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“机器人换人”是服装智能制造的必然(三、四、五)——闻力生2023-05-30 10:32

  国际上工业机器人的发展,特别像工业机器人最发达的德国、日本与美国,其发展成功离不开,一是劳动力短缺是工业机器人产业发展的核心原动力;二是强劲的下游需求是工业机器人发展的推进剂;三是国家政府政策的支持与引导是工业机器人发展的强力后盾。

  自1954年美国乔治·德沃尔和约瑟夫·恩格尔伯格成立UNIMATION机器人公司,1960年制造出第一台机器人用于福特汽车制造以来,到今天机器人的研究已经有60多年的历史,这60多年取得了丰硕的成果,除了机器人在工业、医学、农业、建筑业、军事等领域得以广泛应用以外,还在全球形成了著名的国际品牌。如今在全球日本和欧洲是工业机器人的主要产地,ABB(瑞士)、发那科(日本FANUC)、库卡(德国KUKA)、安川电机(日本YASKAWA)和川奇重工(日本)这五家企业是工业机器人的五大家族,成为全球主要的工业机器人供货商,五大家族年工业机器人收入合计要占据全球50%以上的市场份额。除此之外国际上还有著名的科马、徕斯等品牌。在我国改革开放形势下,特别是中国制造2025的制造战略形势下,他们看好中国机器人市场,纷纷到中国投资建厂,研究和生产制造机器人,见表一和表二。

  我国现状与日、德两国工业机器人发展初期极其相似:①人口老龄化加剧,劳动力供给下降而成本攀升,我国劳动力成本已与工业机器人成本相当;②随着我国人口结构发生变化,下游行业亟需升级,包括工业制造、汽车、3C、金属加工、家电、食品等行业产线自动化改造和升级需求巨大;③我国提出制造2025顶层设计及配套文件支持工业机器人发展和产业转型升级。“天时、地利、人和”,我国工业机器人产业将进入高速发展期。经过十多年特别近几年来的发展,我国国内著名的机器人品牌公司有:新松机器人、博实股份、天奇股份、广州数控、埃斯顿及新三板公司有伯朗特、林克曼、拓斯达、珞石等等。其中新松机器人为国内最大的系统集成商,主要从事工业机器人及自动化成套装备系统的研发、制造。

  根据2018年统计,我国现在工业机器人应用密度(每万名职工占有数)只有68台/万人,远远落后于韩国、新加坡、德国和日本,见图九。

  经过近几年努力,我国国产机器人相关零部件生态初步形成,以前生产制造不了的RV减速器和谐波减速器现在已经可以生产制造了。目前国产轻型机械臂80%全部采用国产谐波减速器,正因为如此,轻型机械臂小六轴机器人,销售价格已经突破 5 万元一台套,还有一些厂商杀价突破了 3 万元,这样意味着一个机器人成本大致可以替代 2 个工人,所以从这里可以看出机器人未来需求的旺盛。

  我国工业机器人应用密度从现在68台/万人到2020年,预计超过200 台/万人,根据赛迪顾问预测,未来三年需求量增速将维持在10%以上,2019-2021 年,机器人市场规模将分别达到超过382.2亿元、422.1 亿元、478.8 亿元,见图十。

  1954年美国发明第一台机器人用于汽车制造;1964年德国南部的凯尔曼特(KSL)公司发明首台用于尼龙塔夫绸服装加工的专用缝纫机器人,该机器人缝制技术获得的专利属于KUKA公司;2004年德国又提出“成衣加工自动化”研究课题,该课题采用机器人围绕一件夹克加工进行自动化加工研究;2012年美国佐治亚洲工学院及一家服装技术公司共同推出“机器人裁缝”研发计划,该计划由五角大楼国防部出资1250万美元支持,以推出无人全自动服装加工厂为目标,发展到现在项目加入了人工智能技术、机器人技术、数字化设备制造技术,目前在进一步实践中;2012年日本发明女性机器人模特,服装秀场可由机器人模特替代;2012年德国也研发推出ALTIN RN50型三维双针锁式线年以后,我国苏州澳拓美盛公司、北京珞石公司、杭州指南车机器人公司、鲍麦克斯公司、特别是上工申贝集团公司收购德国KSL公司等均开始研发和制造服装加工用机器人,这标志着我国服装行业进入机器人时代;2018年美国Softwear Automation公司计划在未来1到2年内在美国推出首条智能自动化T恤生产线,主要使用智能机器人技术和智能缝制设备技术来实现,在智能自动化T恤生产线实现以后,将继续进军牛仔裤和衬衫等更复杂的服装产线年初,日本Mujin机器人初创公司和优衣库公司合作,发明智能双臂机器人,这种机器人可以捡起柔软的T恤衫进行折叠,整齐地把它们放在盒子里运给顾客,实现折叠包装全智能化自动化。

  机器人在服装制造中如何抓取和精准传送衣料是一个世界性难题,如果这个问题不解决就谈不上机器人换人,经过近几年的研究创新,现在已经出现了机器人抓取和精准传送衣料的办法,见图十一,例如:图十一中的(a)机械手抓取输送模板、(b)机器人吸附衣片在工作台面移动输送、(c)工艺固化机器人真空吸附、(d)机器人静电吸附、(e)台面气流移动衣片、(f)机器人灵巧手抓、折、送、(g)机器人协同缝制系统等等。

  图十二所示,我们现在服装制造企业在忙于数字化、网络化转型之后,主要忙于智能化和机器人换人。

  还有整烫模块和折叠包装模块,只有在机器人的机器手发展成为智能灵巧手,才有可能实现少人或无人生产。

  协作机器人(Collaborative Robot)指被设计成可以在协作区域内与人直接进行交互的机器人,见图十四。

  轻巧、安全、易用、成本低、智能性强等特点,现在全球最大的协作机器人公司有丹麦优傲(UNIVERSAL ROBOTS)、日本DENSO WAVE(电装)机器人公司,我国有珞石(北京)科技有限公司、台湾达明(Techman Robot)机器人公司、北京镁伽机器人科技有限公司等。

  机械手通常分为三种等级,即工业夹持器、灵巧手和欠驱动手,见图十五。大家都知道工业夹持器是最简单的机械手,主要用在对刚性物件的抓取和传送; 灵巧手自由度多,要用多电机控制其运动,它的动作灵巧、能抓取和传送各种较小柔性物件,适应范围广,但由于它机构复杂,所用传感器也复杂,它要应用多电机控制,其控制程度难、成本高所以其应用又受到极大限制;欠驱动手是不用电机驱动,而引入智能自适应技术,可对各种物件进行抓取和传送,欠驱动手是当前全球研究创新的前沿技术。服装制造用机器人机械手也十分重要,没有它的成功应用,服装衣料的抓取和传送实现不了!机器人替代人的操作实现不了!服装企业实现少人或无人的智能制造也实现不了!