机器人赛道再次升温 协作机器人迈入“柔性智能”时代

沉寂几年后,2021年,机器人赛道再次升温。

业内流传的“松山湖的机器人企业要被VC们抢光了”其实不算空穴来风。根据不完全统计,截止2021年10月,仅在国内工业机器人行业发生了70起融资,融资金额近200亿,超过了2020年全年融资额。

值得关注的是,新的机器人浪潮中,协作机器人这一细分赛道走到聚光灯下。有数据统计,工业机器人领域获投企业前三大细分品类分别是移动机器人(29%),机器人软、硬件供应商(23%)和协作机器人(16%)。如果说移动机器人火热背后是对搬运、运输方式革新的渴求 ,那么协作机器人的崛起代表人机交互已经从过去单纯的机器+人的物理交互迈向共融模式。

机器参与人类作业已经有两个世纪的历史,社会的每一次重大跨越都离不开机器和人的协作。过去,这二者只是人操纵机器的简单式作业,而在AI、5G、云计算和大数据成为生产力工具后,新一代机器人开始超越协同者的概念,和人工作业有机融合,成为人的延伸。

如果说大型制造产线使用的高负载工业机器人完成人机协作职责,那么这几年崭露头角的协作机器人,则代表自动化的新维度。协作机器人只有不到20年历史,最初以“collaborative”(协作)为特色横空出世。和纯粹自动化不同,协作机器人作为标准化大规模生产和人力劳动的补充,足以深度套嵌于生产各个环节。

工业制造迈入4.0阶段后,智能化、数字化成为关键词。过去统一的粗放式生产模式显然无法满足愈发细分的客户群和更细致的制造需求。协作机器人对产线的进化提供了另一种组合的可能性。从小型的3C产线、到中型家电产线直至更大型的汽车产线,都可以搜索到协作机器人的身影,数据显示,2015-2025年,传统工业机器人和协作机器人复合增长率分别为8.4%和56.5%,而国内协作机器人市场年复合增速高达200%。

智能制造席卷全球之际,协作机器人正深入制造业的毛细血管中,成为整个机器人版图不可或缺的一块。

疫情则加快了“机器换人”的进程,根据3Gem Global MarketResearch & Insights报告,有84%的企业表示,将在未来十年更多地采用机器人和自动化技术,43%企业希望通过机器人技术改善工作场所的健康和安全问题。相对使用成本低、易于编程、移动方便、效率出色的协作机器人,显然是企业开启数字化之路的高性价比选择。可以说,协作机器人的普及是工业智能化的关键起点。

 

拉开工业数字化转型序幕

协作机器人助力生产时间并不长,在机器人家族称得上后起之秀。第一个真正意义上的协作机器人UR5诞生于2008年,发布者是丹麦当时一家名不见经传的创业公司Universal Robots(优傲机器人)。

协作机器人从形态上就与众不同,机械臂一人高,小巧简洁,重量不到20公斤,可以直接和工人有肢体交互。创始人艾斯本.奥斯特加最初的目的,其实就是为了是“要研发一种易于安装和使用的轻型机器人”。

资本并不雄厚的中小企业,很快注意到这一新品类。当时库卡LBR iiwa单个机器人手臂要20万美元,UR5只需要3万美元。它并不需要隔绝的“笼子”放置,直接设置于产线各个环节,避免了重型机械带来的安全隐患。

正因为低门槛、高性价比、易操作,协作机器人开启中小企业迈向智能化的第一步。但在国内,这些海外品牌的协作机器人动辄售价二三十万,仍然是难以承受的重负。直到2015年后,国内协作机器人公司崭露头角,才真正开启了国内使用协作机器人的风潮。如2014年诞生的节卡,在2015年推出了协作机器人JAKA系列,和海外对手平分秋色。如节卡这样的国内厂商壮大后,工业用户终于能触达“人人皆可自由使用的机器人” 。

最初一批试水的企业也很快体验到协作机器人对效率立竿见影的提升。一家企业在使用了数台节卡JAKA Zu 3协作机器人后,除了提升了安全性,每月能减少16个操作工的人力成本,节省2800小时。

年复合增速200%后,柔性智能机器人如何重构生产力?

而协作机器人广泛落地的意义,远不止于短期内的提效降本,它还意味着对生产制造本身的重塑。工业4.0如火如荼之下,一个被忽视的现实是,除了聚光灯下那些能单件大批量制造的龙头公司,面广量大的中小企业面临着更迫切的革命。

产业升级在当下不仅是显而易见的事实,更已经成为国家战略的一部分。国务院参事汤敏曾总结:“未来中国,以大批量生产、低成本取胜的劳动密集型产业外迁到东南亚势不可挡,中国唯一可以留下的就是小批量、定制化的柔性制造产能。

对于数字化能力有限的中小公司来讲,如何在有限时间内,应对短周期、快迭代、小批量的柔性生产,才是最深刻的需求。一份调研显示,规模化生产占中国制造企业的数量不超过20%,剩余的更倾向于柔性制造。

节卡机器人联合创始人王家鹏曾将市场按产品周期分为四类,M1市场周期以“年度”计量,如汽车整车、钢铁等,M2市场的生命周期以“季度”计量,如小家电、消费电池、3C等,M3市场生命周期以“月度”计量,如成衣等行业,M4市场生命周期以“周”计量,如中小规模的金属加工。

事实上, M1及M2一小部分市场适用于一般工业机器人,也是现在主要机器人集成商有能力服务的范围,其余M3及M4的自动化需求一直难以满足。在金属加工行业中,有一千台以上加工设备的企业属于凤毛麟角,大部分企业的加工设备在一百台以下。

这些企业一年会换三到五次产品,根本无法承受产线大规模更迭的成本。而协作机器人模块化、快速切换、高柔性、低成本的特征,给了这些快迭代行业自动化的可能性。以3C行业的打磨环节为例,常用的小六轴机器人都是“刚性打磨”,运行轨迹、位置固定,除非安装高成本的浮动打磨头,很难根据产品微小差别自行调整。但节卡的力控s版协作机器人可以根据力量大小调整机器人姿态,只需要做些简单的编程,就可以在较大范围内调整打磨方向和力度。

而这种“柔性打磨”技术诞生意义深远。它不仅只是生产方式的优化,更是协作机器人突破了阈值,迎来智能化新拐点。

 

协作机器人迈入“柔性智能”时代

“规模化定制”的趋势正在整个制造业悄然发生。不仅是M3和M4客户,M1和M2范畴的巨头们也感觉到生产力改革正在逼近的焦虑。

在汽车行业,小批量生产正在成为趋势,此前一个车型生命周期能到8-10年,但现在只有3-5年迭代期,这意味着汽车整条产业链都要以此为基准迭代。比如在丰田生产车间,在生产轿车的工时中,他们还会穿插生产SUV。

这种弹性化制造已经成为整车生产的主流,也带来新的挑战。而汽车属于离散工业,大多使用规模化大中型工业机器人,但他们也有非标化制造环节。在汽车行业,除了冲压、焊接、涂装,还有更琐碎的零部件环节。因为适配车型不同,零件材质、形状、大小、重量皆有区别。

即便对于实力雄厚的车厂,仍然无法承担非标类产线来回切换的高昂成本,能迅速二次部署的协作机器人成为汽车产业链柔性改革的核心。

车厂、3C大厂这类重磅客户的产线更加复杂、庞大,而且它们已经完成了初步的自动化和数字化。对于这些客户来说,它们需要的不仅是过去被动式“协作柔性生产”,更是主动的“柔性智能制造”,只有同时满足稳定可靠作业、快速切换场景和软硬件全栈式智能化的协作机器人,才能柔性制造时代,助推他们完成生产力改革。

显而易见,这些能力都需要一家公司长期积累,但目前国内能做到的厂商屈指可数。以作业能力来说,从2019年开始,节卡就根据客户需求改进设备,每次整改都要调整一百多项。节卡的投资人国投招商其实在投资前,对其他协作机器人工业也进行了考察,结果发现他们的设备不久,就会出现卡顿、故障、核心精度指标不达标等问题,与此对比,用心沉淀技术多年的节卡,目前平均无故障运行时间(MTBF)高达3万小时。

也正是有了坚实的基础,节卡终于厚积薄发。它们已经完成了人机协作阶段,走向更艰难、也更突破性的人机共融。节卡已经形成了丰富的产品矩阵,小助协作机器人主要解决人机交互和安全,力控机器人实现机器人自适应控制,到最新的All-in-one共融系列协作机器人时,其端到端的解决方案已经涵盖视觉、力控和AI算法,恒力跟踪最高精度达1牛顿,可以多维度感知场景。

具备复杂度后,协作机器人才能获得大型制造业客户的青睐。它们需要高门槛的复杂工艺作业,包括3C行业的蜂鸣器检测、SMT工艺,以及汽车行业的车灯涂胶等。

这一阶段,高可靠度仅是必要条件,更考验协作机器人供应商的是场景化能力,即如何在高度拆分需求后,迅速给出模块化、垂直化、定制化的解决方案。

2020年,一个标志性事件是,节卡与丰田达成合作,成为其全球唯一的协作机器人供应商。协作机器人在汽车制造行业迈出重大一步。

他们的作用很快凸显,天津丰津汽车传动部件有限公司是首家部署节卡协作机器人的“丰田系”企业。节卡协作机器人已经应用至传动系统的钟形壳机生产线、发动机壳体清洗线,车灯装配、车灯光导条检测、座椅拧紧安装等,而且在冲压搬运,机床上下料,焊接、拧紧,装配、涂胶等环节,只要搭配不同工具,就能完成不同工作,满足汽车不同产线环节的需求。

年复合增速200%后,柔性智能机器人如何重构生产力?

这种多样化场景适配和无缝切换,需要协作机器人高度智能化,在多个维度汇集和分析数据。仅仅以视觉为例,节卡就有包括Lens 2D、LensVPS、3D视觉等多套软件,并开发出了一体式的视觉工作站,可以在二维、三维同时抓取更丰富的视觉信息。

从某种意义上,节卡作为柔性智能机器人这一崭新品类的先行者。它保留了协作机器人固有的安全、便捷、易于部署,又在本质上重建机器人“大脑”,以先进的视觉处理、AI技术和云计算加持,使之更智慧地处理外部场景,真正适应快速、多变而复杂的大规模定制生产。

正如通用汽车制造工程集成全球总监Dan Grieshaber所说,协作机器人已成为汽车行业的“根本性游戏规则改变者”。2021年或许将成为协作机器人行业的分水岭,“ALL in One”系列发布,标志协作机器人终于具备了更智能的柔性生产能力。而以节卡为代表的新一代智能化的柔性协作机器人,将成为未来工业制造中 “生产力规则重构者”。

 

从人机交互到人机共融

1995年,通用汽车机器中心委托美国西北大学的J.Edward Colgate和MichaelPeshkin,希望能找到“机器人能够变得足够安全以便和人协同工作”的办法,而他们给出的解决方案即是协作机器人。

在智能制造时代,人在产线中的作用,并不会因为机器人的加入被抹杀。工业机器人发展至今,虽然能从事标准化、流程化作业,但难以完成精细流程,因此目前并不能全面实行“机器换人”。先进制造不会纯粹依赖机械或依赖人力,而是人和机器人的有机、和谐协作。

2014年,以自动化闻名的丰田宣布将一部分自动化生产任务重新交付人力。在几家最老的工厂中,他们还设立了100个完全依赖手工作业的岗位。直至2019年,丰田在美国的工厂某些环节仍然是人工和机器并行作业。在丰田汽车的油箱安装环节,机器人负责拧紧螺钉,但油箱本体和联接处的瑕疵、关键油路的泄露点和薄弱处仍然需要工人触觉和视觉排查。

“为什么大规模的制造往往在人多的地方,其实不是因为人比机器便宜,而是恰恰人是柔性程度最高的,人的智能化是最高的。”节卡机器人副总裁常莉曾这样解释人机共存的必要性。

但传统工业机器人显然无法实现人机无缝配合,出于安全考虑,高负载机械和工人之间都会做隔离,如果要操纵,需要通过安全门,交互效率极低。

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协作机器人落地,让人机协同真正成为常态。以节卡机器人为例,它不仅对力和碰撞能力进行了控制,还配置了视觉防护及碰撞防护等两层防护,保证与人类物理接触的安全。

而更为关键的是,协作机器人加入不仅可以提升效率,它本身就是对人潜能的释放。生产制造中仍然存在不少3D工作—— Dirty(脏)Dangerous(危险)、 Dull (枯燥)。比如小家电企业部分上下料产线还需要人工,工人们承担枯燥重复动作,自然生产效率低,而且手工操作时,也不能保证力度均衡,容易降低品质。一家小家电公司引入了节卡的JAKA Zu 7后,实现了自动化上下料,定制的柔性化设计可以轻柔抓取,精准定位保证了持续生产。当协作机器人高质量完成这类重复性劳动时,工人可以能力集中于更精细的作业,发挥最大的潜能。

工业4.0定义中,人工智能和数据承担的是辅助工作。在这幅图景中,大型设备批量化封闭式生产及人机共存的半结构化产线将齐头并进。

 

重构智能化产线

很长一段时间,机器人只是在物理层面单向接受信息,人与机器人之间并不存在双向共创式反馈。但在新的数字化转型中,过去机器人作为“工具”已远不能适应变化。根据埃森哲最新的《技术展望2021》报告,在数字化转型中,员工将是核心推动力。“企业不仅需要让员工使用新工具,还必须积极引导员工像技术人员一样思考。

这也是大规模柔性定制时代人机共融的实质,他们不仅需要在物理层面协作,更需要在更高的层面形成人工、软件、硬件一体化的网络,参与整个公司的数字化转型。而协作机器人在其中承担耦合节点的重任。

协作机器人与人更密切地合作,需要比一般机器人拥有更强大的感知能力和执行力,这意味着更智慧的AI算法、更深度的视觉、力觉、语音识别的融合以及更完备的云计算能力。“人机混合智能需要构建从发现问题到感知、到数据、到算法,再到执行的快速闭环过程。”常莉表示。

在深度嵌合入制造过程中,拥有这些能力的协作机器人,本身就在驱动生产数字化转型。协作机器人不仅是孤立的自动化技术,更是生产信息化的关键节点,影响整个生产管理体系,在无形中推动工厂提高其AI能力、大数据分析能力及精益制造能力。

如3C电子行业的SMT贴片工序,智能仓储系统虽已普及,但产线仍然需要人工到仓库提取原料。人眼不仅分辨容易发生误差,而且因为环境复杂,数字化程度低,很难同步库存,多产线排队取料的拥堵市场发生。

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协作机器人则将5G、AI技术模块化地接入产线中,在数字化管理同时,不需要伤筋动骨替换。在SMT车间,节卡使用了AGV+小助协作机器人+产线终端接口结合的模式,通过复合型配置,建立了车间到产线的原料自动配送。而通过这一自动化系统连接,可以整合过去碎片化式的车间信息及仓库信息,实现精准的数字化管理。

从18世纪的工业革命开始到4.0概念成为共识,制造业本身已经发生翻天覆地的变化。然而,某些本质的追求仍未改变。对工厂来说,即是安全的生产环境和高效的生产过程。“用机器人解放双手”的模式,在这两者间找到了完美平衡。可以预想,随着协作机器人的普及,人机融合也会提升到一个新的水平。

 

从泛工业化到泛商业

制造业作为国家基础产业,智能化走在前列,对协作机器人需求最为迫切。也是在这里诞生了协作机器人起飞的结构性机会。GGII预计,2020年,协作机器人销量将达到1.1万台,预计到2023年,中国协作机器人销量复合增长率为35%,销量达到2.65万台。

协作机器人在汽车、3C的应用已经常态化,食品、纺织等一般工业中,协作机器人也在逐渐渗透。

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这类行业过 去都是劳动密集型产业,自动化程度低,工序复杂,又深陷招工难、人力成本高的困境。 在乳品行业,高端礼品牛奶包装很多采用人工,每条产线每天要配置110人。 协作机器人让他们得以用经济的方式,解决燃眉之急。 集成了视觉识别系统、精准分组系统、装箱系统等等技术的协作机器人加入后,包装工厂每小时的处理能力高达28000包,每条产线每天人力需求骤降到2人,企业半年到一年内就可以收回产线购置成本。

而在工业制造之外,对智能化的需求也在攀升。最为直观的是疫情常态化后,“无接触式”服务成为刚需,对线下场域升级换代迫在眉睫。

在越来越普遍无接触式服务场景中,它们承担了关键作用。协作机器人由工业跨越至商业的条件已经成熟。如在部分咖啡门店,JAKA Zu 3只需要1分钟,就能做出一杯大师级的艺术咖啡。

协作机器人作业的商业场景也在不断拓展,作为智慧零售解决方案的一部分,更接近C端用户。如在虹桥AI食堂已经引入了自助生产,节卡协作机器人承担取面、自动烹饪、加面加汤的工作,只需1-2分钟即可取餐。

对于商家来说,更现实的是节卡机器人在提升效率同时,大幅度节约了人力和场地成本。虹桥AI食堂的自动烹饪系统可以烹饪1000多道菜品,同时完成100份菜品烹饪,这一工作换算为人工,成本会极其高昂,还涉及复杂的调度问题,但使用协作机器人可以轻松完成这些工作。

 

新零售、环保行业如何做智能改造?

如节卡这样的企业也看到了商业背后蕴藏的机会,他们推出了更小巧的MiniCobo针对的正是零售场景, 本体重量只有8.7kg,可以轻松地装挂,除了咖啡店,还能在酒吧、奶茶店等不同业态运作。

除了效率提升,新零售开创性的意义在于数字化管理,获得更清晰的用户画像和货物更新。中国进入第三次消费浪潮后,传统商业时代的“人-货-场”已然发生剧变,协作机器人代表的技术驱动型零售,正逐渐替代传统粗放式管理。满足这一代更独特和更个性化的消费者。在这个意义上,协作机器人更加不可或缺。它不仅完成传统店员工作,更是数据入口,帮助商家整合数据,实现后续个性化服务,真正实现传统卖场向多元、个性、精准的新零售转型。以虹桥社区AI食堂为例,它已经实现了全程数字化管理,生成个性化的营养配餐,促成更健康的生活方式。

年复合增速200%后,柔性智能机器人如何重构生产力?

也正是因为协作机器人的接口属性,它已逐渐成为无人化系统的“心脏”,灵活适配于多样化客户,这一快速适配的能力在B端场景尤为核心。

在智慧城市领域,节卡智能巡检机器人系统就包括了JAKA Zu 7协作机器人以及AGV等,可以自行设定路线、避障、巡逻,重复定位精度能到±0.02mm,不仅解决人工巡检到位率、及时性无法保证的问题,还可以运用远端云台控制、图像识别等技术,实现区域智能化管理。

而协作机器人影响的远不止于当下。2021年又被称为“碳中和”元年,碳达峰、碳中和目标首次被写入政府工作报告,“双减”成为热词。对于制造业,如何提升效率同时保证绿色生产摆上日程。而根据普华永道和微软的数据,AI技术在2030年将减少全球4%的温室气体排放,相当于24亿吨二氧化碳排放量。作为AI技术的重要载体,协作机器人在低碳、绿色、可持续运行同时充分提效,减少工业浪费,减低企业碳足迹,显然会成为“双碳”转型期不可忽视的选择。

随着“第四次工业革命”到来,医疗、教育、养老等领域和自动化的距离也不再遥远。易触达的协作机器人必然会在其中扮演更重要的角色。

100年前,捷克作家恰佩克出版了《罗素姆的万能机器人》,“机器人”首次出现在人类词汇之中。他提出了一个时至今日仍未过时的疑问:机器人究竟会是人类的助手还是威胁?一个世纪后,协作机器人给出了自己的答案。在协作机器人的助力下,工业、服务业和商业在智能时代不断升级,显示出人机共融的强大势能。而这段故事刚刚拉开序幕,终局还远未到来。

来源:36氪

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