工业机器人在数字化共享工厂中的应用

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　　基于对我国制造业重点城市佛山的调查，佛山数字化共享工厂的实践经验，表明建设数字化共享工厂有助于推动工业机器人在制造业的应用，并加快我国制造业转型升级步伐。
　　中国制造面临转型升级的紧迫任务，需要制造出更多質高价优的产品，这就要求制造企业转变生产组织方式，应用先进技术，提高生产效率。应用工业机器人是中国制造业企业提升企业竞争力的一个选择。应用工业机器人能够减少劳动力投入，节省厂房空间，提高产品质量，改善生产环境，提升产出效率。近几年，随着机器人制造成本的不断下降和性能的提升，全球工业机器人的应用渗透呈快速增长的趋势。根据世界机器人联合会（IFR）数据，2017年我国工业机器人的平均密度约为97台/万人，略高于世界平均水平85台/万人，但远远低于韩国710台/万人的水平。比较来看，我国工业机器人应用的空间还很大，工业机器人推动我国制造业转型升级的潜力还远未释放出来。
　　工业机器人应用受诸多因素影响，增强制造业企业对工业机器人应用价值的认识是重中之重。根据对佛山机器人应用情况所做的调查，总结起来主要有以下几点：一是企业管理者对工业机器人的价值认识不够;二是机器人应用项目具有一定的风险性;三是机器人应用项目需要围绕制造业企业的工艺步骤进行个性化开发，技术复杂，同时前期投入较大;四是工业机器人应用人才短缺;五是在机器人应用服务厂商与制造业企业之间缺乏有效对接的桥梁。
　　为了解决以上问题，佛山市依靠专业化的机器人制造工厂与专业生产制造企业全面对接，在工业机器人应用推广方面取得了显著进展，传统制造业转型升级步伐加快。
　　佛山数字化共享工厂实践
　　佛山机器人应用集成企业在实践中摸索出了“数字化共享机器人工厂”模式。机器人装备制造业企业建设示范共享机器人工厂，让机器人应用效益直观显现出来。在佛山南海，长期从事焊接机器人制造的泰格威公司，建设了一条铝材门窗的工业机器人数字化生产线。工业机器人根据客户门窗规格数据设置工艺参数，从原材料进入生产线到门窗最终产品实现了全自动化。生产资料计划系统与制造执行系统无缝对接，可以根据客户的要求按需定制。机器人集成系统在上料部分有公司的核心技术。铝合金门窗制造销售企业，从上游原材料供应商购买铝材后，不再自己组织生产，转而从共享工厂那里直接得到门窗成品。传统门窗生产线所需人工多，占地面积大。共享工厂提高了铝门窗生产的自动化水平，大大减少了人工和用地需求，同时数字化工厂的实施提高了产品个性化定制的水平，对客户需求的响应时间明显加快。门窗生产自动化后，劳动力岗位需求由原来以操作型为主向操控型转变。机器人工厂投入运营后，系统的操作人员和维护人员岗位增加，岗位人员的劳动附加值增加，全员劳动生产率得到大幅提升。共享工厂的建设投入约600万元，由上游铝材原材料厂凤铝（获工信部“中国制造业单项冠军企业”称号）、下游门窗制造厂商和装备制造商泰格威公司共同承担，以按件计价的形式从铝门窗加工费中逐步提取。按照现在的加工量计算，两年内就能收回建设成本。示范机器人共享工厂运行一段时间后，将会移到上游铝合金原材料工厂，原来的诸多中小铝合金门窗制造企业将不需要直接制造门窗，更多的精力可以放在营销和服务上面。上游的铝合金厂将业务向下延伸，对于提高自身的竞争力也是大有裨益的。几方共赢的局面形成后，泰格威公司已有6条数字化共享工厂生产线被预定。
　　除了专攻焊接工业机器人的泰格威公司，佛山还有高立威、新鹏等机器人公司在快速发展壮大。佛山高立威公司是一家扎根玻璃深加工领域18年的装备制造业企业，能够提供玻璃深加工智慧工厂方案，其研发的数字孪生平台可以仿真虚拟运行数字化玻璃深加工机器人工厂。在数百米的生产线上，玻璃的搬运、磨边、切割和中控，都实现了自动化。如果以传统生产线需要300人来测算，高立威公司的机器人全自动化生产线只要70人，两年就可以收回前期投入。佛山新鹏机器人和佛山东鹏陶瓷正在做整个工厂的智能化改造，新鹏机器人研发了全面的信息化管控软件系统，通过分置全厂的1万～2万个传感器实时传送数据，可以把生产线的运作情况实时管控起来，提升工厂生产、能耗、安全、维修等多方面的管理水平。
　　总结佛山数字化共享工厂初见成效的原因，我们可以发现全产业链互利共赢是关键。上游厂商推动机器人应用，下游厂商顺应变化，专注于自己的营销服务网络。参与共享工厂建设的厂商共同商议确定资本投入、风险利益分摊机制，共享技术进步带来的收益，形成多方共赢的利益共同体。铝合金门窗制造业在佛山是优势产业，产销量大，这为共享工厂达到规模经济水平提供了基础条件。泰格威作为多年深耕焊接机器人的系统集成厂商，技术实力强，对铝门窗生产工艺熟悉，成功地实现制造流程数字化、自动化。共享工厂的计价形式是自然透明的，按件收费。共享工厂以上游原料厂商的客户群为主，节约了搜寻成本，供需信息不对称的问题得到了较好解决。机器人集成商专注于共享工厂核心技术，上游厂商专注于原材料生产，而下游厂商专注于销售网络和售后服务，产业链得到垂直整合。上下游厂商间的交易成本大大降低，专业深化带来的经济效益凸显，区域经济发展活力显著增强。
　　推广数字化共享工厂的建议举措
　　实施数字化共享工厂，装备制造企业、制造业企业、行业协会、研发机构和政府要多方联动。数字化共享机器人工厂的实施要考虑几个关键要素：一是要服务地方优势产业; 二是制造环节要适合工业机器人的应用，目前工业机器人能够上场的工艺环节还主要是搬垛、切割、焊接、喷涂等，佛山主要应用于门窗制造、陶瓷洁具等行业;三是工业机器人集成厂商要有实力;四是政府产业政策的支持要有针对性;五是资本市场与装备制造企业有效对接;六是共性技术开发要多方参与;七是人才队伍建设要跟得上。
　　机器人企业要主动服务区域产业链集聚的行业。共享工厂需要达到规模经济，才能出效益，这需要充足的订单。原料供应商、制造厂商在区域内的集聚是必要条件。装备制造业企业，行业协会，研发机构和政府要多方联动，把某一个制造业行业的共性生产提炼成一个数字化工厂。如前所述的佛山泰格威公司的铝门窗共享工厂，服务的就是佛山铝型材制造和再加工行业，这个行业佛山在全国具有领先地位。专注于喷涂工艺的新鹏机器人为行业提供“交钥匙”工业机器人应用解决方案，其服务的陶瓷行业也是佛山的传统优势产业。 　　政府积极推动工业机器人应用及智能化工厂建设。政府的政策支持一般包括补贴制造业企业应用工业机器人，对应用本地生产的机器人给予更高的补贴额度;政府牵头建设机器人创新基地，对机器人企业提供场地租赁优惠及税收扶持等;根据机器人企业研发产品的销售情况，对机器人企业的有效研发予以补贴;支持企业进行技术改造。如 《佛山市工业企业技术改造三年行动计划（2018-2020年）》提出，“以提高装备智能化率、成果转化率、劳动生产率、产品优等率等为主攻方向，开展智能工厂培育试点，推广重点行业智能化车间，加快旧生产设备计量技术改造，建设智能工厂。推动工业机器人在汽车制造、陶瓷建材、家用电器、电子信息、机械装备以及民爆等行业领域广泛应用”。
　　政府搭建融资平台解决共享工厂資金投入问题。共享工厂投资大、风险高，单靠企业自身筹措资金，存在融资慢、融资难的问题。政府搭建一个装备制造业企业和投资机构、金融机构对接平台，让资本市场助推企业技术革新，让企业的项目在资本市场的考验下优胜劣汰。以佛山市为例，截至2018年11月，全市共有上市公司58家，新三板挂牌企业93家，其中有26家装备制造业上市公司和42家装备制造业新三板挂牌企业。佛山市2018年新增装备制造业上市企业在资本市场成功融资7.89亿元，资本市场资源配置的基础性作用逐步发挥出来。
　　政府支持大学、科研院所建设共性技术开发平台。共享工厂的工艺过程与行业属性紧密相连，如玻璃深加工行业就与铝合门窗加工行业不同。针对行业开发数字化共享工厂，需要装备制造企业对行业制造全生产线熟悉，同时又要解决关键环节的机器人应用问题，如在铝门窗生产过程中，焊接和上下料环节就需要企业有核心技术，这个核心技术能够通用于行业内大部分的制造企业。共性技术的开发，需要研究机构、装备制造企业和共享工厂的使用方——下游制造企业共同来参与。广东省科技厅、佛山市、南海区和广州工业大学共同成立了“佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院”，建设了机器人应用共性技术研发平台，为机器人应用企业提供了强大的技术支持。
　　合作企业通过协商建立起多方共赢的资金投入和利润分享机制。制造业企业面临竞争，唯一的出路是降成本、提高生产效率。装备制造商前期投入建设示范共享工厂，通过实际运行来证明以工业机器人为主要组成部分的数字化共享工厂可以大大提高生产效率，同时通过几方商议的计价形式来支付共享工厂的资本投入费用和使用费用。使用厂家不用前期就投入大量资金来购买设备，而是采用从生产加工费用中逐步扣除资本投入的方式。当产量较大时，装备制造厂商可以很快收回投入成本及应得利润，同时下游劳动密集型制造企业切实体会到制造成本降低的好处。参与方共赢的局面形成后，共享工厂模式就能得到健康发展。
　　装备制造业企业通过数字化改造提升共享工厂效益。推进数字化转型是实现智能制造的基础和必要条件。数字化和自动化是企业实现智能制造的两大支柱，自动化系统要实现柔性，必须依赖数字化系统的支撑。共享工厂面对用户多，对制造产品的个性化需求也多，同时对交货时间、产品质量也有诸多要求，这需要共享工厂能够把生产计划系统与制造执行系统整合成一个有机的整体，这需要切实提高生产制造过程的数字化、网络化以及智能化。数字化改造的落脚点首先是提高共享工厂数字化研发工具普及率、关键工序数控化率和网络基础设施能级。
　　学校企业合作培养数字化共享工厂高技能技术人才。数字化共享工厂的建设和运营需要多方面的人才，技术人员需要掌握生产线工艺、工业机器人等制造单元的维护及生产制造系统的运行和维护等。人才短缺往往成为企业智能化升级改造的瓶颈，企业要积极主动寻求与学校的合作，提早布局，共同培养高技能技术人才。佛山泰格威公司的做法是与高职院校成立学徒制班，学生的培养计划由学校和企业共同制定，学生实习培训的岗位就是正在运行的共享工厂的岗位，学生毕业即就业，这种做法值得借鉴。
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