葉暉：工業機器人與生產的應用|V課堂第76期
隨著經濟全球化的深入，中國生產行業在國際市場中的競爭壓力越來越大，而工業機器人的應用有效的滿足了工業的自動化、柔性化需求，保證了產品質量，提高了生產效率，其在生產制造中占據了越來越重要的位置。第76期【智造+V課堂】分享嘉賓：ABB(中國)工程有限公司首席技術工程師葉暉, 葉總從工業機器人的典型應用場景(特別是工業機器人在汽車行業的應用)、工業機器人應用心得、方向和趨勢以及工業機器人應用中出現的新挑戰和新痛點三個方面帶來精彩的分享。
一、嘉賓介紹
ABB(中國)工程有限公司首席技術工程師 葉暉
1. 主要經歷
- 曾任職于東風本田發動機有限公司和西門子公司
- 現就職于ABB(中國)工程有限公司，擔任首席技術工程師
2. 擅長領域
- 精通發動機生產線相關設備的保養與維護，包括數控機床、壓鑄機、檢漏儀、拉床、淬火機，伺服擰緊機等
- 精通對機電一體化相關器件的使用
二、分享主題
《工業機器人與生產應用》
三、分享大綱
- 應用工業機器人的典型應用場景
- 機器人應用新的趨勢
- 工業機器人應用的新痛點—人才短缺
四、原文實錄
原文實錄context：
今天的分享主要介紹一下工業機器人的三個方面，第一個是機器人的應用，第二個工業機器人應用的一些心得、方向，然后工業機器人應用的一些痛點。
現在我們在很多領域里面都說機器人、機器人、機器人，但實際上工業機器人的定義在國際機器人聯合會IFR一早就給出定義了，就是自動控制的可編程的多用途的操作機器，它可以對三個或三個以上的軸徑變成控制的，我們才能夠認為它是我們所說的工業機器人。
能夠成批量生產的機器人有兩大類，一種就是我們說的工業機器人，另外一切就是服務機器人。在圖中看到左邊這個就是我們通常概念上面的工業機器人，而左邊我們認為是服務機器人。比如說我們掃地可以作為掃地機器人，還有專業機器人，這個是達芬奇的專門做醫療手術的機器人。
今天晚上我們重點論述的就是左邊的工業機器人，也是我們機電內這個大類里面工業機器人最主要、最典型的一個結構的產物。機器人我估計在制造生產領域里面，是除了機床這種標準化的大型設備以外，第二大批量生產的一個機械設備了。所以在這個圖里面我們能看到工業機械人用的范圍是非常廣泛的，是作為一個通用型的設備存在。
它跟機床很大的區別就是說機床雖然是產量非常高，但是它90%的應用可能都會在金屬的加工和切削上面，而機器人應用面比機床廣太多太多了。可以這么認為只要有批量生產的地方，就會有機器人使用的可能，所以機器人的應用范圍有可能比機床還要廣泛。
稍微介紹一下工業機器人發展的一個歷史，其實一開始工業機器人它是要做UNIMATION，但是它是液壓驅動的，是1961年最早的時候應用于通用汽車公司裝配生產線上面用的，所用的用途就是上下料，也就是搬運的。
這里我們來看看的ABB的第一臺工業機器人的歷史，當時ABB公司也買了一臺，我們剛才介紹的機器人回公司去使用，但是我們會發現使用過程中它的精度沒有達到我們的期望值，沒有達到ABB的期望值，ABB當時就在想，ABB本身就是一個做電機驅動等等領先企業，為什么不能把液壓變成電動呢?所以在這種想法驅動下，在1974年的時候就有了ABB第一臺機械叫IRB6，也是第一臺電機驅動的電器人的誕生，當時圖中這個博士就是當年發明這個機器人的發明人。
給大家介紹一下機器人在各種領域里面的主要應用。首先在這里看到就是這個物料搬運和機床上下料，這個機器人的話，其實想象空間非常大，為什么呢?可以說只要有批量生產機床的企業都可能會用到機器人，其實現在很多機床還是人在做操作的。我們可以想想，現在一般是一個人對一臺到兩臺機床，但如果一臺機器人對三臺四臺機床的話，如果做這樣的升級改造，這個市場都非常非常大了，而這個市場對于機器人來說還是剛剛開始，還是一個非常初步的階段，對于機器人應用來說，所以機床行業改造是非常有潛力的，在中國。
第二個領域就是金屬的壓鑄，這個金屬的壓鑄主要是指在鋁合金和鎂鋁合金這些領域的，比如說現在汽車的發動機，鋁合金的發動機缸體、缸蓋等等這些都是普遍使用鋁合金的，還有我們的筆記本，現在一般都用鎂和金進行壓鑄成型的外殼，而且我們知道其實壓鑄的工作環境是非常惡劣的，在夏天隨時工作溫度超過50度，這種情況下其實已經沒有人甚至很少人愿意在這種環境下工作了。
從10年前開始，其實很多工廠就開始標每臺壓鑄機，大噸位的壓鑄機都會標配機器人的，我們看到的應用叫做塑料成型。機器人跟這種注塑機配合，其實也是比較廣泛的應用。比如說汽車前后塑料的保險杠，機器人上下料是非常普遍的。機器人不單單可以做上下料，而且可以進行一些修邊或者一些料口的剪切等等，可以起到一個完全無人化操作，在塑料這里，跟塑料注塑機的配合，這種應用也是非常廣泛的。
我們看到的是點焊，工業機器人在汽車廠的應用，基本上只要汽車的四大工藝里面都會看到機器人的身影，特別是在點焊，點焊也是整個汽車廠里面使用機器人力度最高的一個車間，就是我們焊裝車間。點焊使用量這么大，現在汽車廠的話，就算是換成電動車，點焊機器人的需求量也不會下降，而且會繼續隨著汽車的升級改造，保持一個非常大的市場占有率。
看到了弧焊，弧焊它的應用也是非常廣泛的，它只要是金屬的焊接，不單單是在汽車行業，汽車里面主要是一些配套的零部件都會用到弧焊，一般的工業里面也會用到很多弧焊，比如摩托車、單車還有一些金屬的床，金屬的門等等這方面大批量的地方，其實弧焊的應用比點焊的應用面會更廣泛，覆蓋面很廣泛，而且這個也是直接跟焊接質量相關的。所以弧焊其實在焊接這個領域里面，是個普及點，也是非常非常廣的，在應用里面也非常成熟。
看到了激光焊接。激光焊接也是焊接的一種，而且比之前的點焊和弧焊都會更高端一點。因為在這種激光焊接系統里面，激光器的成本會占了絕大部分，機器人的成本可以說是微不足道的。現在其實很多汽車也大量去引用了這種激光焊接的使用，不單單在汽車，我們現在很多的手機外殼都是用不銹鋼這種方式來做的，其實上面很多切割也是通過激光焊接來完成的。
每一年產出的機器人50%都會被汽車行業消化掉了，因為一直以來汽車行業高標準化和高產能的要求，使用機器人是大量使用的，現在我們看到圖像也是一種很典型的應用，大家會討論一個車好不好，就看隔音效果和反腐性能。所以我們現在看到這張圖像，那些好的車都會進行底盤的涂膠這個工藝，但是我們也會看到一般幾萬塊的錢就不會做這個工藝了，所以我們可以看一個車好不好和高不高檔，也可以看這個車底盤有沒有做涂膠，在出廠的時候有沒有做涂膠，也是很好的一個判斷的標準。
汽車的噴涂，還是汽車行業，我們圖中看到，它這個機器人不是做噴涂的作用，而是在為在車在噴涂之前，通過這種清掃裝置，把車身把它打掃干凈。而且噴涂也已經100%無人化的一個流程了，一個很重要的原因為什么要機器來噴涂?
第一個，油漆非常貴。第二個，對人的傷害太大了，在噴涂過程中。第三個，需要一個非常漂亮的表面效果，所以這個必須要由機器人來做，人工的話其實很難達到機器人的效果的。
大家應該了解工業機器人行業的話也知道，其實世界上機器人使用量我們有個衡量標準每萬名工人有多少臺機器人，這個數字最高的其實在韓國。那為什么它會這么高呢?可能跟大家想象不一樣，因為我們知道韓國有兩個很重要產業，一個是3C的電子產業和汽車業。在3C行業里面其實使用機器人的量是非常非常大的，在中國其實也呈現出這種特征了，因為我們知道華為、蘋果等等很多電子產品在中國生產，現在在中國電子行業使用機器人的占有率正慢慢地可能會跟汽車接近。
我們就看一看機器人在另外一個使用領域，我們叫做快速消費品。快速消費品里面，機器人一般承擔三個作用，我們叫做PPP“三個P”。第一P叫picking，就是拾取，拾取就是說把產品放到一個容器或者準備的一個膠的托盤里面去，這個是我們實現自動化的第一步。這個已經很成功的替代人了，我們圖中看到了就是這款蜘蛛形的機器人，就是把那個筆放到那個托盤里面去，這是第一步。
我們就會把產品放到箱子里面去，我們叫做Packing，這個過程里邊我們就會把產品放到箱子里面，然后再留用最后一個工序。到最后環節Palletizing，就是碼垛。也就是說把產品放到箱子里，箱子留到最后，再由機器人把它碼成一垛垛，放在垛板上面，然后由叉車叉走，或者直接運送到商店，或者運送到倉庫進行保存。所以在整個包裝行業，在這個包裝“三步曲”里面其實完全可以實現機器人無人化的工作。
我們再介紹一下我們看到這個機加工行業，也就是打磨。其實打磨這個應用面是非常廣的，比如說我們知道的，水龍頭，包括一些高爾夫的球桿，這些打磨的都是很典型的打磨產品，而且這個工作環境是非常惡劣的，其實現在找到一些有效的勞動力去做這個事情，其實也是非常難。這些人的工資現在也是非常的高了這種工人。所以這種情況下，使用機器人也是在這些行業里面非常有不一樣迫切的需求，而且這些的使用率也在不斷地提升。
再就是比較典型的汽車行業的應用，就是車頂棚的水切割。因為我們知道大家汽車里面的頂棚一般都是一些可燃物體來的，其實對里面我們要留意一些盒子、裝把手、裝燈的一些位置。這樣位置一般用我們所說的激光，或者那種方式其實不合適，因為它會點著的，可以燒起來的，所以一般用水來切，這種水切割，通過高壓水，混入一些金屬的沙，這種方式來進行一個個切割，高壓的方式，我們也叫水刀。
一般工業上用的話，其實有非常多的大學，包括科研機構也會購買工業機器人，因為他買工業機器人，他可以在機器人上面安裝很多工具，在三維的空間里面實現很多動作，比其他的一些，它自己去做一些伺服的工作機構，對于來說容易多和簡單多了，所以機器人在這些科研機構用得很多。比如說我知道的，香港大學曾經買過機器人，在它建筑系里面，用機器人來幫它把它設計的一些木家具的一些機構，通過機器人進行切割和裁剪，這些去為他們準備制作家具，制作這些木的材料的一些工具這樣去使用，而且用起來效果也非常好，成本也非常低。
剛才就是我們的第一部分，給大家介紹了工業機器人在一些主要的應用領域的使用，主要是在中國方面的。下面我就想介紹一下工業機器人應用的一些新的趨勢，工業機器人是一個標準的產品，但是，其實基本上工業機器人應用的都是放在了，或者跟一些非標設備組合在一起進行使用的。所以，動作機器人來說，每個應用或每個項目都是全新的，這個其實帶給集成商或者系統的建造商，一個很大的挑戰，就是如何在未購買設備或者在方案階段就能夠看到一個機器人的使用效果，這個對于它節約成本是非常重要的。
我們很重要就是說，作為一個工業機器人的集成商，我如何提供一個可試程度更高，更加逼真的一個效果，能夠給到我們的客戶，讓他看到能夠全面地去體會這個設計的意圖和一些數據的檢測，等等這些事情其實能夠幫助客戶更好地了解非標設備在前期方案階段，我們就需要大量地使用很多虛擬包括，AR、VR的技術來實現的。
圖里面我們能看到，這是一個工業機器人點焊的一個工作站，這個工作站是通過ABB的一套叫做RobotStudio的軟件去生成的，我們看到里面的效果是栩栩如生的。如果在配上ABB現在最新的VR技術，也就可以有置身其中的一個效果去查看機器人各個方面。
RobotStudio這個軟件提供一個快速的建模，快速構建這樣工作站的一個能力，一般圖中看到這個工作站可能需要大概半天的時間，只要你模型前期都準備好的話，半天時間就能夠模擬一個，按照客戶的需求把效果模擬出來，這樣已經廣泛地用于實際項目跟虛擬和仿真當中。所以，這樣也是非標設備一個很重要的手段，就是前期的虛擬仿真已經是必不可少。
給大家介紹一下這套軟件跟機器人的關系。在左邊的我們知道硬件就是機器人的本體變位機、導軌，再加上控制它的控制器。而右邊的話我們RobotStudio的軟件，其實也跟在電腦構建一個虛擬的控制器和虛擬的工作站，然后通過里面的編程和仿真再驗證，同時如果這個項目真的要執行的話，也可以把里面驗證的程序，包括參數設定，直接傳送到機器人控制器里面去實現真正的生產。
同時，最右邊你們看到我們現在這套軟件已經支持VR跟AR的技術了，所以已經提供了一個全方位的體驗，它這個仿真效果是非常非常好，基本上看過的人都會驚嘆它的這個仿真效果。
軟件還有一個很全面的功能，它是圍繞著一個非標設備制造的整個流程進行功能的支持，從方案設計開始到指標的評估，到編程測試到部署、調式，到使用過程中的聯網與監控，這套軟件都能夠提供相關的支持，可以說這是全方位的功能軟件。這套軟件是一個非常有平臺，支持大量的二次開發，這樣為我們實現工業機器人應用的多樣性也提供了可能。
對這剛才全流程的設計進行詳細講解，一開始的時候，我們就進行方案設計，通過這套軟件，我們能夠把設計圖紙上面所畫的2D圖紙或者三維模型通過動畫的形式進行3D的呈現，而且可以制作非常細致的3D動畫，而且是高清晰度的。這樣可以讓客戶，包括一些可能不懂設備，只是懂工藝的或者只是一些管理崗位的領導也能夠很容易、很清晰的了解到底這個項目建成以后是怎么一個效果，能夠很好的建立他們的信心，促成他們的成交，大大減少他們決策需要考慮的時間。
指標評估的過程，我們也通過這個軟件可以實時的去進行一個節拍的評估，因為使用機器人的話，必然對機器人的節拍和開動率等等這些是非常關注的因素。這套軟件的一個特點它能夠百分之一百的去仿真真實的工作效果，就是所見即所得因為它在軟件里面就內置了一個虛擬的控制器，這跟真實的控制器的性能是一模一樣的。所以你看的不是一個普普通通的動畫讓機器人動，而是真實的是通過機器人的控制器，通過它里面算法得出的一個結果，跟真實基本上是非常吻合和準確的。
調試的過程中，我們通過這套軟件可以創建我們機器人要用的工具和夾具進行編程和調試，可以創建很多動畫真實的效果，包括一些IO信號的分析，包括一些界面的設計，在編程測試的過程中能夠很快速地去完成這樣的調試工作。我們使用這個軟件就進行系統的安裝管理，包括對機器人的編程，安全的設計和系統的配置等等，就在部署的過程中就能做了，而且操作過程也非常非常的簡單。在這個過程中是全中文的，并且引導和這些功能的設置都非常的完善，大大減輕了調試工程師和做部署時候的時間和效率。調試階段的時候我們也非常方便的通過提前跟Robot Studio這套軟件的聯機，實時的對所編的程序進行調整，而且快速的進行同步，對于操作都是非常方便的，這樣子的話也大大提升了調試的效率。
現在的生產中，我們知道機器人在工廠里面并不是單獨存在的。現在越來越多的企業為了管理上的需要和品質上的追求，其實MES系統的使用，還有對接在上層的ERP等等這些對接的話，也是越來越普遍了。所以這套軟件提供這樣的接口能夠把所有機器人的信息匯總以后，再跟上層的MES甚至到ERP進行通訊，來實現整個工廠的IT化的，工業IT的管理過程都是能夠參與進去的。
大家在這里看到的話就是Robot Studio，這套軟件一些最有特征的一些功能，這些功能的話都是非常實用的，這是給大家一個參考。現在還有一個殺手锏的功能就是支持VR，如果大家有體驗過VR的話，大家也知道，其實VR給到人的一個真實感是非常好的。如果配上Robot Studio的話，你甚至可以在Robot Studio創建的一些工作場景里面自由的走來走去，從不同的角度、不同的方位去觀察這個工作站，你說這種效果是不是很贊?肯定會讓你一看難忘。
這個就是我們VR的一個場景，我們就可以拿著VR配套的手筆在虛擬環境里面對機器人進行拖拉、編程、調試。所以這個的話我們就完全可以脫離硬件的環境進行這些工作了。這個是工作方式全新的一個領域，所以這個也是非常值得大家去期待和體驗的。
再先進技術的開發和技術的使用的話，講到最后也離不開使用的人，所以機器人這幾年在中國快速發展，其實帶給我們最大的挑戰并不是技術上的障礙，而是懂得用機器人、用好機器人能夠對工業機器人進行二次開發，并且設計、使用、應用的人才非常的緊缺。其實作為ABB公司，它一早就意識到這個問題，幾乎是10年前就開始了對人才儲備，包括人才培養，培養中國的工業機器人應用人才這方面已經做好了這樣的準備。
ABB在做人才需求分析的時候，我們會發現，首先我們要找出在整個工業機器人，也就是非標相關的一些設備集成商上面到底崗位是怎么樣的?我們根據他所需要的崗位鏈條，我們列出了這樣閉環的人員，從銷售一直到管理，到底哪位個崗位需要怎么樣的機器人人才，需要怎么樣的集成知識。
最后我們也發現了，作為集成廠商需要的人才是不多的，更多的是我們系統集成商和應用企業里面需要大量的工業機器人人才。同時我們對不同層級機器人應用的人才也進行了一個金字塔型的分析，其實最底層的話我們在操作、維護、安裝、調試這樣的人才是非常急缺的。然后就是我們方案設計，再是系統集成和應用的開發，這種人的話其實在數量上來說，是越來越少的，就呈現了一個金字塔這樣的人才的分布。所以這也是應用型人才培養的定位，現階段我們集中在高級技師，也就是操作、安裝、和方案設計下面三層上面集中力量去解決這個問題，然后把基礎夯實了以后再去做上層建設的構建。
我們機器人專業的，我們建立了一個關于工業機器人的能力的模型，也就是說，要達到技術員的水平、工程師甚至專家，我們應該具備怎么樣的能力。在這里的話我們也做了這樣一個分析，為我們培養目標和培養課程計劃作出詳細的規劃。
人才的培養必然離不開我們的教材，所以我們這么多年以來，我們已經開發出大量的圍繞工業機器人應用的教材，跟學校去合作一起開發，而且現在也是獲得一個非常好的銷量得到了社會的認可。這相關的書籍如果大家感興趣的話，可以上當當網、京東網、亞馬遜，只要搜索相關的名字都可以找到，今年的話我們正在開發一本《故障診斷與維護》的教材，對學校的教材來的，今年之內就會推出。我們也配套了大量的工業機器人應用的視頻和一些教學資源，在網上也非常容易獲得。
這個視頻已經超過了有3萬學員進行學習了在全中國，而且也得到他們一致的認可，而且使用起來非常方便，通過微信點擊里面的鏈接都可以進行一個學習，而且可以緩沖到手機里面進行學習，那就非常的方便了。這樣我們也是不遺余力的全方位的打造一個機器人資源庫，這樣盡量幫助中國工業機器人應用人才的快速成長，提供一個更便捷的手段。
剛才提到的那些資源包括教材，包括在線資源，可以點擊這個二維碼，然后長按識別，進入公眾號里面，所有的課程等等，都可以在里面直接看到，希望對大家了解我們工業機器人這個行業有所幫助。江蘇省其實APP已經跟學校展開全方面、全方位的一個合作，包括師資的培訓、學生的培養等等這方面。其中跟APP有深入的合作的關系在校區合作方面，在南京有南京信息職業技術學院、南京工業職業技術學院，包括常州的輕工職業技術學院、常州機電職業技術學院，還有在淮安、還有鹽城、包括還有很多蘇州這些主要的工業城市，包括無錫，這些學校里面的APP，也是在積極跟學校展開合作，這樣務求了盡量能夠的服務于江蘇制造業的發展。
一小時里面給大家分享了工業機器人的應用，工業機器人的一些最新的虛擬仿真的技術，包括工業機器人人才培養和資源的怎么去獲得。希望剛才的內容對大家有所幫助，我在這里也只是拋磚引玉，希望大家多提寶貴意見，能夠一起出現這整個工業機器人在中國、在江蘇的應用，用的更好，謝謝大家。
