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机器人产业不温不火,是下游产业没有发展起来的缘故

近日,ABB投资1.5亿美元在沪建超级工厂。这个被称为“全球最大、最先进、最具柔性的机器人工厂”表示要实现用机器人制造机器人。一时间,引起众多关注。2013年至2017年,中国已连续五年成为全球最大的工业机器人应用市场。据预计到2020年,国内市场规模将进一步扩大到93.5亿美元。工业机器人发展一片“火热”景象。
 

“美国机器人系统集成专家”刘晓鸣博士无暇顾及这些“热闹”,甚至是泼了冷水。这位一门心思钻在工业机器人应用端的机器人专家拨云见日,指出了机器人产业链上游的“自嗨”与下游规模庞大的制造企业依然沉睡的现状。尽管他在工业机器人集成应用方面硕果累累,倒是愈发清晰地明白机器人产业化道路才刚刚开始。

都说男人的柔情不会轻易表现,60岁的刘晓鸣却在工作中倾尽“柔情”!

毕业于美国史蒂文斯理工学院机械工程专业获博士学位的刘晓鸣在美国学习工作10余年,曾在美国New Dimension Technologies Corporation、机器人泊车公司及信誉集团就任高级技术职务,曾先后主持开发了100多条机器人集成应用系统,是国内外知名机器人系统、自动化设备制造及磨削专家。而机器人柔性加工制造技术则是刘晓鸣始终致力的主要研究工作,“以柔克刚”,是我国柔性机器人产业化的“排头兵”。

柔性制造技术源于20世纪60年代的英国,在20世纪80年代末进入应用阶段。国际上以柔性制造系统生产的制成品已经占到全部制成品生产的75%以上,而且比率还在增加,英国、美国、日本最为广泛,中国则处于起步阶段,应用更是寥寥可数。相比于传统的“刚性”自动化生产线单一品种的大批量生产,柔性制造的模式则是以消费者为导向,以需定产的方式,主要考验的是适应外部环境变化的能力与适应内部变化的能力。

“简单的理解,柔性系统最大的特点就是灵活、适应性强,特别适合多品种小批量的生产模式”刘晓鸣试图解释得明白些。他还举例说,传统的制造生产线只能生产一种产品,如果有十余种、形状各异的产品需要在同一条生产线上加工,融入计算机、人工智能、传感器等先进技术的柔性制造系统则能够“量体裁衣”,提高产品质量,满足不同的生产需求。

2003年底刘晓鸣博士与八位留美科学家一道归国创业,联合创立廊坊智通机器人系统有限公司,同时身为国家“千人计划”特聘专家、身为南京航空航天大学教授的他,全部精力都投入到高精度柔性加工机器人、自动化制造技术的应用开发工作。依托自身在精密加工和机器人自动化方面国际领先的技术和丰富的产品开发经验,并将两种技术有机的结合起来,组织开发了“机器人柔性加工制造系统”,广泛应用于航空、食品、轨道、汽车、电力、国防等领域,并被国内大型企业广泛应用,对提高我国先进制造及重大装备的技术水平做出了重要贡献。

中国最大叶片专业生产商——无锡叶片厂可谓是从中获益颇丰。

目前燃气轮机大型复杂叶片的精磨主要由人工来完成,造成了燃气轮机动平衡与运转动态特性的下降。只有德国拥有五轴复杂表面叶片精磨机床,但价格昂贵且功能有限。

刘晓鸣博士采用机器人精磨误差在线补偿技术研制的用于汽轮机叶片精密加工的机器人系统,大大提高了复杂曲面的加工精度和质量均一性,使生产效率提高了3倍,显著提高了无锡叶片厂的国际竞争力。与德国进口设备相比,降低成本70%以上。填补了国内空白,为制造高动态特性的燃气轮机提供了一项关键技术。上海电力集团无锡叶片厂采用该项技术,在国际竞标中成功,对GE与Toshiba叶片加工,缩短了工期,尺寸精度和三维形状精度均符合要求。

从柔性制造中获益的远远不止他们,泸州老窖亦实现了“华丽变身”。

传统的白酒酿造对人工依赖非常高,在温度很高的地窖中,工人们基本都是赤脚光膀上阵,深一脚浅一脚的用铁锹作业,酒糟的厚度、工人对温度的把控都会影响出酒率与品质。老师傅出的酒好、量也多,新手就很难达到了。

“传统酿酒效率低、品质不稳定,且作业环境差、繁重、影响工人健康”刘晓鸣博士在实地考察泸州老窖后深切体会到改造的迫切。

但是刘晓鸣团队首先要攻破的不是技术难关,而是泸州老窖的保守。像很多传统酒厂一样,他们都认为机器人生产会破坏酒的品质。可事实证明,刘晓鸣团队为泸州老窖“私人定制”、研制的一套涵盖酿酒、勾兑、品酒、包装、装卸等白酒机器人系统集成生产线在实现白酒生产加工的工业自动化、操作智能化,提高生产效率同时,酒的品质完好无损且稳定性更好。

“中国的白酒很难攻破西方市场,一个很大原因是他们觉得传统人工生产不卫生”刘晓鸣博士坦言,不过有了成功案例在全国推广起来就容易多了,目前已有其他几家酒厂主动接洽,要进行改造升级。

业界对刘晓鸣博士有“机器人集成应用艺术家”之美誉。一般被誉为“艺术家”的人自然离不开相貌堂堂、风度翩翩的外表和卓尔不群的才华,虽然他是不折不扣的理工男,但是却透着艺术家的气质。这大概也是他的夫人——前鲁迅美术学院院长、国家美术大师宋惠民之女宋冰岸女士当年被他深深吸引的原因吧。这也就为他在开发机器人集成应用项目时渗透进了艺术家的仔细和挑剔。一般殊荣的背景伴随着许多不为人知的辛酸,刘晓鸣博士也概莫能外。“自从到美国学习机器人,干上这个行当,与家人就是聚少离多了”他自述道。他的下属对他最多的评价除了工作有“艺术家”的挑剔之外就是“刘博干起活动就是拼命三郎”。

生活中的刘晓鸣不拘小节,在工作中却将一丝不苟发挥到了极致。他深谙机器人柔性制造技术应用场景的多样性,对每一个集成项目都要做各个方面“解剖式”掌握,精度更是精益求精,在其为铁道部研发的模具下芯机器人系统就成功实现了准确定位问题,为第六次大提速提供了保障。对刘晓鸣“艺术家”的美誉,不仅因为他的细致和挑剔,还源自他对“美”的追求。“项目要注重实用,同样要注重美观”刘晓鸣是为数不多把客户体验做的很好的集成应用专家。

长期超负荷工作在科研一线,也让他对家人增添了许多愧疚。刘晓鸣博士心里难以抹去的痛楚则是同胞弟弟的去世。2009年他唯一一个年纪不到50岁的亲弟弟身患绝症,已到晚期,弟弟三天两头让家里人催他回家,想见见他。但当时刘晓鸣正处在一个科研项目的攻关关键时刻,一刻也不能离开。等到最后刘晓鸣回到家,同胞弟弟已经永远地闭上了双眼,连最后一眼也没能见着。

刘晓鸣博士经历着人生无常,也欣慰地见证了行业的发展。

“我国机器人产业在这十多年里经历了从无到有、从混乱到有致的转变,已初步形成了一批领先企业如新松、埃夫特、广州数控等等,这些企业也从单纯的本体(零部件)企业逐步转变为涵盖系统集成一体的企业”刘晓鸣对机器人集成应用一以贯之的努力与付出取得了诸多成果。

刘晓鸣博士(左一)与国外同行交流

归国前刘晓鸣博士在美国主持研发了多项国际领先产品和技术,广泛应用于核电站、航空发动机、燃气轮机、电厂及铸造行业及领域。与机器人“四大家族”之一ABB合作开发的机器人等其成果已被ABB收录,还获得“ABB最佳进步奖”。他国际一流期刊发表了10多篇论文,其中“用于高速磨削的电解在线修正方法”论文在1999年获得美国“第三届国际切削磨削大会”“最佳论文奖”并获得美国国家自然科学基金资助;拥有1项美国专利和10项中国专利。

2003年归国以来,主持开发了100多条机器人柔性自动化生产线及自动化智能装备生产线并被国内大型企业广泛应用,对提高我国高端装备制造的技术水平做出了突出贡献。

刘晓鸣博士是国内首个“高铁转向架柔性装配线”总设计师和项目带头人,为铁道部研制的大型装备铸件的模具下芯机器人系统,将造型下芯生产线与柔性机械手技术完美结合,这是世界首次将该技术应用于高速货车摇枕侧架全自动下芯操作,实现了砂芯与砂箱在线准确定位和在线控制。为实现铁道部第六次大提速提供了保障。此技术铁道部发文要求在28家企业推广。该产品已经有两项专利并获兵器集团科技进步二等奖。在军工领域,刘晓鸣博士亦做出了突出成绩。

刘晓鸣博士(左一)与机器人柔性智能控制技术成果合影

刘晓鸣博士的交互式机器人柔性加工以及视觉技术和系统,得到了社会各界的认可:2004年获得了“河北省科技成果”证书;2005年在上海工业博览会获“技术创新奖”,2007年在第十七届全国发明展览会获金奖;2008年主持开发的机器人柔性加工系统被国家发改委确定为“国家级产业基地示范工程项目”,“机器人磨削修型系统”入选国家科技部“863项目”。他带领的智通机器人系统有限公司2009年被国家外专局评为“国家引进国外智力示范单位”。2010年他本人获得“燕赵友谊奖”,2012年入选第十批国家“千人计划”特聘专家。

近几年,机器人企业如雨后春笋般涌现,机器人系统集成商是连接上游零部件企业、本体企业和下游制造企业的主要桥梁,占据80%的比例。不过,由于机器人系统讲集成基本都是“定制化”,考量的是改造技术、改造环境、生产链各环节的把控、资金保障等的综合能力。现实情况是,我国机器人系统集成大都是中小规模,发展举步维艰。

“我国现有系统集成企业的实力仍显薄弱,机器人作为需要二次开发的产品,需求企业对机器人如何参与生产制造了解有限,很多企业无法明晰具体需求。”刘晓鸣博士直言,机器人系统集成企业不带动下游制造企业“火”起来,机器人产业不可能真正发展起来。

所以机器人制造企业与系统集成企业之间及与用户企业之间需要紧密配合,发挥机器人本体制造企业熟悉了解机器人性能、功能等优势,发挥集成企业熟悉设备之间衔接与系统性的优势,同时借力于用户企业在本行业中熟悉自身工艺流程、生产组织特点等优势,协作共赢。

刘晓鸣博士特别强调了“政用产学研金”相结合的必要性。

机器人只是一个应用平台,需要与操作环境、工艺对接才能为企业所用。由供给方提供相关行业的应用案例,协助梳理他们的需求,针对自身的特点设计规划系统,并完成设备采购、集成、调试实现“交钥匙”工程。

从机器人使用企业层面要看到使用机器人的长期效益。规模化的市场是降低成本的前提条件,但规模化的市场又要求机器人不能太高的成本,因此形成了悖论怪圈。要打破这一怪圈,国家应该在政策上给予机器人行业的制造商和使用商以大力支持,鼓励企业制造、使用机器人,改变在低端制造业长期发展的过程中形成的固有思维并接受革新式的生产模式。

同时,加强下游系统集成技术的提升,深度挖掘国内潜在市场,拓展机器人的应用行业,暂时避开已被国外品牌占据的汽车等传统领域,开拓未完全开发的一般制造业,如五金加工、橡胶和塑料、陶瓷、食品和医药等行业。促进国产机器人产业健康、可持续发展。虽然中国机器人整机市场的需求远未饱和,但激烈的竞争已经压低了产品利润,且有太多的企业进入整机生产领域形成乱战,走整机生产和应用系统开发相结合的道路,是企业增加竞争力的一个方向。

“机器人系统集成市场现在来看,还比较乱的是,客户有需求,能干的人不知道,知道的许多企业表示什么都能做,结果拿过来做不了,要么就是烂尾,要么就是再找别人做,信息不对称造成的需方与供方企业资源大量的浪费,尤其是中小企业根本耗不起”刘晓鸣试图通过互联网+分享经济模式解决这些问题。

正如淘宝、饿了么、小猪短租、滴滴等通过互联网集聚实现资源共享,改变了人们衣食住行的消费模式。机器人系统集成与制造企业也需要这样的一个信息对接平台,能做哪些项目,有哪些需求,一目了然,进行精准匹配。日前,刘晓鸣博士就亲自为一家智能制造集成应用服务平台——易智家代言,集聚智能制造供需方信息,实现资源共享,以其解决因供需双方信息不对称所带来的智能制造升级改造诸多问题。

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