工业机器人知多少

文/本刊记者  王素 黄帅




  “机器换人”也许以前还是一个梦想,而今天,如果哪位企业家在生产中还不认真考虑这件事情,就会显得有点跟不上节奏。在强烈需求带动下,我国的机器人产业产值早已破千亿元,工业机器人更是开启规模化效应。对于这个熟悉又陌生的新兴领域,企业需要了解哪些知识?且听SGS工业机器人技术专家韩志雄一一道来。
  
  进出口经理人:在国内,工业机器人更多地集中应用于汽车、消费电子等行业。随着电商的发展,物流仓储机器人的应用也水涨船高。目前工业机器人的发展和应用还有哪些新趋势?阻碍工业机器人全面替代“人工”的主要因素是什么?
  
  韩志雄:随着国内市场推进发展“中国质造”和“中国智造”,国家政策倾向于鼓励企业完成自动化、自主化和智能化的转型,国内诸多工厂和企业都将进行产业升级。我认为,机器在某些领域继续代替“人工”以及人机协作工作,将是未来发展的主要趋势。
  
  从数据上来讲,2017年,协作机器人(cobots)开始引领机器人市场增长。BIS Research的研究数据显示,到2021年,协作机器人的市场销量将达到15万台,销售额有望增至20亿美元。
  
  从应用上来讲,早几年的工业机器人主要用来在固定领域内代替人工,这其实只是解决了人工重复性劳作,代替了人力的问题。当然这也是显著的,比如堆垛、码垛和分拣等机器人的应用,但自动化的需求远不止这些。在很早以前,以汽车线上的工业机器人为代表的应用已经从效率和能力方面解决了成本和产量的困扰。然而,今天的自动化已经进入到非常丰富的应用场景,包括3C、汽车配件、食品生产和玻璃生产等小负载产业。这些需求将提高机器人在其他方面的要求,比如广泛的适用性、灵巧性和移动性等,这就是趋势。
  
  不过,确实也存在以上进程不能快速布局的局限性,主要体现在3个方面。
  
  其一,国内外对协作机器人概念的认知程度不同,国内大多数还是注重应用性,而国外注重的则是安全性;其二,产线部署不易更改,改变传统工业需要投入巨大的费用,成本是企业眼下需要考虑的因素;其三,技术积累是一个循序渐进的过程,只有标准化的推广和应用才能加速转型,但需要一个周期。
  
  另外,在上述3个过程中,还有制约工业机器人发展的因素,即机器人零部件的问题。实际上,传统三大核心零部件——控制系统、伺服系统和减速机在国产传统的机器人领域没有得到很好的解决,而协作机器人比传统机器人对零部件的要求更高,甚至有些零部件是传统机器人所没有的,比如直流伺服电机、中空编码器等,这是制约我国协作机器人发展的主要因素。
  
  进出口经理人:我国工业机器人产业发展如火如荼,但在技术水平上与国外工业机器人的差距仍然很大,产生的主要原因是什么?是否存在弯道超车的机会?
  
  韩志雄:如上所述,谈到这个问题,主要有3点。
  
  第一,机器人在安全性上存在问题。国内的安全标准很少,加上国内机器人厂商和应用客户对机器人的安全问题不太重视,这就导致国内协作机器人在安全性技术上比较缺乏。并且,国内做安全事务的人才大部分集中在航天、军事、自动化仪表等行业,而在机器人领域的比较少。
  
  第二,机器人零部件问题。关于这个问题的阐述,第一个问题的答案已有所涉及,在此不赘述。
  
  第三,对于国内本土化机器人,重要的问题不在于应用和市场开拓,更主要的是研发问题。
  
  进出口经理人:据了解,工业机器人行业的国际标准正在建设中,对国内出口欧美的工业机器人厂商而言,如何在研发过程中融入欧美标准,最终使产品顺利满足出口目的国的安全要求?
  
  韩志雄:我个人的想法是,首先从大中型企业建立标准化组织,带头制定企标、行标,把相关的标准引入到企业,使得技术从研发阶段就涉及标准。其次,产品实现标准模块化。比如,控制单元的电路模块化。最后,积极开始和第三方认证公司以及国内有资质的公司合作,定期参与研讨会及培训等,增加和拓展公司相关技术人员的能力。
  
  进出口经理人:“功能安全”在欧洲非常普遍,但在我国仍是一个比较新的概念。“功能安全”的内涵是什么?如何才能在工业机器人领域实现“功能安全”?
  
  韩志雄:目前,“功能安全”各个领域的标准都是欧洲制定的,国内只是等同翻译了其中一部分。“功能安全”本质上是为了通过保证产品安全功能的可靠执行,来保证操作人员和维护人员生命安全。“功能安全”的相关标准中对产品从概念、需求、设计、测试、安装、调试、运营和维护、报废等产品全生命周期都提出了安全管理和技术要求,尤其是对安全回路以及组件的软硬件设计开发、集成等更是用大量篇幅进行了描述。这些要求的实现,可以从本质上提高工业机器人的安全性。
  
  在实现工业机器人的“功能安全”方面,我认为可以从3点考虑。
  
  首先,国家和行业标准的制定中要引入“功能安全”要求。目前工业机器人的国家标准和行业标准尚不完善,需要增加对“功能安全”的要求,这样才能给整个行业提供指引。
  
  其次,机器人研发企业或其供应商、用户要积极学习、研究和落实“功能安全”标准的相关要求。企业是实现功能安全的主体,只有企业参与进来,“功能安全”的要求才能真正落实到机器人产品上。
  
  最后,应引入第三方咨询、评估机构的参与。“功能安全”标准的核心是对机器人设计中的要求,尤其是安全功能相关的回路,比如控制器。第三方机构作为“功能安全”标准委员会的参与者,在轨道交通、汽车等领域都有丰富的知识经验,能够协助企业将标准真正落实到产品上。另外,行业监管者和最终业主也可以根据第三方机构输出的“功能安全”证书和报告,判断机器人是否满足了“功能安全”的要求。
  
  进出口经理人:中国已成为世界第一大工业机器人需求国,国内工厂加速自动化生产线投入,有哪些可以作为其考量和选择工业机器人供应商的指标?
  
  韩志雄:目前我国是工业机器人第一大需求国,也是最大的输出国。在考核指标上,第一,我们需要和国际上的知名厂商尽量保持一致,比如KUKA、ABB、安川等,这样有利于我国工业机器人的发展。我们一些机构也推出了机器人的横评,可以作为参考。第二,主要从性能和安全上考核。性能和应用相关,比如工作空间、自由度、有效负载、运动精度和特性等;安全主要可以从系统上考核,实际上是针对机器人的3个部分和6个系统分别考虑安全,即机械部分、传感器部分以及控制部分,机械结构系统、驱动系统、感知系统、环境交互系统、人机交互系统以及控制系统。对于关键的控制系统、驱动系统甚至机械结构系统,可以要求符合SIL或PL认证。
  
  进出口经理人:随着“工业4.0”逐渐被视为发展趋势,SGS在工业机器人领域有哪些投入和布局?目前取得了什么成绩?
  
  韩志雄:在机器人领域,SGS紧跟“一带一路”倡议以及“中国制造2025”政策,在以下几个方面为企业展开服务。
  
  第一,国内标准的制定。SGS先后参与了多达10项的国标、行标、企标、团体标准制定,把我们熟知的标准引入到厂家和标准化组织。
  
  第二,分批次和分地域地组织核心研讨会、培训会和展会,为厂商比较集中的地方提供免费的讲解。
  
  目前,我们已经为一些大的企业如海康威视、京东X等提供相关的认证服务,甚至这些服务都开展到了新加坡、荷兰等国家和地区。我们也为企业提供“功能安全”服务,并且解决了I 4.0 ready的认证,这也是我们以后的主要方向。
  
  进出口经理人:为助力我国工业机器人制造进入世界一流阵营,SGS有何良好建议?
  
  韩志雄:智能制造是一个持续的命题,SGS也将持续地助力中国企业,为企业的产品“走出去”把关,我们深切建议未来伙伴关注以下几点。
  
  首先,需要多和优秀的国外同行以及第三方机构学习,尽快转变机器人在实用和安全上的观念,尽早将标准引入企业,尽早地面向国际市场。
  
  其次,更加关注我国现有机器人的不足之处,如元器件靠进口的软肋,企业应抓住核心内容,搞产学研的综合发展。
  
  最后,在机器人的研发过程中,引入CE、SIL等相关认证。一方面引进消化国际先进的技术标准,提高机器人的技术水平,避免后期的反复修改;另一方面,也可以使机器人及早具备出口到欧盟等市场的资格。
  
  我们将与制造商一起努力向“中国制造2025”的规划靠近,升级改造现有的产业布局,夯实工业基础。


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