文稿/本刊《激光制造商情》

過(guò)去十年里，中國(guó)的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)是發(fā)展的最重要的方向，為此，對(duì)新技術(shù)的追求是業(yè)界和政府最關(guān)心的事情。第四次工業(yè)革命、工業(yè)4.0、智能制造、中國(guó)制造2025等概念層出不窮，無(wú)一不是對(duì)新一代工業(yè)技術(shù)路線和藍(lán)圖的描繪和規(guī)劃。

這十年間，新經(jīng)濟(jì)、新技術(shù)里面，以3D打印、激光制造、工業(yè)機(jī)器人，另外還有物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算、半導(dǎo)體芯片等最引人關(guān)注，并且還是當(dāng)前世界主要經(jīng)濟(jì)體還在競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的最新技術(shù)。本文著重談一談激光和機(jī)器人的發(fā)展與聯(lián)系。

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展快速 前景光明

從2003年珠三角最早出現(xiàn)“民工荒”就給我們?nèi)丝诖髧?guó)敲響了警鐘，勞動(dòng)密集型的工業(yè)模式不可能一直走得下去。工業(yè)自動(dòng)化就是要用機(jī)器、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等系統(tǒng)替代手工勞作。數(shù)控設(shè)備的增加讓很多原來(lái)使用人工加工的工序被取代了。但是在一些數(shù)控機(jī)床加工產(chǎn)線里面，我們?nèi)匀豢吹胶芏嗌舷铝系氖遣捎萌斯?，還有搬運(yùn)、倉(cāng)儲(chǔ)等，在許多消費(fèi)電子產(chǎn)品制造，組裝也是大量采用人工。

這就給“機(jī)器換人”留下了巨大的發(fā)展空間。自2012年工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)逐漸被重視，繼而掀起一股席卷全國(guó)的機(jī)器人浪潮。它在加工制造、產(chǎn)品組裝、搬運(yùn)、碼垛、焊接等發(fā)揮了巨大的作用，早期工業(yè)機(jī)器人基本上是外國(guó)四大巨頭的天下，占據(jù)我國(guó)大部分市場(chǎng)份額。而我國(guó)本土企業(yè)經(jīng)歷數(shù)年也逐漸發(fā)展起來(lái)，盡管產(chǎn)品精度、速度等性能與外國(guó)相比仍然有差距，但是工業(yè)機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)化讓這一領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)加劇，推動(dòng)使用成本降價(jià)，極大推動(dòng)了機(jī)器人自動(dòng)化在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。

工業(yè)機(jī)器人連續(xù)多年在我國(guó)經(jīng)歷了高速增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)率超過(guò)30%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模為86.8億美元，其中工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模為57.3億美元，服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模為22億美元，特種機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模為7.5億美元。當(dāng)前我國(guó)從事工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的企業(yè)早已過(guò)千家，行業(yè)前景非常樂(lè)觀。

激光制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展如何？

十年前，激光在工業(yè)應(yīng)用仍然很少，在很多人看來(lái)還是一種神秘的黑科技，不能想象也不理解一束光怎么實(shí)現(xiàn)的工業(yè)加工。這十年激光器從外國(guó)壟斷到迅速?lài)?guó)產(chǎn)化，技術(shù)瓶頸不斷被突破，核心技術(shù)國(guó)產(chǎn)化持續(xù)推進(jìn)，原來(lái)一臺(tái)過(guò)百萬(wàn)的光纖激光器今天可以降價(jià)到30萬(wàn)元，相關(guān)的激光設(shè)備、配套光學(xué)器件也經(jīng)歷差不多的降價(jià)幅度，激光制造從高大上的技術(shù)迅速平民化，變得通用普及。

如果說(shuō)工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)的功用主要是搬運(yùn)、空間移動(dòng)、加工輔助等，那么激光在制造業(yè)的功用則是終端加工方式的改變，激光輸出的高能量可以實(shí)現(xiàn)打標(biāo)、切割、焊接等效果，它的最重要改變是高效高產(chǎn)出，第二個(gè)是美觀、加工效果好，第三個(gè)就是非接觸加工、高精密度、實(shí)現(xiàn)刀具加工無(wú)法做到的工序。

激光打標(biāo)其實(shí)就是借助激光微熱能在工件表面的燒蝕刻劃，可以取代原來(lái)的墨印、絲印、刀具刻劃；激光切割是利用超高能量氣化材料，讓金屬或者非金屬材料分離實(shí)現(xiàn)切割、穿孔，取代了原來(lái)工具刀、銑刀、鉆頭，也比其他介質(zhì)加工方式如火焰切割、水刀切割、等離子切割效率要高得多；激光焊接是利用熱熔材料，實(shí)現(xiàn)連接拼接，可以取代電弧焊、烙鐵焊、火焰焊等傳統(tǒng)方式。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)激光加工制造相關(guān)產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)900億元，同比增長(zhǎng)超過(guò)10%。而在十年前我國(guó)的激光加工產(chǎn)值還不到100億元，因此過(guò)去十年激光加工在我國(guó)得到了快速發(fā)展。目前激光制造逐漸從簡(jiǎn)單的單機(jī)作業(yè)向復(fù)雜的、產(chǎn)線式的、智能化方向發(fā)展，其中配套上下料系統(tǒng)、多頭加工、三維激光加工、機(jī)器人激光加工系統(tǒng)等都是代表性的趨勢(shì)。

激光與機(jī)器人聯(lián)合發(fā)展現(xiàn)狀

從時(shí)間上來(lái)看，激光技術(shù)和機(jī)器人的出現(xiàn)和發(fā)展都較為同步，但兩者長(zhǎng)期處于平行發(fā)展?fàn)顟B(tài)，直到上世紀(jì)90年代末期才首次出現(xiàn)了交集。1999年，德國(guó)機(jī)器人公司首先整合出第一臺(tái)帶有激光加工系統(tǒng)的機(jī)械臂，從此開(kāi)啟了機(jī)器人來(lái)助力激光加工的先河。

這里面，激光與工業(yè)機(jī)器人相結(jié)合可以碰發(fā)出很大的能力，創(chuàng)造更高的加工可能性，讓激光實(shí)現(xiàn)更加多用途，完全擺脫了死板的二維工作臺(tái)，可以隨意轉(zhuǎn)動(dòng)揮舞激光頭，實(shí)現(xiàn)任意設(shè)定好的加工。機(jī)器人激光加工系統(tǒng)克服了一些傳統(tǒng)激光加工的弊端，還能減少錯(cuò)誤和誤差，在一些極端環(huán)境正常作業(yè)。

在歐洲、美國(guó)、日本主要發(fā)達(dá)國(guó)家，激光加工的研發(fā)與自動(dòng)化緊密結(jié)合，史陶比爾、ABB、KUKA、安川等機(jī)器人企業(yè)與激光產(chǎn)業(yè)互動(dòng)合作甚多，創(chuàng)造出很多自動(dòng)化激光應(yīng)用的新東西。這種情況在中國(guó)并未出現(xiàn)，當(dāng)前我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)一撥企業(yè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一撥企業(yè)，兩者各自干自己，中間的互動(dòng)、技術(shù)交流甚至合作研發(fā)項(xiàng)目都比較少，僅有的就是激光企業(yè)要集成三維系統(tǒng)，就去找機(jī)器人企業(yè)買(mǎi)個(gè)機(jī)械臂。這種行業(yè)狀態(tài)非常不利于激光加工的升級(jí)和三維加工的推進(jìn)。

光纖激光器和半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了光纖傳輸光束，讓激光實(shí)現(xiàn)了更大的柔性，集成到機(jī)械臂上變得很容易。激光加工在解決了光學(xué)、激光的問(wèn)題后，要取得更大的發(fā)展空間，必須在數(shù)控自動(dòng)化方面下功夫。如果沒(méi)有做好數(shù)控自動(dòng)化，用戶(hù)就不得不采用人工，所以就會(huì)出現(xiàn)各種手持激光設(shè)備，寧愿放棄機(jī)械臂而去選擇人工手持加工，事實(shí)上在精度、作業(yè)持續(xù)時(shí)間、長(zhǎng)期成本核算都是比不上機(jī)械臂的。

當(dāng)前，機(jī)器人激光加工系統(tǒng)主要有切割、焊接、熔覆三種應(yīng)用，僅有機(jī)器人激光焊接是得到規(guī)?；膽?yīng)用，具體表現(xiàn)是在汽車(chē)焊裝產(chǎn)線上，包括車(chē)門(mén)、車(chē)頂、后蓋等白車(chē)身焊接，從原來(lái)的電焊到激光焊接，是從“紐扣”到“拉鏈”的一個(gè)跨越。在三維切割方面盡管這幾年是重要趨勢(shì)，但目前沒(méi)有形成規(guī)模應(yīng)用，熔覆是針對(duì)單個(gè)金屬部件的定制修理，更加沒(méi)有顯現(xiàn)批量化。因此，目前我國(guó)機(jī)器人激光加工系統(tǒng)還有待發(fā)展。

機(jī)器人激光加工如何更好融合

我國(guó)的激光和機(jī)器人技術(shù)要更好地結(jié)合，協(xié)同發(fā)展，則最好要有更多的互動(dòng)合作。這可以是由政府或者是行業(yè)組織牽頭舉辦技術(shù)交流活動(dòng)，發(fā)起兩個(gè)產(chǎn)業(yè)界的項(xiàng)目合作。

一方面激光設(shè)備集成廠家是開(kāi)發(fā)終端應(yīng)用，機(jī)器人企業(yè)的產(chǎn)品是為他們配套，然而很多激光企業(yè)擁有光學(xué)技術(shù)，在機(jī)械數(shù)控技術(shù)方面欠缺，必須機(jī)器人企業(yè)進(jìn)行幫助。以應(yīng)用帶動(dòng)項(xiàng)目，以項(xiàng)目推動(dòng)雙方研究合作。

很重要的一個(gè)問(wèn)題是國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人品牌種類(lèi)繁多，品質(zhì)參差不齊，又或者精度比不過(guò)外國(guó)品牌，得不到激光集成商的認(rèn)可，導(dǎo)致他們最終還是選擇四大家族的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)機(jī)器人激光系統(tǒng)。這一點(diǎn)上，國(guó)內(nèi)的機(jī)器人企業(yè)必須努力攻堅(jiān)技術(shù)難關(guān)，力爭(zhēng)推出更高水平的產(chǎn)品，而未來(lái)激光集成商也需要考慮給這些國(guó)產(chǎn)品牌合作的機(jī)會(huì)。

最后一個(gè)問(wèn)題是，激光與機(jī)器人兩大產(chǎn)業(yè)都比較新，都是最近六七年快速發(fā)展起來(lái)的，目前在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等都是欠缺的，市場(chǎng)秩序也比較混亂，行業(yè)還處于快速成長(zhǎng)期，各種新的競(jìng)爭(zhēng)者又冒出來(lái)，大企業(yè)又有碾壓小企業(yè)的市場(chǎng)行為，行業(yè)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)的合作不緊密。要讓兩個(gè)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，都需要引導(dǎo)目前市場(chǎng)行為健康發(fā)展，還得加強(qiáng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合，這些都是需要較長(zhǎng)時(shí)間的事。