没有机器人,制造业很难再进步

没有机器人,制造业很难再进步

 

2022年1月25日,在广州市第十六届人民代表大会的政府报告中,第一次斩钉截铁地出现了一句话——“坚持制造业立市不动摇”。

终于,历尽千帆,广州又回到了制造业这一原点。

大约十年前,广东地区非常流行“退二进三”的说法。所谓“退二进三”,是上世纪90年代,国家为加快经济结构调整,鼓励一些没有市场,或濒临破产的中小型国企从第二产业中退出来,从事第三产业的一种做法。

如今看来,这种做法更多是在短期内为迎合国家经济发展的应急之策,但依然对广州制造业发展带来了不可逆的折损。2020年,广州三大产业结构为1.15∶26.34∶72.51,第三产业占比超七成,第二产业占比三成不到。不仅如此,近十年来,广州工业增加值占GDP比重一直呈下降趋势。

广州此次首提制造业立市,颇有一种刮骨疗毒的气魄。而广州制造业的复苏,实则是整个中国制造业复苏的一个缩影。

2015年,中国提出的“2025智能制造战略”为整个制造业的转型升级画出了一张宏伟蓝图;6年后,《“十四五”智能制造发展规划》则将整块“智能制造”的版图分割为一块块拼图,让智能制造具化为一种可以触摸的可能。

这一轮制造业的升级,带有很明显的“数字化”特征。智能机器人将成为人类的最强替身,化身为工业4.0时代的新兴劳动力。

过去两年,机器人市场向外界辐射出巨大的能量——企查查数据显示,2020年,国内机器人领域的融资事件超过240起,总金额达267亿元。据不完全统计,仅在2021年上半年,该领域的融资事件就已超过170起。

与此同时,国内科技巨头首先给予了热情的回应,对制造业展开拥抱。2021年,华为成立了面向实体经济的5大军团;腾讯近期发布了集团全新品牌片《助力实体经济》;阿里钉钉更是将制造业称为继政务、教育之后“钉钉的第三大行业战场”。

智能制造到底应该怎么做?不同的角色有不同的答案。在广州,一家有近40年历史的制造业老炮——广州里工实业有限公司摸索出了一条独特的路径。

里工成立于1985年,最早是一家生产啤酒灌装线和橡胶密封圈的橡塑五金厂。上世纪90年代末,里工开始转型为一家精密制造商。2016年,里工开始涉足智能制造的AIoT业务。

作为一家从“旧时代”走来的制造业新玩家,里工对制造业的转型升级有着自己的发言权。本文,「甲子光年」采访了里工CEO李卫铳,来看一下一家有着37年历史的传统制造商站在“传统”与“创新”、“过去”与“未来”的交界处,他们对于制造业的思考与行动。

1.没有机器人,制造业很难再进步

“用工荒”是制造业转型的现实逻辑。

2022年1月17日,国家统计局公布的一则数据引起广泛讨论——2021年全年,出生人口1062万人,出生率7.52%。这是建国以来出生率最低的一年。这意味着未来能够进入生产体系的劳动力将越来越少,劳动力缺口将成为一个结构性问题。

里工对此深有体会。“2002年我刚参加工作的时候,在公司门口摆张桌子就能招到人;后来我们需要开车去人才市场,再后来人才市场上也招不到一两个技术工,我们就开始走校招路线,但招过来的学生也干不长,有些年轻人可能干一两个月就转去做服务业了,真正最后能够留下来工作的只有5%~10%的比例。”里工CEO李卫铳回忆道。

面对此情此景,一些国内的制造业公司开启了大规模的“机器人计划”。

比如,三一集团,其在北京建立了中国风电行业第一条总装脉动式超柔性生产线,线内配有工业机器人和各种先进的自动化设备,以及数据孪生可视化智慧大脑;秦川机床也已研制出5种机器人关节减速器核心零件专用加工设备,形成年产1万套工业机器人关节减速器的能力;埃斯顿、汇川技术在伺服系统领域也都形成一定的市场份额。

里工也是从早期就开始探索智能制造的一员,这个想法来自一次美国之旅。

2014年,李卫铳去美国拜访一家机器人生产商,见到的场景令他大受震撼:“他们生产机器人的工厂大概有五六个足球场那么大,当时还正在建一个比它大三倍的工厂。”当时美国的工业机器人生产基地几乎已经遍布全球,欧洲、中国等地区都有他们的工厂。

实际上,美国制造业也同样经历了用工荒的问题,几十年的“去工业化”发展透支了本应该在制造业的投入。2008年,金融危机戳破了发达国家虚拟经济的神话,让美国意识到重振制造业的必要性。于是,自2009年起,美国政府正式推出一系列相关政策及措施,包括《先进制造业伙伴计划》等,以吸引制造业向美国回流并向高端发展。

在一系列政策引导下,美国制造业开始大规模的机器换人。这让李卫铳开始思考,既然国外制造业可以用机器人代替人来工作,中国为何不可?

于是,里工效仿美国智能制造路线,引进了美国的工业机器人设备,并请美国的工程师来设计、安装、调试,整套流程花费了半年时间。

但很快,照搬美国机器人方案的弊端逐渐显露,并没有起到“因地制宜”的效果。

究其原因,市面上的大多数工业机器人,包括四大家族ABB发那科安川电机、库卡在内,更多是汽车超大规模化生产经济下,重复批量生产的产物,强调标准化;而里工实业却属于“多品种、多批次、小批量”的离散型生产,有些零件可能一款只做50个或100个就需要切换夹具和程序等,且一天多换,任何一个零部件的生产进度不佳,都会影响到整个产品的生产进度。

可见,离散型制造业强调生产工艺的稳定性、灵活性和柔性生产,但里工最初引进的传统机器人解决方案却不够“灵活”“柔性”。里工的产线员工需要频繁更换“夹具”,并通过操作机器人来生产产品,但机器人的操作系统和传统机床完全不同,很多人用不习惯。此外,美国设备全英文的操作系统,更是让产线员工们用起来一头雾水。

为此,里工还曾尝试引入深度学习、机器视觉等技术,让机械臂学习人的工作姿态,但类似产品反光等微小的问题都会影响机器视觉的精准度。此外,由于机器人位置固定,只能完成大约60%的工作,剩下40%需要产线员工使用编程来移动机械臂,反而又增加了工作量。

事实上,里工转型初期的失败经验并非个例。2020年,埃森哲对包括中国在内的全球1550位制造和工业企业高管进行的一项调研显示,三分之二的企业完全没有看到数字化投资在促进收入增长方面的作用。

这便催生了制造业企业对合作伙伴更为严苛的要求——他们不仅要帮助企业进行现状评估、建立智能制造的顶层规划,设计整体框架,还要对数字化、智能化技术的应用进行总体设计,实现IT与OT系统的集成。但是市场上大部分供应商专注于单一或者部分领域的解决方案,不具备一站式的集成解决方案能力,对于缺乏自身系统集成能力的制造企业来说,推进智能制造的障碍很高。

既然没有现成的解决方案,里工便做了一个大胆的决定——从底层自主研发,打造一体化产品。

2.既是开发者,又是使用者

里工自研机器人的底气在于,这并非一次完全从零开始的创业,而是在双元产品线上的“左右开弓”。

在自研机器人之前,里工已经在精密制造领域站稳了脚跟,这是里工的“左手”。

自2003年起,里工开始进军精密制造领域。当时,里工就定下了一个内部规矩——一个行业只能有一个客户,以抵抗不同行业周期波动带来的不稳定因素。里工的精密制造业务客户所涉及行业,包含了汽车产线自动化、精密夹具、机床核心部件、深海渔业设备、医药食品包装设备、数字印刷包装等。

其中,深海渔业、医药食品包装设备等行业均有一定的封闭性,要获得客户的信任并不容易。为此,里工想出了一个“笨办法”:先通过邮件、上门拜访等最原始的渠道和客户建立联系,随后将客户邀请到里工的工厂进行实地考察,让客户真正看到里工现场生产管理和工艺,这是比任何话术都有说服力的一种“宣传”。

多年来,里工渐渐在精密制造领域占据一席之地,业务版图延伸至欧美等发达国家。其中,还有不少客户为世界五百强企业。

不过,只做精密制造业也存在一定的业务天花板。2015年,里工已经强烈感受到,精品工厂的营收规模大约就在1.5亿~2亿元,而当时的里工已经十分接近这一天花板。

于是,里工在2018年决定开展“右手”业务线——自主研发机器人。

里工搭建了一支融合深度学习技术、机床通讯技术、机器人控制系统技术、IoT系统开发技术以及机械结构相关技术五大核心技术的研发团队。完整的人才版图加上自身在精密制造领域的积累,让里工有能力从底层开始研发,软硬件双管齐下。

在软件层面,里工自研了一套XOS人机交互操作系统。该系统由里工自己的团队从最底层代码开始搭建,包括机床通讯控制、云端存储、深度学习视觉模块、末端执行器等部分。

以机床通讯为例,里工自研的系统能够做到过去不能实现的“高级别控制”,比如里工高侍和高寻机器人可直接向机床发一个指令,来实现机床的零件切换。这样做的好处是兼容性好,运行稳定,软件可以持续高效地进行OTA升级,并且可以为已经安装的硬件做功能扩展升级。

此外,传统机器人的操作系统注重代码逻辑,无形之中提高了操作门槛。于是,里工从用户使用场景中的实际需求出发,将场景中涉及到的功能全部图形化,让整个操作过程像拼乐高一样简单——也就是现在业内常提到的低代码、零代码,即使是没有机器人编程经验的员工,经过2小时培训也可以快速上手。

硬件方面,里工则在机器人的各个“关节”处设有配套的自研产品,于细微之处平衡机器人的灵活性和稳定性。

例如,里工的“高快”夹具,底座不变,夹持力受自研XOS系统控制,但钳口会根据用户的产品变化,而钳口的个性化成本不到整体夹具成本的5%-10%。这种方法不仅很好地迎合了工业4.0时代越来越趋向于定制化的客户需求,也稳定了由此可能带来的附加成本,可谓一石二鸟。

目前,里工的自研机器人已经多点开花,有高侍、高寻、高擎等多条自研产品线。其中,高侍为无人值守上下料机器人,可适配各类三轴、四轴、五轴的CNC铣床,以及各类车床、慢丝设备、三坐标检验设备。

高寻为一款基于自动驾驶技术和工业4.0标准打造的用于标准工业环境的通用型协作式、复合自主移动机器人。

没有机器人,制造业很难再进步

高快气动夹持系统是一套结构紧凑且拥有高夹紧力的气动双卡爪夹持工具,广泛适用于3轴、4轴及5轴加工中心、三坐标检验、EDM加工等。

没有机器人,制造业很难再进步

高擎是一款基于自动驾驶技术和工业4.0标准打造的用于标准工业环境的通用型协作式自主移动机器人。

没有机器人,制造业很难再进步

2020年,疫情突然爆发,全球各个行业被迫按下暂停键。在这场大考中,里工的自研机器人交上了一份近乎满分的答卷。

疫情最为严峻之际,里工的机器人还处在内测阶段,李卫铳看了看堆积如山的国外客户订单,临时做出了决定——让现有的十台机器人“临危受命”,走上产线。

可喜的是,在机器人投产后,生产的废品率降低近70%,生产效率也得到35%的提升。同时,里工的研发团队也在产线员工频繁使用产品的过程中,对暴露出的新问题不断调整,在短时间内,完成了产品的快速迭代。

目前,里工的自研设备实现了实现了从“0”到“1”的突破,已经规模化进入自家产线,整个机床产线的机器人覆盖率接近90%。

而“既是开发者,又是使用者”双轮驱动战略更深层次的价值在于——帮助里工快速实现从内到外、从“1”到“10”的市场增值。

3.在车间里谈成的合作

目前,里工的自研机器人产品以离散型精密制造、生物医药、航空航天三大领域为主打方向,进行商业化落地。

生物医药类客户产品大多有多品种、多批次、小批量的生产需求,且对精度要求极高。此外,因为产品形态、材质的特殊性,在生产过程中对夹具的设计和配套性有很高的要求,通常需要配合独特的工艺去研发定制。因此,想要取得这类客户的信任并不容易。

大博医疗就是这样一家公司,以骨科、神经外科、微创外科业务为主的综合性医疗上市企业,该企业2019年市场占有率在国内创伤植入物市场份额排名中位列前五。在与里工实业接触前,大博医疗有一支自动化团队,调研、尝试了很多年,投入了相当的资源,但都石沉大海,始终找不到合适的智能化方案。

终于,转机出现在2020年。

当时,里工邀请大博医疗的厂长、总工等决策人到自家生产现场,向他们展示了里工是如何利用高侍机器人实现产线少人化的,当场就为大博医疗建立了信心。

此后,里工并未停留在纸面方案。里工的工程师们一一解决目前客户关注的难点,将客户的产品、产线在里工的车间进行了高度的现场还原,并做了一对一的加工验证,最终赢得客户的认可和信任。

2021年,相似的故事,被复制在航天领域。

2021年4月,一家航天器制造商如约出现在“北京机床展”上。

当时,这家航天器制造商正在被两个问题困扰着——一是没有足够多的人员及时操控生产设备;二是设备切换过程中,间隔时间较长,有些设备甚至要用5~6个小时来切换产线。这就导致设备的OEE率(设备综合效率)始终无法提高。

更棘手的是,由于行业特殊性,航天制造在飞行环境、飞行速度、工作时限、升降方式等技术环节均不能有偏差,航天器零件对精度要求极为苛刻。

而在展会上,里工高侍机器人展示了其“快速切线”的能力:操作人员输入产品尺寸、重量信息后,机器人抓取位点自动完成调整,极速切换不同规格产品,最快1分钟即可完成切线,15分钟完成部署。

此外,得益于自研XOS系统带来的“快速切线”能力,高侍机器人的OEE率目前已经稳定在92%-100%之间,且在高快夹具的配套下,零件放入机床内装夹的重复定位精度有效控制在正负0.01mm——这套方案几乎完美迎合了这家航天器制造商的μ级加工精度要求

在后来的沟通中,里工还提出了许多专业建议,可见里工提供的不仅是一套机器人设备,而是一整套机械加工、甚至机床选型的解决方案。

北京机床展结束后,里工与该航天器制造商在3个月内便顺利达成合作。至此,生物医疗之外,里工在航天器这一制造业中皇冠级别的领域内再下一城。

当我们购买一台设备的时候,我们真正想要的并不是这台设备,而是希望能够通过这套设备去生产出好的产品,进而完成后续的交易。那么如果供应链上的合作伙伴能够提供全程服务,我们就可以把更多精力放在自身业务上,这当然是最好不过的。”李卫铳对「甲子光年」透露。

如今,愈发鲜明的制造商服务化转型趋势便是对这一观点最好的印证。

2021「甲子引力」大会发布的《行至水深处:2021中国数字经济50条判断》主题报告中,有数据显示,近几年制造业服务的收入占比在不断增大——

2017年,中国制造型企业服务性收入不足5%;2019年工信部最新的调研数据显示,47.6%的企业服务性收入超过20%。一些著名制造企业的服务收入占比已经超过了50%。这其中,售后服务可以作为制造企业服务化转型的有力支点,26%的销售额产生了46%的利润额。

某种程度上,制造业服务化转型恰恰契合了数字经济的核心特征——“XaaS”,其中的“X”即以“服务”形式进行交付,这已然是不可逆转的趋势。对此,李卫铳告诉「甲子光年」:“为客户提供软件服务将会变成一种常态,未来也会成为我们公司的业务之一,甚至可能会成为占比越来越大的一部分。”

目前,里工为客户提供的服务细致而全面,几乎能够覆盖整个产线——小到机床手动门的自动化改造,协助客户进行夹具选型,优化加工工艺解决工件、刀具的缠屑问题;大到通过自动化升级促进客户主动优化排产,标准化毛坯和夹具装夹,并通过高侍的可灵活移动化部署帮助客户实现一机多用,提升效率。

迄今为止,已有数十台高侍无人值守机器人装机应用在一线生产上。里工曾对不同类型的机加工用户进行回访,用户普遍反馈是, 高侍投产后实现了7×24生产模式,整体产能提升幅度约在20%-50%之间;且有效避免了因人为因素导致的生产设备停机及人工装夹错误产生的废品问题,废品率大大降低。

随着国家对智能制造越来越重视,里工正处在最好的时代,一个行业爆发期正在到来。

4.大机会,谁的机会?

在里工自研机器人的这几年,中国的机器人创业公司也如雨后春笋般涌现,一线美元基金和大型科技巨头CVC活跃入场。

里工也感受到了资本的热情高涨。李卫铳告诉「甲子光年」:“2021年我大约见了8-10个投资人,外资占了一半,之前不会有这么多。”

一个属于机器人的时代已然来临。据波士顿咨询公司报告评估,2020年全球机器人市场规模大约250亿美元左右,并将在2030年达到1600亿至2600亿美元。埃森哲在《技术展望2021》里更是总结道,每个领军企业均必须将其企业(至少是企业的一部分)视为机器人公司。

在这一波机器人的热潮中,也不乏一些工业巨头的身影。比如,施耐德电气已开始探索新协作模式,在转型流程中部署220多个机器人作为数字化转型的重要组成部分。

前有工业巨头领衔冲锋,后有创业公司步步急逼。尽管如此,在这场关于机器人的追逐中,里工依然有足够的底气——“既是开发者,又是使用者”的双元驱动战略便是里工最大的优势。

近40年的精密制造经验,让里工能够对制造供应链进行垂直化整合。在机器人制造环节做到自己设计、自己加工、自己组装,这便能够在降低成本的同时,更好地把控产品质量的稳定性。李卫铳告诉「甲子光年」:“重资产是我们最大的劣势,但也是我们最大的优势。”

智能化产品的质量稳定性不仅取决于软件的智能程度,也与硬件的性能有很大关联,这正是初创公司有所欠缺的地方。目前的初创公司大部分都是轻资产,重人才团队的模式,产品的加工、测试等环节均需要外包,这无形之中拉长了产品的迭代周期。

当里工研发出一款新产品的时候,他们有足够的资源对产品进行快速迭代。一般而言,里工的产品在完成内部研发后,会先行投入自己的车间使用,并对每天的使用情况进行记录,当发现有问题需要修改时,能够直接针对问题,对症下药,这使得里工的产品迭代能够比其他初创公司快至少三个月。

这种模式也让里工养成了用户思维——以结果为导向,以用户为中心。

正因里工自己就有“用户”的身份在,所以他们非常清楚产线工人的使用要求和习惯。李卫铳在2002年加入公司时,就是先在车间开设备,后来去到加工中心,一点一滴积累起经验,这和很多机器人公司的创始人经历都有所不同。

因此,在研发过程中,里工并不会站在本科生、研究生的角度去看问题,而是站在产业工人的角度,去看产品够不够好用。这套系统一定要和已有的用户习惯相吻合,而不是去改变他们的使用习惯,或是给他们创造一个新的操作环境。

可以看到,在精密制造领域30余年的深耕,让里工能够真正站在产业一线去看先进制造,同时也让里工沉淀了足够的硬件设施、生产场景、客户资源和供应链整合的能力。

在里工的厂区内,有三个名字很有特色的车间,分别是“经典车间”“发现车间”和“未来车间”。

其中,经典车间几乎贯穿了里工整个发展历程。这里的配置更加传统,有车床、铣床等传统机械加工设备,还有相当一部分操作需要由人工进行。因此,从智能化的角度来讲,经典车间是里工目前的主要改造对象。

发现车间则是里工的质检部门。“因为这是我们发现问题的地方,所以我就把它的名字改了。”李卫铳解释道。

发现车间和未来车间现均已部署智能化设备,但当下最值得关注的,还是未来车间。在智能化设备的加持下,未来车间已经实现了24小时不停歇作业,各种复杂的加工动作均由高侍和高寻、高擎机器人配合完成,产线员工只需要对机器进行监控。

某种程度上,三大车间的演变,正是里工30余年来在传统制造领域不断发展、深耕的缩影。如今,疫情不仅加速了里工产品走进产线的速度,更推动了整个制造业由传统向数字化、智能化加速发展。

近年来,国内政策持续引领制造业发展,无论是《中国制造2025》,还是十四五规划,都在政策上加大了对制造业发展支持力度。但与此相对的是,美国“实体清单”对中国前沿科技公司步步紧逼,全球市场竞争愈演愈烈,未来需要有更多的创新力和定力才能够在全球市场中站稳脚跟。

这一切都预示着,未来无论是像里工一样正在转型中的老牌制造商,还是在先进制造浪潮中投入工业领域的初创公司,都将要“带着镣铐跳舞”,学会与“先机”和“危机”共存。

现在,作为一家有着37年历史的传统制造商,里工正站在“传统”与“创新”、“过去”与“未来”的交界处;未来,则需要更多像里工一样的中国制造公司,在先进制造的巨大版图上占据一席之地, 卸下长久以来捆缚着中国制造的镣铐。

来源:甲子光年

原文标题:工业4.0时代,一条来自传统制造商的机器人密码

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