雷晓晨自动化装配的前景(您的工厂还为招不到人犯愁吗？)-鼎湘智能工厂装备提供专家

雷晓晨

工业机器人应用
首先要知道的是你的机器人要用于何处。这是你选择需要购买的机器人种类时的首要条件。如果你只是要一个紧凑的拾取和放置机器人，Scara机器人是不错的选择。如果想快速放置小型物品，Delta机器人是最好的选择。如果你想机器人在工人旁边一起工作，你就应该选择协作机器人。

本文主要的方向是工业机器人。这一类的机器人适用于非常多的应用，从材料搬运到机器维护，从焊接到切割。在今天，工业机器人制造商开发了适用于各种应用的机器人产品。你需要做的是确定你想要你的机器人干什么以及在种类众多的机器人选择合适的一款。
机器人负载
负载是指机器人在工作时能够承受的最大载重。如果你需要将零件从一台机器处搬至另外一处，你需要将零件的重量和机器人抓手的重量计算在负载内。
自由度（轴数）
机器人轴的数量决定了其自由度。如果只是进行一些简单的应用，例如在传送带之间拾取放置零件，那么4轴的机器人就足够了。如果机器人需要在一个狭小的空间内工作，而且机械臂需要扭曲反转，6轴或者7轴的机器人是最好的选择。轴的数量选择通常取决于具体的应用。需要注意的是，轴数多一点并不只为灵活性。事实上，如果你在想把机器人还用于其它的应用，你可能需要更多的轴，“轴”到用时方恨少。不过轴多了的也有缺点，如果一个6轴的机器人你只需要其中的4轴，你还是得为剩下的那2个轴编程。
机器人制造商倾向于用稍微有区别的名字为轴或者关节命名。一般来说，最靠近机器人基座的关节为J1，接下来是J2，J3，J4以此类推，直到腕部。还有一些厂商像安川莫托曼则使用字母为轴命名。

最大运动范围
在选择机器人的时候，你需要了解机器人要到达的最大距离。选择机器人不单要关注负载，还要关注其最大运动范围。每一个公司都会给出机器人的运动范围，你可以从中看出是否符合你应用的需要。最大垂直运动范围是指机器人腕部能够到达的最低点（通常低于机器人的基座）与最高点之间的范围。最大水平运动范围是指机器人腕部能水平到达的最远点与机器人基座中心线的距离。你还需要参考最大动作范围（用度表示）。这些规格不同的机器人区别很大，对某些特定的应用存在限制。
重复精度
这个参数的选择也取决于应用。重复精度是机器人在完成每一个循环后，到达同一位置的精确度/差异度。通常来说，机器人可以达到0.5mm以内的精度，甚至更高。例如，如果机器人是用于制造电路板，你就需要一台超高重复精度的机器人。如果所从事的应用精度要求不高，那么机器人的重复精度也可以不用那么高。精度在2D视图中通常用“±”表示。实际上，由于机器人并不是线性的，其可以在公差半径内的任何位置。
速度
速度对于不同的用户需求也不同。它取决于工作需要完成的时间。规格表上通常只是给出最大速度，机器人能提供的速度介于0和最大速度之间。其单位通常为度/秒。一些机器人制造商还给出了最大加速度
机器人重量
机器人重量对于设计机器人单元也是一个重要的参数。如果工业机器人需要安装在定制的工作台甚至轨道上，你需要知道它的重量并设计相应的支撑。
制动和惯性力矩
机器人制造商一般都会给出制动系统的相关信息。一些机器人会给出所有轴的制动信息。为在工作空间内确定精准和可重复的位置，你需要足够数量的制动。机器人特定部位的惯性力矩可以向制造商索取。这对于机器人的安全至关重要。同时还应该关注各轴的允许力矩。例如你的应用需要一定的力矩去完成时，就需要检查该轴的允许力矩能否满足要求。如果不能，机器人很可能会因为超负载而故障。
防护等级
这个也取决于机器人的应用时所需要的防护等级。机器人与食品相关的产品、实验室仪器、医疗仪器一起工作或者处在易燃的环境中，其所需的防护等级各有不同。这是一个国际标准，需要区分实际应用所需的防护等级，或者按照当地的规范选择。一些制造商会根据机器人工作的环境不同而为同型号的机器人提供不同的防护等级。
从20世纪60年代开始，西方国家就依靠技术进步开始对传统工业进行改造，使工业得到飞速发展。全球化市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（time to market）、改善质量（quality）、降低成本（cost）以及完善服务体系（service）。自动化装配技术在工业生产领域的地位日益重要。
有效的投资
通 常对于高质量、高性能和量身定做的装配线设备来说，其成本也相对较高。但一些目光高远的企业仍然会把这笔花销当作是一种有效投资。在他们看来，优秀的设备 带来的巨大收益回报是那些使用低性能、半自动设备所无法比拟的。一方面，自动化装配设备可以帮助企业使其产值飞速攀升，不仅产品质量大大提高，而且还可以 满足企业的大批量生产需求。另一方面自动化装配设备可以为企业有效节约长远投资成本。在一项客户调查中显示，大多数应用了博大高性能设备的客户所节约的投 资成本都比预期的要多。
凡批量化、设计循环周期长的产品都适合使用自动化装配设备，自动化装配设备的成本投入也会给用户带来丰厚的利润回报，其带来的收益被称作投资回报（ROI，Return On Investment）。如：减少装配劳动力；节省工人管理成本；减少维护投入；减少返工成本；提高产品质量；节约子部件的处理步骤及存放空间所带来的投入。大体上，循环寿命为5年以上的产品投资回报为35%。而使用投资回报为35%的装配设备，3年即可收回设备的投入成本。
例如，一套装配系统的装配率为100件/min，年生产量为3500万件，按每日3班轮倒的1周5个工作日计，每件产品可以节约0.1元的成本，则每年可节约成本350万；若每件产品可以节约0.15元的成本，则每年可节约成本525万。人工替代和产业升级两大因素驱动我国工业机器人市场快速增长。本土工业机器人企业凭借工程师红利，将出现长达20年的黄金发展期。预计我国工业机器人及系统市场空间超千亿，本土企业有数十倍成长性。我国工业机器人市场快速增长第一个驱动力是机器代替人工。原因主要来自于两个方面：其一是低端劳动力供给不足。80、90后已经成为目前劳动力市场的主力，相比60、70后，他们诉求较多，其中的显著变化之一是越来越少的人愿意从事工资低、单调重复繁重、环境差的工作，导致低端劳动力供给不足，每到岁末年初这种“民工荒”现象在沿海地区表现尤为明显，用人单位越来越倾向于用机器人替代人工，从事这类工作。其二是工业机器人替代人工经济性不断提升。

一方面，劳动力工资全面上涨。改革开放以来，我国城镇就业人员年平均工资基本保持两位数增速，到2010年已经超过5000美元，而且由于低端劳动力供给不足，近年来农民工工资涨幅比城镇职工还要快。另一方面，机器人本体价格不断下降。机器人价格下降不仅是国际趋势，而且还因为主要国际巨头纷纷在中国设组装线，降低本体成本和价格。继ABB之后，安川和库卡也开始在中国建设组装线，并于2013年投产，两家在中国最终年产量将合计达11000台，相当于2011年我国工业机器人需求的近一半。川崎也在中国建组装线。上述两项因素，导致工业机器人替代人工的经济性不断提升，工业机器人投资回收期越来越短，有的甚至两年就可以回本。第二个驱动力是产业升级。日韩等国经济转型过程中，经济增速都出现大幅下降，日本GDP从1956-1973年年均复合增速9.22%下降到1974-1991年年均复合增速3.95%，产业结构也出现三个变化：一是传统重化工制造业在经济总量中的占比逐渐萎缩，产业内重组与整合明显加强；二是高附加值、技术密集型的新兴产业规模迅速扩大，机械化、自动化及智能化设备的大规模普及导致企业生产效率和竞争力大幅提升；三是服务业占比上升与消费升级并存。 反观我国，目前经济发展与日本70年代初类似，劳动力成本上升、能源紧张、资源匮乏、环境污染严重，适时调整经济结构，大力发展知识和技术密集型产业、促进升级是我国经济能否顺利跨过中等收入陷阱的关键，而经济结构转型和产业升级需要大量的自动化成套设备相配套。 工程师红利将延续20年 与其他行业一样，我国机器人企业在与国外竞争时，拼的是价格和服务，但是我们认为这些只是表象。在核心零部件（减速机、伺服电机、控制器）受制于人、进口零部件价格不低于国外对手、进口零部件占本体生产的机器人本体原材料成本高达85%的情况下，追本溯源，之所以能有价格和服务方面的优势，源于充裕的工程师供给以及较低的工程师价格，即工程师红利。凭借工程师红利，在机器人系统集成领域，可以在应用软件修改和售前售后服务方面具有明显的成本优势；在本体生产领域，可以在底层软件修改、对底层软件进行定制化服务以适应最终客户和集成商要求方面具有明显的成本优势。 从我国在校生人数以及接受高等教育比例不断提高的情况来看，工程师后续供给仍会比较充裕。 国内机器人行业工程师目前平均年薪近8万元，欧洲和日本机器人行业工程师平均年薪40万元左右，根据欧洲、日本和我国工程师工资过去增长情况，假设欧日工程师工资年均增长1.5%，我国工程师工资年均增长10%，那么我国工程师红利可以维持21年。悲观假设我国工程师工资年均增长15%，那么我国工程师红利也可以维持14年。 市场空间超千亿

本土企业有数十倍成长性 2000年以来，随着我国汽车行业新线不断投产，电子行业固定资产投资增速持续处于高位，工业机器人在我国应用数量得以迅速提升，2011年我国新安装工业机器人22,577台，同比增长高达50.7%，增速位列全球第一，需求量位列全球第三。截至2011年末，我国工业机器人存量规模已经从1999年的500台上升至74,317台，占全球保有量的6%，排在日本、美国、德国、韩国之后，位于第5位。 相比发达国家，我国制造业机器人密度（即每万个工人对应的工业机器人安装数量）还非常低，只有21，不仅不能与发达国家相比，还低于全球55的平均水平，未来有大幅提升空间。2011年末，我国制造业有4088万职工人数，假设我国制造业工业机器人密度与全球55的平均水平相当，则需要工业机器人22.5万台，目前我国已有7.4万机器人存量，那么将新增工业机器人15.1万台。我国制造业对应的工业机器人本体市场规模接近380亿元，算上系统的话，对应的工业机器人市场规模达到1140亿元（按照系统规模是本体3倍测算）。 国外机器人公司无论是本体还是系统集成，规模都可以做到100亿元左右，也就是说，本体和系统集成规模合计可做到200亿元。而我国龙头企业新松机器人2012年的规模也才只有10亿元，未来成长性数十倍。