【儀表網 儀表下游】近年來，先進制造、智能制造等話題逐漸成為全球的焦點。2021年10月6日，香港特首林鄭月娥在《行政長官2021年施政報告》中提出“令再工業化植根香港，使創科成為香港新經濟動力”，并提出期望在香港打造兩個先進制造中心的愿景。10月13日，廣東省印發《廣東省科技創新“十四五”規劃》，明確提出粵港澳大灣區國家技術創新中心建設計劃，“以智能制造與裝備等為主攻方向，突破“卡脖子”技術，鍛造“長板”技術，打造全鏈條產業創新網絡”，通過先進制造技術為新興產業壯大、傳統產業轉型升級以及未來產業布局提供強力支撐。上述政策的出臺為中國傳統制造業的升級、尋求新的動能打下了良好的基礎與鋪墊，進一步將“中國制造”向“中國智造”方向推進。
 

　　隨著國內制造業的逐漸轉型，工業生產對自動化的需求開始從單機設備轉向全自動設備、全自動生產線，并提出了對全自動化生產線柔性化的需求。柔性化需求的出現使得調整能力差、智能化程度低的傳統機器人逐漸不適應產線，并誕生了適應柔性制造的智能協作機器人。靈活、安全、小巧的智能協作機器人不僅能滿足企業柔性化的生產需求，還解決了傳統工業機器人投資規模大、投資回報期長、靈活度有限等問題，讓不同規模的企業都能輕松實現智能自動化，加速“智能制造”的普及和落地。
 

　　當今世界，各主要發達國家都在競相開發和改進新技術，讓智能制造技術應用更廣泛，以獲得更多的經濟效益。伴隨著智能制造時代的到來，柔性制造系統應用將日益廣泛，智能協作機器人應用于工業生產必將成為行業發展趨勢。
 

　　很難想象會出現這樣的場景：在一個工作平臺上，一邊是工人，一邊是機器人，他們配合嫻熟、交流順暢，像一對合作多年的搭檔，親密交流、高效作業。協作機器人的出現正在讓這一切成為可能，小巧玲瓏的協作機器人克服了傳統工業機器人的笨重遲鈍，使得機器人也能從“牢籠[ 這里主要是指傳統工業機器人在工作時需要進行安全防護，一般會用防護網將一個個機器人隔離開來，與工作人員保持一定的安全距離。]”中走向人類世界，尤其是新一代的智能協作機器人還能成為人類的得力助手。
 

　　一、五大優勢讓協作機器人與眾不同
 

　　協作機器人是指被設計成可以在協作區域內與人直接進行交互的機器人。就其工作模式而言，協作機器人有人機協作、人機配合以及單獨作業三種工作模式，單獨作業時機器人與人相隔一定距離，與工業機器人的工作模式相似；人機配合時機器人與人執行不同工作任務；人機協作是目前應用最廣泛的工作模式，需要機器人與工作人員進行動態交流互動，達到提質、增效、降本的目的。
 

　　供給側改革正在向需求側改革遞進，以“小批量、多品種、定制化”為特點的新需求趨勢正在取代單一化、規模化需求，對機器人的靈活性要求更高，傳統工業機器人越來越難以適應這一市場需求，尤其是對于中小企業來說，傳統工業機器人高昂的成本和復雜的操作往往讓中小企業望而卻步。協作機器人具備靈活部署、投資回收快、安全性高等優勢，能夠更好滿足新市場新需求。
 

　　與傳統工業機器人相比，協作機器人具備五大優勢：
 

　　(一)靈活、方便、體型小，柔性生產不可少
 

　　柔性化生產需要機器人能夠靈活部署，并適應多品種的生產需求。浙江大學熊蓉教授在一次研討會上曾經指出“協作機器人由于方便示教便于安裝等特性，使其能快速適應各類生產需求，從人機協作產線到純粹無人自動化產線，尤其在汽車產線已經大量使用。”
 

　　傳統工業機器人的部署涉及到生產線的自動化改造、機器人外圍支持設備的設計等多種工作，至少需要一周甚至更多的時間。協作機器人結構相對簡單，體積更小、質量更輕，市場上主流協作機器人自重一般在數千克到數十千克不等，僅為傳統工業機器人自重的1/10或更低，可多角度、多位置靈活快捷部署。
 

　　(二)簡單便捷易上手，降本增效小能手
 

　　傳統工業機器人除需要進行安裝之外，還需對機器人進行特定的配置和編程，往往需要系統集成商針對客戶生產特點制定相應解決方案，大大增加客戶使用成本。而企業關心的是“高效、快捷、方便、實惠”，相比傳統工業機器人，協作機器人易于編程，且具備手動引導功能，企業可自行安裝，并通過簡單的培訓即可自行操作使用。
 

　　(三)人機協作很“親密”，國際標準安全行
 

　　由于無法保障操作人員的安全，傳統工業機器人一般會被隔離開來獨立工作，人機之間交互較少甚至零交互。而協作機器人在安全方面更有保障，國際標準EN ISO 10218對啟動人機協作的安全性方面制定了四個明確的要求：
 

　　相比傳統工業機器人，協作機器人一般安裝有力反饋和碰撞檢測等應用，一旦協作機器人在工作過程中與人發生接觸，會停止運動，可避免或減輕對工作人員造成傷害，協作機器人在安全性能方面的終極追求是對人零傷害。
 

　　(四)投資回收期很短，回本快，效益漲
 

　　工業機器人的投資成本包括機器購買價格和部署成本，以高負載能力為例，傳統工業機器人價格一般在30-40萬元之間，由于在大規模生產線上進行部署，項目實施時間少則幾周多則幾個月，有時甚至需要停工停產，投資回收期一般需要幾年的時間。
 

　　協作機器人價格較低，約為十幾二十萬元不等，協作機器人部署時間一般數天或一周時間，投資回收也在一年以內，對于中小企業來說，能夠更快實現經濟效益。
 

　　(五)智能人機協作，“電子工友”不僅是機器換人
 

　　機器人永不疲倦，協作機器人可以重復執行簡單動作而不會降低工作質量，其工作精度可將故障和產品缺陷的可能性降低到幾乎為0，在保證工作質量的同時大大提升工作效率。
 

　　智能化協作機器人還可通過自身攜帶的攝像頭對成品零件、精密加工件等進行快速自動化檢測并迅速獲得檢測結果，保障企業產品的高質量生產。
 

　　隨著協作機器人技術的愈加成熟，其相對傳統工業機器人的優勢也將更加凸顯，尤其是智能技術的加持將推動傳統協作機器人向智能協作機器人演變。智能協作機器人將更加重視機器人與人之間的深度互動、實時交互，在未來的工作場景中，機器人可迅速對工作人員的指令(包括口頭、動作等)做出應變，并能與人以及其他機器人進行深度交流學習，大幅度提高生產效率。
 

　　二、發展動能十足，協作機器人行業喜迎“春天”
 

　　(一)黨和國家高度重視發展機器人產業
 

　　機器人是未來智能世界的基石，是制造業向自動化、智能化轉型的核心驅動力，黨和國家高度重視機器人產業的發展，并出臺了一系列鼓勵政策。
 

　　2015年，國務院出臺的《中國制造2025》明確了制造升級的發展方向，工業機器人是重中之重。2017年發改委頒布《增強制造業核心競爭力三年行動計劃(2018-2020年)》，計劃八大重點領域中包含智能機器人關鍵技術產業化，重點開發基礎性、關聯性、開放性的機器人操作系統等關鍵共性技術。
 

　　2019年，發改委制定《產業結構調整指導目錄(2019年本)》，在鼓勵類產業機械部分增加“機器人用關鍵零部件：高精密減速器、高性能伺服電機和驅動器、全自主編程等高性能控制器、傳感器、末端執行器等”“工業機器人RV 減速機諧波減速機軸承”等內容。2020年發改委出臺的《關于支持民營企業加快改革發展與轉型升級的實施意見》明確提出實施機器人及智能裝備推廣計劃。
 

　　2021年，“智能制造與機器人技術”被寫入“十四五”規劃，列為制造業核心競爭力提升的8項重大專項技術之一。
 

　　機器人產業扶持政策的不斷出臺為我國機器人產業發展奠定了良好的外部條件，協作機器人將在工業4.0時代背景下的智能制造中迎來更大發展契機。
 

　　(二)成本下降、“機器替人”雙重疊加
 

　　一是協作機器人價格愈加“親民”。市場發展初期，由于核心零部件受國外廠商制約，協作機器人的市場價格普遍超過20萬元/臺，令不少中小企業“望而卻步”，近年來隨著協作機器人技術的日益成熟及核心零部件的國產化替代，國內協作機器人的市場價格變得逐漸“親民”，極大降低了中小企業自動化生產門檻，拓展了協作機器人的應用領域。
 

　　二是“機器替人”優勢逐步凸顯。隨著我國適齡勞動力人口數量的不斷減少，人力成本開始逐年提升，人口紅利取得的競爭優勢開始逐漸消失。近年來，人工成本的逐年上升以及協作機器人市場價格的下探使得兩者之間的成本差距進一步擴大，使用協作機器人替換人工的優勢進一步凸顯。2019年，協作機器人單位小時成本僅有6.80元/小時，而人工成本已經上升至32.33元/小時。
 

　　(三)安全生產容不得半點兒馬虎
 

　　自工業機器人誕生應用于工業生產之日起，工業機器傷人的事件就不曾斷絕，根據美國OSHA一項報告顯示，1984-2017年發生了38起與機器人相關的事故，其中有27起導致工人死亡。協作機器人不同于傳統的工業機器人，其在產品設計上是更為本質、更為高級、更為安全的協作方式—Power and force limiting(功率和力限制)，本身就從功率和力方面對機器人進行了限制(傳統工業機器人的功率高達數千瓦，而協作機器人的功率只有百瓦左右)，從根源上避免傷害事件的發生。
 

　　三、核心零部件“卡脖子”，但下游應用前景廣闊
 

　　協作機器人產業鏈包括上游核心零部件供應商、中游機器人本體供應商及下游系統集成供應商。
 

　　協作機器人作為工業機器人的一個分支，二者產業鏈大多相同，但也有差異。差異主要表現在上游材料方面，工業機器人的上游一般是控制器、傳感器、減速器和伺服電機等，而協作機器人的上游零部件則更精細化，涉及的零部件也更多一些。
 

　　(一)上游零部件“受制于人”局面逐步緩解
 

　　協作機器人上游核心零部件主要包括中空直流電機、安全控制器、力矩傳感器、減速器、制動器、編碼器等。我國機器人產業起步較晚，趙杰[ 趙杰，哈爾濱工業大學教授、博士生導師，哈爾濱工業大學機器人研究所所長、機器人技術與系統國家重點實驗室副主任、原哈爾濱工業大學機電工程學院院長。]表示，目前機器人行業仍然有多項被卡脖子，內容涵蓋核心部件、芯片、軟件、工藝、系統等多方面。尤其在伺服電機、減速器和控制器三大核心零部件方面，國外廠商幾乎占據近九成市場份額。
 

　　近年來，隨著國產廠商在技術研發的持續投入，國內協作機器人廠商技術日益成熟，部分核心零部件正在逐步實現國產替代，已經有越來越多的協作機器人廠商開始嘗試應用國產零部件，其中不乏優傲這樣的外資廠商，已經大批量采用國內廠商綠的諧波的減速器。同時，還有以大族機器人為代表的部分廠商基于自身技術積累，已經可以實現核心零部件的完全自主研發。總得來看，協作機器人核心零部件的國產替代進程正在提速，國產技術水平日益提升。
 

　　(二)中游本體及系統集成商入局者增加
 

　　中游本體是指協作機器人本體、機械臂制造，系統集成主要是指協作機器人本體與噴涂、上下料、裝配等生產環節的集成應用，綜合解決方案供應商主要以本體制造商為主。
 

　　隨著2013年中國協作機器人行業的開啟，以本體制造為主要業務的廠商不斷增多，遨博、大族機器人、節卡等新興本體制造商的布局，也吸引新松等一大批傳統機器人公司的加入，目前，行業企業數量保持穩定增長態勢，據高維咨詢統計的數據顯示，2020年，中國協作機器人廠商已經達到70余家，在未來的1-2年內有望突破100家。
 

　　(三)下游應用場景不斷豐富
 

　　不僅是在工業領域，機器人在人工智能的帶動下，還可以在國防、醫療、農業、商業等領域取得廣泛應用，催生新的業態和商業模式，引發產業結構的深刻變革。作為工業機器人行業的分支之一，協作機器人憑借其靈活、便捷、安全、高效的優勢，其創新應用模式不斷涌現，應用場景日益多元化。