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两难的自动化:机器人的“深圳实验”

发布时间:2012-12-24 来源:中国自动化网 类型:行业新闻 人浏览
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ABB 工业机器人 自动化专业

导  读:

在制造业传统上,深圳所代表的珠三角无疑是中国本土制造业的源头之一。工业机器人的大规模应用在这里更容易找到土壤。

在深圳一间厂房车间靠窗的位置,两台橙红色的小型机器人正在紧密地合作,一台负责拿鼠标开关,另一台负责贴膜。每隔几十秒钟,右侧的机械手就会扭转身形,弯曲成90度,与左侧的机械手在空中轻轻一碰,对接的一刹那,像是一只老鹰在给幼鸟耐心喂食,又像是两台机器人在“接吻”。

 

“机器人接吻”这一幕每天都会在深圳雷柏公司于今年4月份投入使用的新厂房内上演。雷柏科技是一家生产电脑周边设备的本土企业,但它的新厂房却与深圳其它数千家电子企业的工厂有着明显的不同:雷柏生产线上的主角不是一排排的工人,而是一列列崭新的机械手臂。这些橙色的机械手有着人类般灵巧的关节,不但能上下左右360度灵活移动,还能做出一系列对精准度要求极高的动作,比如在一排极小的零件上点焊或者在一小块鼠标外壳上进行喷涂。每条生产线上只有寥寥几个工人,或站立,或坐着,似乎变成了制造业的旁观者。

 

2011年,这家以生产鼠标键盘等无线外设为主打产品的公司,一口气从瑞士机器人生产商ABB购买了75台工业机器人。很多人带着好奇前来参观,想看看雷柏科技如何安置这些机器人。

 

这是一个巨大的冒险,“你们真勇敢。”ABB高层评价雷柏说,这一订单让制造者都有些吃惊。一次性购入75台机器人,对于一家不过3000人的中小制造企业来说,消化不好,不仅不能提高生产效率,亦可能引发新的矛盾。

 

更为重要的是,雷柏订购的这批机器人是2011年ABB新一代机器人产品“IRB120”。IRB120是ABB设计过的最小的机器人,仅重25千克。放在工作台上,就像是一只调皮的猴子伸出长长的手臂取物。在过去,工厂里的自动化生产一直是大型机器人的天下,无论在最早应用机器人的汽车行业,还是在自动化生产方面后来居上的电子业,工业机器人是昂贵与笨重的代名词,它们身大力粗,可以充当“高级搬运工”搬运物料;它们强壮耐用,可以从事高温或者放射性作业。在2008年之前,雷柏科技也从ABB购买过机器人,但使用范围也仅限于让机器人进行喷涂和打磨工序。“还是对人工操作的简单替代。”如今看到这些只有一只成年猕猴大小的机器人,所有人都既担心又好奇,“当时,ABB自己制造出来都不确定哪些生产线可以应用这种小型机器人。”雷柏科技副总裁李峥回忆说。

 

彼时,除了CEO曾浩和少数几个高层,公司上下几乎没有人相信,在深圳没有先例的“机器人工厂”计划能够顺利实施。“他们背地里骂我们是疯子。”李峥笑着回忆说。

 

 

李峥注视着两台正在紧密合作的机器人,他是雷柏自动化改造的主要推动者之一

 

“小”机器人试验

 

从深圳雷柏科技工业园向西走50公里,就可以到达深圳富士康园区。今年7月29日,富士康董事长郭台铭在一次员工联欢晚会上意外地宣布,未来三年富士康将制造100万台机器人来代替人工。联想到富士康在大陆员工的数量正好也是100万,很多人将此当作老郭对手下员工的一次幽默吐槽。到了11月,人们才发现郭台铭并非戏言。第一批1万台“富士康机器人 (Foxbots)”已经出现在了富士康在山西晋城的工厂中。

 

雷柏科技和富士康所在的深圳是中国制造业的重要引擎,2008年,珠三角用工荒爆发,并引发广泛讨论。很多人表达了共同的担忧:建立在特区制度红利和大量廉价劳动力基础上的发展模式,是否需要改变?

 

雷柏自从2002年成立时起,每年都以40%以上的速度在扩张。厂房面积从最初的800平方米到2010年已经达到40000平方米,直到周围的厂房都租完,仍然不够用;与此同时,用工荒一年比一年严重,工人工资平均每年都要涨15%-20%,雷柏的利润不断被上涨的人力成本吞噬。

 

说来有趣,雷柏科技创始人曾浩学自动化专业出身,后来创业却远离了所学,开始做无线外设设备。他不否认自己有机器人情结,“毕业后创业的这几年,他一直没有做过和自动化相关的工作,但是他对自动化的前景深信不疑。”雷柏科技副总裁李峥介绍说。这家2002年成立的公司,目前是最大的中国本土无线外设设备制造商。

 

曾浩知道,机器人的生产效率比人工效率高几倍,比如USB插口生产线上的机器人节拍时间仅为3秒,生产效率比人工提高了60%。两组工件的生产可以同时进行,可以节约10个以上的劳动力。而这些设备成本的回收周期仅为两年,比人力成本便宜很多。

 

经过两年的探索,2010年,雷柏科技决定正式启动全部生产线的自动化改造。那时,成本的压力正在步步紧逼,按照当时的工资水平,一位工人的人力成本一年约为3万元,每1000名员工的总成本就是3000万元。曾浩希望,通过自动化改造,可以把整个公司不到3000人的人力规模调整到1000人左右。“做自动化改造的唯一目标就是利润。”作为一家创业不过10年的民营企业,李峥并不讳言在经济低谷中雷柏面临的盈利压力。

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2010年也是雷柏科技的“赛点”——一年后,雷柏科技实现了在中小板上市。耐人寻味的是,在上市筹备过程中,雷柏高层极少向外界谈及公司的生产线自动化改造计划,似乎生怕这种没有先例的尝试会影响投资者的判断。

 

不仅是没有先例,甚至连合适的机器人也难以找到。在无线外设行业,罗技鼠标仍是不可动摇的标杆,通过学习,雷柏认识到,鼠标表面是一个简单至极的产品,其实也可以做出艺术感,好的鼠标外设产品一定要“手感舒适,精准灵活,细节100%到位”。自然,也只有具备同样灵敏感觉的工业机器人,才能胜任这样的生产工作。

 

所以,令雷柏科技满意的是,这一次IRB120机械手的工作精准度较之过去那些身形粗大的“高级搬运工”大大提高。李峥告诉记者:“以前鼠标上的一个微小铁片需要工人用手工工具弯成90度,不但辛苦而且效率低下,一不小心就会弄破手;原有的自动化设备也无法达到这个精度;可是现在这些机械手臂一次性可以完成,成功率几乎百分之百。”

 

机器人的精确度和柔性特点帮助雷柏降低了工业设计的难度。雷柏之前的传统自动化组件有许多不足,工厂里配备的滑台、伺服马达、滚珠丝杠、振动盘、气动元件等只能完成一些简单的动作,当需要完成一些复杂性运动的时候,机械设计就变得复杂困难,很多动作无法完成。

 

而ABB机器人IRB120在将近半米的区域内可以摆出任何姿势,到达任何位置,使得单一机器人就可以在一个狭小的空间内完成许多传统自动化设备要配合使用才能完成的复杂动作;而且机器人10微米的重复定位精度也令旧设备望尘莫及。

 

更为重要的是,雷柏科技希望借助机器人,改变整个生产模块,实现上百道工序的产品装配环节的全自动化处理。这一构想实现难度颇大,即使拥有卓越科技创新能力的苹果公司也无法在制造环节完成这一任务。因为工业机器人出场时只有标准配置,而装配环节技术动作复杂灵活,需要更高级的程序指引。打个比方说,如果机器人是一台电脑,那么标准配置就是Windows系统,但是如果你想修照片、打3D游戏,必须安装新的软件。在电脑世界中,这些软件是已有可备选的。但是在机器人王国里,这些“软件”需由使用者根据需要自行编写。雷柏的研发人员只好自己动手为机械手的运动轨迹编程,使得制造流程的设计上可以在线柔性调整。

 

意想不到的情况是,由于使用方式的改变,导致机械手的频繁受力点与设计者的想象存在很大差距。“一些设计者认为会频繁使用加强保护的地方,没有出现问题,相反,另一些设计者认为不会出问题的手臂‘关节’,却出了问题。”不过,对于雷柏科技在使用机器人中出现的问题,ABB按照合同约定给予了充分的售后支持,“他们考察过后会觉得,原来他们的机器人在制造中还可以这样使用,这是我们帮他们丰富了产品的应用领域,对他们也是好事。”李峥说。当然,雷柏的“狡猾”也可见一斑,“我们约定了三年保修包换。”

 

 

机器人的精确度和柔性特点帮助雷柏降低了工业设计的难度

 

与人共舞

或许是有先见之明,ABB给机器人IRB120起了一个更为好记上口的名字:“中国龙”。

 

但是,当75条“中国龙”真的降临雷柏科技的新工业园时,该如何合理地安置它们,每个人心里都没有底。雷柏制造中心总监邓邱伟记得,他在进行新厂区规划时,李峥经常跑过来问他;“你办公室只放这么点人,有没有问题呀。”虽然大家都意识到,机器人的自动化改造会带来用工人员的减少,但是当这一切真的发生时,每个人都有些不适应,他们已经习惯了过去工厂里熙熙攘攘的场面。

 

在起初的规划里,曾经有一人一屋的设想,即一名工人和一台机器人作伴,在同一间操作间里工作,立即有人提出反对,认为机器人毕竟不是人,没有办法和人进行交流,会让员工感到枯燥、沉闷。也有人有不同看法,指出机器人并非毫无互动能力。例如,在检验环节,负责检验的机械手在拿不准的时候,会自动将产品举到工人面前停滞几秒钟,请他帮忙“把关”,公证人员确认没有问题,再进行下一个动作。最终,雷柏科技决定按照两人一室或三人一室进行编组。

 

大规模使用机器人带来的回报,一是降低了人工成本,却提高了生产效率——雷柏科技通过两年停止招工的做法,通过自然流失(员工辞职后不再招聘)的方法,使全公司瘦身了三分之二,预计到2012年底规模维持在1000人。而人均生产效率却提高了4倍。更重要的是,由于机器人在进行重复生产时稳定性更为出众,产品的质量因此大为提高,这是公司获取更高利润的保证。“机器人不会跟你闹情绪。”李峥说。

 

对于汹涌而至的机器人时代,亦有人充满担心,担心那将是一个机器人与人抢饭碗的时代。但国际机器人联盟一份报告表明,机器人在工业的广泛应用,反而会促进工人就业。而李峥则认为,机器人的应用甚至会使留下的工人获得更高的平均工资。“比如以前一个工人一定时间内可以生产1000件产品,现在他操纵的机器人可以达到1500件,虽然每件产品的报酬降低了,但合计的工资报酬更高了。”

 

 

与之相伴的,是更多的员工将担任技术工人的角色,对工业机器人进行维护管理工作,学习操作技术。“培训的任务由此变得更重了,但是人数变少了。”

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但ABB公司(上海)机器人研发中心总监张晖认为,劳动人口的减少已经是不可逆转的趋势。当越来越多的90后乃至00后成为中国劳动力的主力时,他们的诉求已经与父辈大不相同。“我们做过调查,70后打工者主要目的还是挣钱养家糊口;但是90后的自主意识更强,他们更看重的是,工作首先要能让我自己Happy起来。”这一点李峥也深有体会,他发现一些年轻员工会以自己有能力操纵机器人为荣:“现在我操作的是机器人,我已经是技术工人了。”这种心态或许为未来机器人与中国新一代工人的和谐相处,埋下了健康的伏笔。

 

“过去的经验表明,制造业对机器人的应用总是会带来极快的投资回报以及颠覆性的对产品质量的改进。这在不管是汽车制造业还是其它行业,不管是发展中国家还是工业化国家都是得到了证明的。”国际机器人联盟IFR(International Federation of Robotics)副总裁Arturo Baroncelli在今年早些时候表示。

 

继承制造业传统

 

回顾公司自动化改造的道路,雷柏制造中心总监邓邱伟连连称,“我们很幸运。”他认为雷柏的机器人大规模应用正好踩对了制造业转型的“痛点”,才顺利实现。“我们正好碰到了这个时间点。如果早几年,这件事肯定做不成。”

 

这个痛点是指,中国制造业正处在工业机器人大规模应用的临界点上:从1999年到2008年,中国工业机器人的装机量每年都以超过20%的速度增长,从1999年550台发展到2008年超过3万台。甚至在全球经济陷入一片萧条的2009年,工业机器人销量却逆势而上。根据IFR数据显示,中国工业机器人销售量从2010年5.2万台增长到2011年7.4万台,实现了42%的年增长。

 

这一时间点的另一个意义在于:在2009年世界范围内电子制造业的机器人数量第一次超过了汽车制造业;而也正是在这一年,中国电子企业开始大规模运用机器人。

 

张晖博士说,大规模应用机器人代替人工的领域不外乎下面三种情况:

 

首先是对精准度要求极高的行业,用机器人可以大大提高生产效率降低次品率;其次是工作环境对工人健康有害的行业,机器人可以代替人工去完成那些有损健康的工作;最后是人力成本极高的国家或领域,使用机器人可以把人力成本降下来。

 

而目前上述三条都与中国电子制造业的情形吻合,使得中国电子业大规模使用机器人的条件已经成熟。也正因为如此,中国正日益成为机器人制造企业的投资热地。ABB在中国上海的研发中心正在持续扩大产能来适应不断增长的需求。

 

与此同时,一批本土机器人制造商也正不断涌现出来。今年4月份,与雷柏新工厂投入使用的几乎同一时间,科技部针对机器人领域发布了《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》。规划指出,“十二五”期间,我国将攻克一批智能化高端装备,发展和培育一批高技术产值超过100亿元的核心企业;同时,将重点培育发展服务机器人新兴产业,重点发展公共安全机器人、医疗康复机器人、仿生机器人平台和模块化核心部件等任务。

 

不过,制造业巨头例如富士康并不甘心在机器人时代被他人控制,而是热衷自己制造机器人。但是在张晖看来,“百万台机器人”的说法更多像是一个口号,没有实现的可能。“目前全球的机器人产量只有18万台。”

 

目前,中国已经有机器人生产企业100多家。但比起国际上那些成熟的机器人制造商如ABB、FANUC、KUKA等,技术上仍有差距。其主要问题是缺少关键部件研发能力,机器人的主要零件如马达和控制器都要采购;另一原因是国产机器人的精确度较差。“我们ABB的机器人精确度可以达到10微米,这是国产机器人目前无法做到的。”张晖告诉记者。“目前摆在国内电子企业面前只有两条路:一条路是往人力成本更加低廉的地区如东南亚、印度甚至非洲等地方迁移;另一条路就是大力发展自动化,用机器人代替人工。”

 

在研究者看来,机器人大规模应用有一个前提,那就是一个国家或者地区不能丢失掉自己的制造业传统,工业机器人不过是新一代的继承者。在机器人应用史上,机器人最早的发明者是美国人,为何现在应用工业机器人最广泛的国家是德国?自从工业机器人于上个世纪60年代出现在汽车生产线上后,德国和日本一直是机器人制造与应用的大国,“原因在于德国制造业愿意保持中小企业的生存地位。”张晖指出,“而不像美国那样把劳动密集型制造业都转移到东南亚或者中国。”最终,美国本土制造业出现了严重的空心化,也失去了自动化研发与应用的主导权。

 

张晖总结说,机器人制造与应用总是会在那些有制造业传统和转型需求的国度获发展机会。在制造业传统上,深圳所代表的珠三角无疑是中国本土制造业的源头之一。工业机器人的大规模应用在这里更容易找到土壤。

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