动器、编码器等。我国机器人产业起步较晚，赵杰[ 赵杰，哈尔滨工业大学教授、博士生导师，哈尔滨工业大学机器人研究所所长、机器人技术与系统国家重点实验室副主任、原哈尔滨工业大学机电工程学院院长。]表示，目前机器人行业仍然有多项被卡脖子，内容涵盖核心部件、芯片、软件、工艺、系统等多方面。尤其在伺服电机、减速器和控制器三大核心零部件方面，国外厂商几乎占据近九成市场份额。
近年来，随着国产厂商在技术研发的持续投入，国内协作机器人厂商技术日益成熟，部分核心零部件正在逐步实现国产替代，已经有越来越多的协作机器人厂商开始尝试应用国产零部件，其中不乏优傲这样的外资厂商，已经大批量采用国内厂商绿的谐波的减速器。同时，还有以大族机器人为代表的部分厂商基于自身技术积累，已经可以实现核心零部件的完全自主研发。总得来看，协作机器人核心零部件的国产替代进程正在提速，国产技术水平日益提升。
(二)中游本体及系统集成商入局者增加
中游本体是指协作机器人本体、机械臂制造，系统集成主要是指协作机器人本体与喷涂、上下料、装配等生产环节的集成应用，综合解决方案供应商主要以本体制造商为主。
随着2013年中国协作机器人行业的开启，以本体制造为主要业务的厂商不断增多，遨博、大族机器人、节卡等新兴本体制造商的布局，也吸引新松等一大批传统机器人公司的加入，目前，行业企业数量保持稳定增长态势，据高维咨询统计的数据显示，2020年，中国协作机器人厂商已经达到70余家，在未来的1-2年内有望突破100家。
(三)下游应用场景不断丰富
不仅是在工业领域，机器人在人工智能的带动下，还可以在国防、医疗、农业、商业等领域取得广泛应用，催生新的业态和商业模式，引发产业结构的深刻变革。作为工业机器人行业的分支之一，协作机器人凭借其灵活、便捷、安全、高效的优势，其创新应用模式不断涌现，应用场景日益多元化。
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