在過去，談起機器人是一件令人憧憬、又讓人忌憚的事情，生怕毀滅人類，招來人禍；而現(xiàn)在，再說機器人是件感到自豪的事，因為，是一門科技，是一個歷史的轉(zhuǎn)折。制造業(yè)的未來趨勢是智能化、自動化。而以機器人、3D打印、大數(shù)據(jù)、激光制造等新興技術(shù)為核心的智能制造將是未來制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，而機器人將在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和結(jié)構(gòu)性調(diào)整中扮演十分重要的角色。
 

機器人的誕生和機器人學(xué)的建立及發(fā)展，是二十世紀(jì)自動控制領(lǐng)域最具說服力的成就，是二十世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)進步的重大成果。1959年，世界第一臺工業(yè)機器人誕生，1969年通用汽車安裝了全球首臺機器人點焊加工系統(tǒng)，緊接著意大利的菲亞特汽車和日本日產(chǎn)汽車陸續(xù)安裝了機器人點焊生產(chǎn)線，工業(yè)機器人正式進入了規(guī)模化替代人工制造的時代。

 
 

現(xiàn)在全世界已有近200萬臺機器人，銷售額每年與20%的速度增長，機器人技術(shù)和工業(yè)得到了前所未有發(fā)展。隨著機器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，機器人已從傳統(tǒng)制造業(yè)進入人類的工作和生活領(lǐng)域。另處，隨著需求范圍的不斷擴大，機器人結(jié)構(gòu)和形態(tài)的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化。高端制造系統(tǒng)具有明顯的仿生和高智能特證。其性能不斷提高，功能不斷擴展和完善，各種機器人系統(tǒng)便逐步向具有更高智能和更密切與人類社會融洽的發(fā)展方向！
 

目前生產(chǎn)與裝配機器人較多的主要是在歐美日韓幾個國家，他們在70-80年代已完成了首輪工業(yè)機器人的規(guī)模應(yīng)用，推動工業(yè)制造轉(zhuǎn)向自動化。而我國在2008年金融危機前，工業(yè)制造主要還是依靠人工的勞動密集型加工產(chǎn)業(yè)，2008年國內(nèi)人力成本逐年提高，自動化機床、工業(yè)機器人大規(guī)模進入生產(chǎn)線替代人工。以前在珠三角，一個玩具廠、電子廠、制鞋廠擁有過萬員工，是很平常的事，而現(xiàn)在已經(jīng)非常罕見。與此同時，歐美日韓等發(fā)達(dá)國家在工業(yè)自動化的發(fā)展步伐并沒有停下來，而是開啟了第二輪工業(yè)機器人的應(yīng)用，這次是結(jié)合大數(shù)據(jù)、機器視覺、互聯(lián)網(wǎng)等的智能化機器人技術(shù)，而我國的工業(yè)機器人發(fā)展沒有經(jīng)歷第一輪，直接進入到第二輪的智能化機器人應(yīng)用時代已經(jīng)到來！

 

　  機器人在工業(yè)制造上的運用優(yōu)勢是非常明顯的，除了能夠替代人工24小時連續(xù)工作，還可以減少錯誤，特別是在一些高溫、高危、粉塵、污染氣體嚴(yán)重的環(huán)境下，替代人工為工人身體健康提供極大的保障。激光加工作為一種非接觸式的機械加工過去十年逐漸得到認(rèn)可，由于具有良好的加工質(zhì)量和產(chǎn)出率，它已經(jīng)成為各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的獨特的工藝。過去幾年，機械加工產(chǎn)業(yè)略顯疲軟，而激光加工設(shè)備已成為沖壓、折彎、切削機床等機械設(shè)備市場中的黑馬，每年平均增長20%以上。激光從毫瓦級到數(shù)十瓦的小功率可用于打標(biāo)、雕刻、鉆孔和微切割等精密加工，而數(shù)百瓦至萬瓦級的大功率激光，適用于大型金屬材料切割、焊接和修復(fù)，其用途十分廣泛。

傳統(tǒng)的激光加工僅限于平面的二維加工，直到1980年代末人們開始把激光整合到工業(yè)機器人的一起應(yīng)用，通用、沃爾沃等汽車公司是較早使用者。1999年，德國徠斯機器人公司首先在機器人臂內(nèi)導(dǎo)入激光束傳輸系統(tǒng)，整合出第一臺臂內(nèi)機器人CO2激光加工系統(tǒng)。機器人的應(yīng)用，使得這把光刀實現(xiàn)了多維度、靈活加工，極大突破了原來二維加工的局限和應(yīng)用空間。
 

當(dāng)今汽車制造業(yè)，競爭愈來愈激烈，不斷推出新品，才能滿足高檔次的追求和迎合大眾化的需求。因此，其各個品種的量化越來越小，每個品種的商品壽命越來越短，這就要求汽車制造商不斷挖潛，提高制造技術(shù)，努力降低生產(chǎn)成本，包括新品的試制成本。歐美公司早在10多年前，已逐漸推廣使用機器人激光切割機，應(yīng)用于汽車鈑金的制作。
 

多年來，我國的機器人激光加工技術(shù)及裝備經(jīng)歷了從無到有，從小到大的發(fā)展過程，現(xiàn)已形成了相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)規(guī)模。機器人激光切割已被廣泛應(yīng)用在鈑金加工、汽車制造、機箱電柜生產(chǎn)、電梯制造、農(nóng)用機械、造船廠等工業(yè)領(lǐng)域。汽車制造行業(yè)是高新技術(shù)高度集中的行業(yè)，激光作為一種先進的制造手段，在歐美等發(fā)達(dá)工業(yè)國家，有50%~70%的汽車零部件是用激光加工來完成的，汽車行業(yè)的激光應(yīng)用以激光焊接和激光切割為主，激光切割包括平面切割、三維切割等。一個應(yīng)用機器人激光切割在汽車制造中的應(yīng)用，大規(guī)模激光加工時代已經(jīng)到來。
 

3D激光切割我們也稱為三維激光切割。三維激光切割機也叫機器人激光切割機，它是一種不受切割方向控制的，能夠自由切割的激光加工系統(tǒng)。一般來說，三維激光切割機主要由切割頭、跟蹤系統(tǒng)、激光器、光束傳輸和工業(yè)機器人系統(tǒng)等幾部分組成。能夠?qū)Σ煌穸鹊慕饘俨牧线M行多角度、全方位的柔性切割加工。
 

三維激光切割柔性化程度高，在正常情況下一套模具只能針對一種工件一道工序，而三維激光切割能針對任意工件的任意工序。在工件產(chǎn)品發(fā)生變動時，例如曲面，修邊和孔等的變化更改，只需對激光切割的脫機程序進行更改，因其使用的工裝夾具相對簡單一些，所以工裝夾具改動也方便。
 

三維激光焊接技術(shù)的優(yōu)勢也逐漸被人們發(fā)現(xiàn)。相對于工序簡單的激光切割，激光焊接需要考慮工件定位、適用能量、適用材料、焊接環(huán)境、運動系統(tǒng)、夾具、軟件系統(tǒng)設(shè)計等因素，因此激光焊接的規(guī)模應(yīng)用開發(fā)會比純粹切割大一些。如上所述，二維激光焊接局限性明顯，而機器人激光焊接系統(tǒng)出來后，更加復(fù)雜的激光焊接就應(yīng)用上了，最明顯的是汽車白車身、車頂與后蓋的激光焊接，是最為人們熟知，而飛機制造上的機倉底部不銹鋼板拼合，也使用到激光焊接。早些年，一些生活、電子用品的小型電池已經(jīng)用上激光焊接封口，近三年新能源汽車的動力電池焊接應(yīng)用更是給激光行業(yè)帶來了數(shù)十億的設(shè)備需求。
 

在激光二維加工市場充分開發(fā)的情況下，很多人把三維加工看作激光制造的下一個市場熱點。目前的三維激光加工應(yīng)用已經(jīng)包括激光切割、激光焊接、激光鉆孔等的系統(tǒng)，對于大型、立體和不規(guī)則幾何形狀的工件，均有著不可替代的優(yōu)勢。由于機器人激光加工系統(tǒng)涉及到機器人技術(shù)、自動化控制和激光多方面的專業(yè)，目前市場上從事這種系統(tǒng)開發(fā)的，也主要是有這三個領(lǐng)域的企業(yè)。在激光領(lǐng)域，包括大族、華工、泰德、聯(lián)贏、天弘、楚天、亞威創(chuàng)科源等規(guī)模較大的企業(yè)，基本上都開發(fā)了機器人激光加工系統(tǒng)，粗略估計國內(nèi)有超過70家激光企業(yè)有開發(fā)集成機械臂的激光加工系統(tǒng)。另一類就是從事工業(yè)機器人的企業(yè)，包括ABB(中國)、庫卡、史陶比爾、新松機器人等公司早就嘗試開發(fā)了機器人激光加工系統(tǒng)，均擁有激光技術(shù)部門或者激光工藝研發(fā)中心。還有一類就是從事自動化控制與裝備的企業(yè)，如東莞力生自動化、江蘇維力安科技、西安萊曼機器人、佛山霍貝爾機器人、杭州凱爾達(dá)機器人等，這些企業(yè)大都從事自動化控制與裝備開發(fā)集成，繼而開發(fā)了激光三維加工的設(shè)備。

 

圖為KUKA公司龍門式激光切割機

在歐美國家，這三類企業(yè)是魚與水的關(guān)系，技術(shù)開發(fā)與生意合作非常緊密，而令筆者疑惑的是，這三類企業(yè)在我國相互之間交流合作似乎并不頻繁，也很少見到有跨界共同開發(fā)的。結(jié)果就是，要做三維激光加工系統(tǒng)，激光企業(yè)采購機械臂，機器人企業(yè)采購激光器、光學(xué)元件與冷卻配套，自動化裝備集成企業(yè)既要采購機械臂，又要采購激光器與光學(xué)元件，然后都是各人自己開發(fā)。這樣的格局，其實并不利于三維激光加工的推廣。
 

雖然目前很多激光企業(yè)可以提供機器人激光加工設(shè)備，但是其訂單數(shù)量并未出現(xiàn)明顯的批量，一個原因是機器人激光加工設(shè)備一般是定制化設(shè)計好的產(chǎn)品，一套往往就是一個工作站，加工效率也比較高，可以滿足一般量的生產(chǎn)要求。另外，一套機器人激光加工系統(tǒng)采購成本也高，在加工產(chǎn)能能夠滿足的條件下，用戶不會進一步批量采購，據(jù)了解，目前國內(nèi)一些采用了激光加工的大型汽車制造商，也就擁有不到十臺激光機器人加工系統(tǒng)。
 

中國與全球主要發(fā)達(dá)國家正在經(jīng)歷一個機器人更新?lián)Q代的自動化升級階段，國外一分析機構(gòu)對工業(yè)制造機器人市場進行了調(diào)研分析，其中也包括被用于激光切割和激光焊接領(lǐng)域，其預(yù)測，到2020年，該市場將擴張到400億美元。
 

具體來說，工業(yè)制造機器人可以分為電子元器件、電器部件、機械零件，機器人的主要應(yīng)用方向可以分為焊接機器人（包括，電弧焊、氣焊、激光焊接、電焊），物流運輸機器人（包括機床操作、打包、倉儲），包裝封裝機器人，切割、打磨機器人，車間視察機器人和測試機器人等等。
 

目前，全球范圍內(nèi)，機器人行業(yè)的第一梯隊分別是日本的發(fā)那科（FANUC）、安川電機（Yaskawa）、瑞士的ABB和德國的庫卡（KUKA）。四大家族在各個技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)各有所長，ABB 的核心領(lǐng)域在控制系統(tǒng)，KUKA 在于系統(tǒng)集成應(yīng)用與本體制造，發(fā)那科在于數(shù)控系統(tǒng)，安川在于伺服電機與運動控制器領(lǐng)域。世界“四大家族”已是行業(yè)公認(rèn)的領(lǐng)頭羊。但我國機器人消費市場巨大，到去年底，我國多功能工業(yè)機器人進口量已達(dá)8.13萬臺，對于傳統(tǒng)龍頭的產(chǎn)能形成較大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致了國內(nèi)工業(yè)機器人旺盛的需求向國產(chǎn)廠商溢出，與巨大的市場的刺激下，國產(chǎn)廠商技術(shù)不斷突破、市場口碑有效積累，并有不斷擴張的趨勢。2017年占比全球市場份額的45.4%。新松機器人、拓斯達(dá)（300607）、埃斯頓（002747）等產(chǎn)能擴建項目在2018和2019年密集投產(chǎn)，有望高效搶占正在爆發(fā)的國內(nèi)市場。在核心技術(shù)方面正在追趕四大家族。
 

結(jié)語：工業(yè)機器人是引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先進行業(yè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，規(guī)模也在不斷擴大，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的機器人不僅是工業(yè)機器人，還包括服務(wù)機器人和特種機器人，我們要進一步推動整合行業(yè)資源，通過各種社會資源的力量，共同推動行業(yè)不斷實現(xiàn)技術(shù)突破。
 

把激光器與光學(xué)系統(tǒng)集成到工業(yè)機器人上，賦予了激光加工新的模式與應(yīng)用空間，機器人的多維度特性與激光加工的優(yōu)點是互相促進的，每增添一臺機器人激光加工系統(tǒng)，都需要至少一臺激光器、一套完整的激光光學(xué)配套，這都會給激光產(chǎn)品帶來新的需求。據(jù)國家規(guī)劃顯示，未來十年，我國將著重啟動軌道交通、節(jié)能裝置、新能源汽車、海工裝備、機械制造、航空航天等等重點領(lǐng)域的穩(wěn)定發(fā)展。這些行業(yè)的產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，大都需要三維、柔性、高效、自動化程度高的加工工藝，機器人激光加工恰好符合其要求。
 

相信隨著各種零件加工要求的不斷提高，隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，各激光企業(yè)、機器人企業(yè)與自動化裝備企業(yè)一定會銳意創(chuàng)新，在國內(nèi)推出更優(yōu)秀更先進的機器人激光加工系統(tǒng)，來滿足制造業(yè)日益增長的需求，可以說，一個大規(guī)模采用機器人激光加工技術(shù)的時代已經(jīng)來臨。