工業機器人在數字化共享工廠中的應用
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基于對我國制造業重點城市佛山的調查，佛山數字化共享工廠的實踐經驗，表明建設數字化共享工廠有助于推動工業機器人在制造業的應用，并加快我國制造業轉型升級步伐。
中國制造面臨轉型升級的緊迫任務，需要制造出更多質高價優的產品，這就要求制造企業轉變生產組織方式，應用先進技術，提高生產效率。應用工業機器人是中國制造業企業提升企業競爭力的一個選擇。應用工業機器人能夠減少勞動力投入，節省廠房空間，提高產品質量，改善生產環境，提升產出效率。近幾年，隨著機器人制造成本的不斷下降和性能的提升，全球工業機器人的應用滲透呈快速增長的趨勢。根據世界機器人聯合會（IFR）數據，2017年我國工業機器人的平均密度約為97臺/萬人，略高于世界平均水平85臺/萬人，但遠遠低于韓國710臺/萬人的水平。比較來看，我國工業機器人應用的空間還很大，工業機器人推動我國制造業轉型升級的潛力還遠未釋放出來。
工業機器人應用受諸多因素影響，增強制造業企業對工業機器人應用價值的認識是重中之重。根據對佛山機器人應用情況所做的調查，總結起來主要有以下幾點：一是企業管理者對工業機器人的價值認識不夠;二是機器人應用項目具有一定的風險性;三是機器人應用項目需要圍繞制造業企業的工藝步驟進行個性化開發，技術復雜，同時前期投入較大;四是工業機器人應用人才短缺;五是在機器人應用服務廠商與制造業企業之間缺乏有效對接的橋梁。
為了解決以上問題，佛山市依靠專業化的機器人制造工廠與專業生產制造企業全面對接，在工業機器人應用推廣方面取得了顯著進展，傳統制造業轉型升級步伐加快。
佛山數字化共享工廠實踐
佛山機器人應用集成企業在實踐中摸索出了“數字化共享機器人工廠”模式。機器人裝備制造業企業建設示范共享機器人工廠，讓機器人應用效益直觀顯現出來。在佛山南海，長期從事焊接機器人制造的泰格威公司，建設了一條鋁材門窗的工業機器人數字化生產線。工業機器人根據客戶門窗規格數據設置工藝參數，從原材料進入生產線到門窗最終產品實現了全自動化。生產資料計劃系統與制造執行系統無縫對接，可以根據客戶的要求按需定制。機器人集成系統在上料部分有公司的核心技術。鋁合金門窗制造銷售企業，從上游原材料供應商購買鋁材后，不再自己組織生產，轉而從共享工廠那里直接得到門窗成品。傳統門窗生產線所需人工多，占地面積大。共享工廠提高了鋁門窗生產的自動化水平，大大減少了人工和用地需求，同時數字化工廠的實施提高了產品個性化定制的水平，對客戶需求的響應時間明顯加快。門窗生產自動化后，勞動力崗位需求由原來以操作型為主向操控型轉變。機器人工廠投入運營后，系統的操作人員和維護人員崗位增加，崗位人員的勞動附加值增加，全員勞動生產率得到大幅提升。共享工廠的建設投入約600萬元，由上游鋁材原材料廠鳳鋁（獲工信部“中國制造業單項冠軍企業”稱號）、下游門窗制造廠商和裝備制造商泰格威公司共同承擔，以按件計價的形式從鋁門窗加工費中逐步提取。按照現在的加工量計算，兩年內就能收回建設成本。示范機器人共享工廠運行一段時間后，將會移到上游鋁合金原材料工廠，原來的諸多中小鋁合金門窗制造企業將不需要直接制造門窗，更多的精力可以放在營銷和服務上面。上游的鋁合金廠將業務向下延伸，對于提高自身的競爭力也是大有裨益的。幾方共贏的局面形成后，泰格威公司已有6條數字化共享工廠生產線被預定。
除了專攻焊接工業機器人的泰格威公司，佛山還有高立威、新鵬等機器人公司在快速發展壯大。佛山高立威公司是一家扎根玻璃深加工領域18年的裝備制造業企業，能夠提供玻璃深加工智慧工廠方案，其研發的數字孿生平臺可以仿真虛擬運行數字化玻璃深加工機器人工廠。在數百米的生產線上，玻璃的搬運、磨邊、切割和中控，都實現了自動化。如果以傳統生產線需要300人來測算，高立威公司的機器人全自動化生產線只要70人，兩年就可以收回前期投入。佛山新鵬機器人和佛山東鵬陶瓷正在做整個工廠的智能化改造，新鵬機器人研發了全面的信息化管控軟件系統，通過分置全廠的1萬～2萬個傳感器實時傳送數據，可以把生產線的運作情況實時管控起來，提升工廠生產、能耗、安全、維修等多方面的管理水平。
總結佛山數字化共享工廠初見成效的原因，我們可以發現全產業鏈互利共贏是關鍵。上游廠商推動機器人應用，下游廠商順應變化，專注于自己的營銷服務網絡。參與共享工廠建設的廠商共同商議確定資本投入、風險利益分攤機制，共享技術進步帶來的收益，形成多方共贏的利益共同體。鋁合金門窗制造業在佛山是優勢產業，產銷量大，這為共享工廠達到規模經濟水平提供了基礎條件。泰格威作為多年深耕焊接機器人的系統集成廠商，技術實力強，對鋁門窗生產工藝熟悉，成功地實現制造流程數字化、自動化。共享工廠的計價形式是自然透明的，按件收費。共享工廠以上游原料廠商的客戶群為主，節約了搜尋成本，供需信息不對稱的問題得到了較好解決。機器人集成商專注于共享工廠核心技術，上游廠商專注于原材料生產，而下游廠商專注于銷售網絡和售后服務，產業鏈得到垂直整合。上下游廠商間的交易成本大大降低，專業深化帶來的經濟效益凸顯，區域經濟發展活力顯著增強。
推廣數字化共享工廠的建議舉措
實施數字化共享工廠，裝備制造企業、制造業企業、行業協會、研發機構和政府要多方聯動。數字化共享機器人工廠的實施要考慮幾個關鍵要素：一是要服務地方優勢產業; 二是制造環節要適合工業機器人的應用，目前工業機器人能夠上場的工藝環節還主要是搬垛、切割、焊接、噴涂等，佛山主要應用于門窗制造、陶瓷潔具等行業;三是工業機器人集成廠商要有實力;四是政府產業政策的支持要有針對性;五是資本市場與裝備制造企業有效對接;六是共性技術開發要多方參與;七是人才隊伍建設要跟得上。
機器人企業要主動服務區域產業鏈集聚的行業。共享工廠需要達到規模經濟，才能出效益，這需要充足的訂單。原料供應商、制造廠商在區域內的集聚是必要條件。裝備制造業企業，行業協會，研發機構和政府要多方聯動，把某一個制造業行業的共性生產提煉成一個數字化工廠。如前所述的佛山泰格威公司的鋁門窗共享工廠，服務的就是佛山鋁型材制造和再加工行業，這個行業佛山在全國具有領先地位。專注于噴涂工藝的新鵬機器人為行業提供“交鑰匙”工業機器人應用解決方案，其服務的陶瓷行業也是佛山的傳統優勢產業。 政府積極推動工業機器人應用及智能化工廠建設。政府的政策支持一般包括補貼制造業企業應用工業機器人，對應用本地生產的機器人給予更高的補貼額度;政府牽頭建設機器人創新基地，對機器人企業提供場地租賃優惠及稅收扶持等;根據機器人企業研發產品的銷售情況，對機器人企業的有效研發予以補貼;支持企業進行技術改造。如 《佛山市工業企業技術改造三年行動計劃（2018-2020年）》提出，“以提高裝備智能化率、成果轉化率、勞動生產率、產品優等率等為主攻方向，開展智能工廠培育試點，推廣重點行業智能化車間，加快舊生產設備計量技術改造，建設智能工廠。推動工業機器人在汽車制造、陶瓷建材、家用電器、電子信息、機械裝備以及民爆等行業領域廣泛應用”。
政府搭建融資平臺解決共享工廠資金投入問題。共享工廠投資大、風險高，單靠企業自身籌措資金，存在融資慢、融資難的問題。政府搭建一個裝備制造業企業和投資機構、金融機構對接平臺，讓資本市場助推企業技術革新，讓企業的項目在資本市場的考驗下優勝劣汰。以佛山市為例，截至2018年11月，全市共有上市公司58家，新三板掛牌企業93家，其中有26家裝備制造業上市公司和42家裝備制造業新三板掛牌企業。佛山市2018年新增裝備制造業上市企業在資本市場成功融資7.89億元，資本市場資源配置的基礎性作用逐步發揮出來。
政府支持大學、科研院所建設共性技術開發平臺。共享工廠的工藝過程與行業屬性緊密相連，如玻璃深加工行業就與鋁合門窗加工行業不同。針對行業開發數字化共享工廠，需要裝備制造企業對行業制造全生產線熟悉，同時又要解決關鍵環節的機器人應用問題，如在鋁門窗生產過程中，焊接和上下料環節就需要企業有核心技術，這個核心技術能夠通用于行業內大部分的制造企業。共性技術的開發，需要研究機構、裝備制造企業和共享工廠的使用方——下游制造企業共同來參與。廣東省科技廳、佛山市、南海區和廣州工業大學共同成立了“佛山市南海區廣工大數控裝備協同創新研究院”，建設了機器人應用共性技術研發平臺，為機器人應用企業提供了強大的技術支持。
合作企業通過協商建立起多方共贏的資金投入和利潤分享機制。制造業企業面臨競爭，唯一的出路是降成本、提高生產效率。裝備制造商前期投入建設示范共享工廠，通過實際運行來證明以工業機器人為主要組成部分的數字化共享工廠可以大大提高生產效率，同時通過幾方商議的計價形式來支付共享工廠的資本投入費用和使用費用。使用廠家不用前期就投入大量資金來購買設備，而是采用從生產加工費用中逐步扣除資本投入的方式。當產量較大時，裝備制造廠商可以很快收回投入成本及應得利潤，同時下游勞動密集型制造企業切實體會到制造成本降低的好處。參與方共贏的局面形成后，共享工廠模式就能得到健康發展。
裝備制造業企業通過數字化改造提升共享工廠效益。推進數字化轉型是實現智能制造的基礎和必要條件。數字化和自動化是企業實現智能制造的兩大支柱，自動化系統要實現柔性，必須依賴數字化系統的支撐。共享工廠面對用戶多，對制造產品的個性化需求也多，同時對交貨時間、產品質量也有諸多要求，這需要共享工廠能夠把生產計劃系統與制造執行系統整合成一個有機的整體，這需要切實提高生產制造過程的數字化、網絡化以及智能化。數字化改造的落腳點首先是提高共享工廠數字化研發工具普及率、關鍵工序數控化率和網絡基礎設施能級。
學校企業合作培養數字化共享工廠高技能技術人才。數字化共享工廠的建設和運營需要多方面的人才，技術人員需要掌握生產線工藝、工業機器人等制造單元的維護及生產制造系統的運行和維護等。人才短缺往往成為企業智能化升級改造的瓶頸，企業要積極主動尋求與學校的合作，提早布局，共同培養高技能技術人才。佛山泰格威公司的做法是與高職院校成立學徒制班，學生的培養計劃由學校和企業共同制定，學生實習培訓的崗位就是正在運行的共享工廠的崗位，學生畢業即就業，這種做法值得借鑒。
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