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中国在机器人领域的发展水平如今发展到何种程度?

2020-09-22 17:18 次阅读

数字化、智慧化生产已经进入人们的生活,此前我们也采访过不少提供智能制造解决方案的厂商。在我们的印象里,如今的智能制造,理应是一座工厂中的所有流水线操作,都可由机械臂、机器人精确完成。就好像一块板子从流水线这头,到那头,焊接、点胶、封装等各种操作都如此。这是我们想象中的场景,那么实际生产的这些机器人如今已经发展成什么样了?

在今年的中国国际工业博览会上,我们看到库卡机器人KUKA KR 4 AGILUS的发布——这是一款相当适用于电子行业的机器人,能够高效地完成“涂胶、大螺丝、精密装配、搬运”等工作。

通过KUKA KR 4 AGILUS这款机器人的发布,我们也期望管中窥豹地看一看,中国在机器人领域的发展水平,以及如今应用在电子行业的机器人与周边解决方案,究竟发展到何种程度。

有关KUKA KR 4 AGILUS机器人

用库卡中国首席执行官王辉的话来说,“KUKA KR 4 AGILUS是由库卡中国的研发团队自主研发的第一款产品,经过了大概12个月左右的时间。”我们不妨先来看看这款KR 4 AGILUS的一些技术特点。

KR 4处在库卡KR AGULUS产品家族中,根据负载重量的不同,此系列还有KR 3(负载3kg)、KR 6(负载6kg)和KR 10(负载10 kg)。库卡中国产品经理李政韬提到了KR 4的几个特点:

性能:不难理解KR 4的最大负载即为4kg,这款产品的臂展600mm,节拍时间0.4s,是“KR 3的老大哥”

紧凑型设计:整机重量27kg,流线型工业设计,“占地面积非常小”,节约应用空间;可以在地面、顶部、墙面侧面安装,在任何角度、360°安装;

温度适应性:工作范围0-55℃;

紧凑型控制系统:KR 4搭配的是库卡第五代控制系统,控制柜KR C5 micro,以及搭载的KSS 8.7操作系统。KR C5 micro本身也是紧凑型设计,比第四代KR C4 compact在体积上减少70%,重量则从33kg降低到了9.8kg,占地面积大约是一张A4纸的大小,能耗降低35%。

中国在机器人领域的发展水平如今发展到何种程度?

这套系统中,KR 4 AGILUS搭配KR C5 micro控制柜,以及KSS 8.7系统,完成机器人的工作。“整个系统有CE符合欧盟标准要求,UL符合美国认证,还有国际权威的TUV安全功能认证。”李政韬表示。

库卡中国首席技术官李宏伟在接受我们采访时提到:“KUKA KR 4 AGILUS在重复定位精度、连续的轨迹精度,包括节拍都是业界的领先水平。”而在温度适应性这方面,“中国从南到北都有电子厂,北方可能很冷、南方可能很热,有些机器人在冬天就开不了机;有些机器人在夏天经常死机。KR 4 AGILUS支持从0-55℃这样很宽的范围,客户不需要采用额外的加热或散热设备,就能正常使用。”在紧凑设计上,“哪怕以前是用自动化专机的设备做电子生产,做改造时,KR 4 AGILUS因为体积比较小可以360°安装,改造组装空间需求很小。”

而在目标应用上,李宏伟说:“KR 4 AGILUS的定位是面向3C行业的高精度机器人。”“电子行业的特点是,生产线往往比较小巧、紧凑,生产环境要求高。电子产品的迭代很快,产品从手表到手机变化比较大。专机的灵活性不够:企业如果三个月就换一批产品就会耽误商机和产能。”

KUKA KR 4 AGILUS 机器人面向电子行业时,其灵活性就体现在“通过更改应用包、软件、参数就可以灵活满足各种生产需求。”加上在占地面积,及前文提到的安装灵活性,以及较宽的温度适应性方面的优势,“我们这个机器人在设计之初,就考虑重点解决电子行业难题。”

中国“全价值链”的机器人

KUKA KR 4 AGILUS对于库卡中国较大的意义恐怕在于前文提到的“是由库卡中国的研发团队自主研发的第一款产品”。王辉表示:“KUKA KR 4 AGILUS是本土研发的产品,在供应链上有优势,所以能够有很高的性价比。”

我们特别问到有关这款产品“本土研发”程度的问题,毕竟库卡还是源自德国的一家企业。李宏伟回应:“这个家族的前5款产品都是在德国研发的,它形成了一个初步的产品平台。库卡中国这次补足了其中4kg的载荷,是在这个平台上做了更好的开发和扩展。”“在平台化方面,我们与德国合作——为这个产品量身打造的控制器是机器人的大脑,包括操作软件都是库卡中国研发的全新一代。”

“硬件和软件的开发,是伴随着我们这个产品的全开发周期流程的。我们在这个产品的研发过程中,另外还搭建了和德国相同的产品验证和测试体系,这些核心技术是来自于德国,确保了我们KUKA品牌在性能上的工匠精神。”

目前美的集团现有业务,包括有消费电器、暖通空调、机器人和自动化,以及数字化业务。其中的机器人和自动化,主要是源自2016年,德国库卡集团接受收购要约,双方签署投资协议——这也是当时中国在德国最大的收购行为;这个业务另外也包括了美的机器人公司。

就库卡的业务构成,按照惯例还是来看一下这家公司的财报。从美的集团今年的半年报来看,美的是“德国库卡集团最主要股东(约95%)”。而从库卡自己公布的半年报来看,受到疫情、中美贸易摩擦、英国脱欧不确定性的大环境影响,库卡受到的冲击还是比较大的。

今年上半年,这家公司的销售收益相较去年同期减少了13.3%,订单量减少31.4%。以上是从销售额来看,库卡各业务的萎缩情况。事实上,我们认为,相较德国的其他企业,库卡抵御大环境风险的能力已经算是比较强。

库卡虽然对今年内的总体财务预期仍不乐观,但在中期预期方面,仍然保持了乐观:即未来需求的增加,主要是在机器人和自动化解决方案方面——是“基于新冠疫情期间的经验”;而且库卡认为,企业目前的主要风险就在新冠,而在策略与金融层面,公司本身的业务机会就是比较大的。

美的集团则在财报中提到,受到疫情影响,今年工业机器人行业需求预计会出现同比下滑,但疫情过后工业机器人与自动化需求在进一步增加。今年上半年,在其主场之一的汽车领域,库卡与宝马、奥迪等车厂签订产线合约——美的认为库卡上半年在汽车市场的表现已经高于预期。

尤为值得一提的是,2019年库卡在新组织架构下成立了库卡中国事业部,业务涉及到机器人本体、柔性系统、一般工业自动化、智能物流自动化以及智能医疗自动化。所以我们在库卡的财报中,也能看到单独的China业务。这是“库卡中国”存在的依据。

库卡中国目前已经在中国开设了上海松江和广东顺德两个生产基地。其中“华南相对来说电子行业、轻工业比较多,因此中小型机器人研发和生产更多放在华南,也就是顺德这个基地;而在华东和北方市场,重工业比较多,大中型机器人研发和生产因此更多放在松江这个基地。”王辉表示。

比较难得的是,KUKA KR 4 AGILUS体现出了中国机器人制造的“全价值链”——因为大部分跨国公司即便“重视”中国市场,一般也不会在中国构成真正的“全价值链”,尤其将研发放在中国的并不多。而“对于中国现在的机器人自动化行业,库卡中国的营运模式和海外不大一样。”“因为中国客户的很多需求和海外是不一样的,中国客户对速度和效率有着极致的追求,在其他国家比较少见。”

“中国市场占全球市场的1/3左右,所以如果我们在中国不能建立一个全价值链营运体系的话,就无法完全满足中国客户对速度、价值、质量等的各种要求。全价值链运营是过去1、2年库卡中国在做的事情。”王辉说,“从数字化到研发,到生产。基本上现在绝大部分生产,都可以在中国进行,越来越多的研发也可以在中国进行。”

而KUKA KR 4 AGILUS“对库卡中国来说,是0到1的一大步”。

更快速地解决具体问题

前文已经提到,KR 4 AGILUS机器人主要是面向电子行业的,其各方面的特性,包括温度适应性、紧凑型设计等,都考虑到了电子行业制造的特点。除了包括KR 4 AGILUS、C5 micro以及操作系统在内的解决方案,库卡还有更为具体的一些软件包、解决方案。

工博会美的展位现场在展示的,典型如KUKA.EasyVariable View 1.0和KUKA.Robot LBS软件包,用于让客户获得保养、维护及售后服务;KUKA.Polishing和KUKA.Gluing则是面向电子行业及一般工业的打磨和涂胶的软件包,能够让机器人快速学习与调整打磨、涂胶工艺,路径轨迹全程可视化。还有KUKA Connect这类比较典型的基于云的分析和智能平台,操作者在云端就能查看机器人状态,并且通过数据可视化对设备故障做预警,降低停产等意外风险——这是比较典型的智能制造的组成部分了。

机器人产品在此体现的是一个完整的解决方案。王辉在工博会的“2020国际工业互联网大会暨数字工业系列峰会”上提到了,库卡“三大数字化核心能力”包括了边缘端方案(机器人+产线)、云端解决方案(数据收集+数据分析+资产管理)以及机器人生态系统(产品+数据+服务)。

在更为具体的实现细节上,我们在采访中也了解到,如今的机器人解决方案交到客户手中,正变得越来越易用。王辉说,汽车与3C行业客户以往不会感觉到机器人使用门槛有多高,因为这些行业的企业规模本来就很大,自动化应用团队的配备也齐全。但在食品、铸造、轻工业等,自动化应用就会比较吃力。所以库卡越来越着力于“降低机器人使用门槛,让产品变得容易使用,模块化、标准化,在软件、应用场景方面帮客户搭建好——并且研发上不断开发新的应用场景。”

李宏伟透露:“库卡中国团队今年开始,基本上每个月都会向市场推出一款应用软件包,每两个月推出一个带硬件的功能包。这些功能包、软件包就是工业软件与工业硬件的结合。”

“库卡中国研发部门有个专门的团队叫应用创新团队,这个团队通过储备、研究的方式,前瞻性地去理解行业难点。为这些难点找到解决方啊。”“比如说数据采集相关的,可能需要AI,通过机器视觉才能去解决。”李宏伟表示,“我们这样的团队可以有专家、测试、算法工程师、软件工程师,在实验室搭建一个真实场景,把东西模拟出来。比如制鞋行业,随着KUKA KR 4 AGILUS的发布,我们配套一个专门的应用叫鞋底涂胶。机器人,配套3D视觉软件、轨迹规划软件、速度优化软件,甚至包括一些识别软件,再配上摄像头,以及涂胶设备,完整地在我们的实验室里进行充分检验,就可以推给客户了。”

美的现场展位还展示了搭配了3D打印功能包的KUKA KR 4 AGILUS,包括3D打印头、3D生成软件,以及监控摄像头,构成一套3D打印工厂方案,就可以直接推给客户。不难发现,库卡在其中尝试解决的技术问题还是相当多样的,所以如李宏伟所说,“这些产品采用完全开放式的合作,我们与专业的合作伙伴合作。这样一台3D打印设备,我们就是跟国内一家很有名的公司远铸一起合作的。”与此同时在整个机器人生态的构建上,“利用库卡的品牌、体系,大量引入第三方产品、模块,搭建客户需要的解决方案。”毕竟这不是一家企业就能解决,甚至需要跨行业解决的问题。

电子科技对机器人的反哺

以上就以KUKA KR 4 AGILUS机器人为例,大致以单点的方式描绘出了如今电子行业,机器人与自动化解决方案的样貌。而电子科技行业的有趣之处还在于,其中的许多分支学科本身,又在反哺着制造相关的行业和领域。

从我们的现场采访来看,机器人也不例外——这些实则也体现了机器人与自动化领域,在数字智能制造方面的迈进。

王辉举例说:“上个月,一汽大众的车厂,我们就率先试生产了一款很先进的AI技术相关的产品,就是在汽车的一个总装生产线上,用摄像头去识别整个(将备胎撞到汽车后备箱的)安装过程,用的就是AI技术。整个装配过程中,不管发生什么,AI都能识别所有的边界信息,保证整个过程不会有任何的碰撞。这里面就有库卡的机器人,和我们的AI识别算法,以及全套的自动化逻辑。”

其中的AI技术是需要大量客户现场数据做模型验证和数据回归的。“这些数据来自我们的合作伙伴,大众就是我们的重要合作伙伴。工业现场可以给我们提供源源不断的数据。同时我们在上海实验室有个汽车总装的车间,这个车间完整模仿了汽车总装线上的所有流程。在这个流程中,我们自己不断去构建、吸收数据,通过结果反馈来持续优化算法。”

虽然我们不知道库卡在其中应用了哪些具体的机器学习解决方案,不过这其中体现的就是电子科技行业本身的发展,对于机器人技术的反哺。前述多个KUKA KR 4 AGILUS的应用例子其实都能体现这一点,虽然可能并非都是电子行业的例子。

上海交通大学机械与动力工程学院教授曹其新,在工博会上提出了“社会5.0时代”的概念,“狩猎是1.0,农耕是2.0,工业是3.0,信息时代是4.0。而5.0时代,是物联网、大数据、AI和机器人构成的时代。这是原本日本政府要在东京奥林匹克运动会上高调提出的概念。”而遥操作、数字孪生和人机共融技术,是其中的关键。

显然库卡机器人在这其中扮演了重要角色和组成部分,如今的智能制造就是建立在这样的基础之上,也是社会5.0时代的开端。
       责任编辑:tzh

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对于机器人得几个场景的回忆!曾经在星球大战里面见到了各种机器人,一下子把人们带到了太空的科幻之境界。而后来又出现了机器人...
发表于 11-22 22:37 0次 阅读
机器人未来设想

焊接机器人的结构与原理

焊接机器人的原理:焊接机器人是一种高度自动化的设备,焊接机器人的基本工作原理是示教再现,即由用户导引机器人,一步步按实...
发表于 11-16 16:18 202次 阅读
焊接机器人的结构与原理

【送书福利】机器人时代已来!送你几本机器人学硬核好书

21世纪是机器人的时代。从学术研究到工程应用,机器人引起了学界和工业界越来越多的关注和兴趣。这种日益浓厚的兴趣也来源于机器...
发表于 11-16 16:14 1843次 阅读
【送书福利】机器人时代已来!送你几本机器人学硬核好书

如何实现数字万用表的计量

做为一名技术工程师,经常会接到询单出工提供技术支持,到了用户现场发现很多公司测试仪器型号太旧了。有些甚至已经提产了,测试...
发表于 11-13 18:41 0次 阅读
如何实现数字万用表的计量