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机器人的母巢 探访新松机器人工厂

  对沈阳工厂的印象,最广为流传的画面是纪录片《铁西区》冰天雪地里,又脏又破的厂房,繁重体力劳动的工人,贫穷与失意撞击人心,那是一个重工业衰落的时代。这一次探访沈阳的工厂,正是北方秋高气爽的时候,天空碧蓝无云,沿路绿树鲜花,偶尔可看到电力驱动的环保有轨电车在旁边驶过。新松的工厂在沈阳的浑南新区,这里同主城区隔浑河相望,集中了沈阳市的高新技术产业。要找新松公司,邻居东芝公司高耸的又尖又细的实验塔是最明显的地标。

  9月初,新松刚刚启用了一个新的车间生产工业机器人,这是一种模仿人手来工作的设备,样子很像《变形金刚》里汽车人的巨大手臂,给它的末端装上不同的工作单元,就可代替人做焊接、抓取、打磨、拧螺丝等许多作业。这也是工业领域里最常见的一种机器人。

  新车间的外形像一个灰色的巨大仓库,已经是下午上班时间了,偶尔可见工人悠闲地走过,并不匆忙紧张。跟《铁西区》里的画面完全不同。车间里崭新整洁,可以闻到淡淡的机油味道,可不像普通工厂那样浓重得扑面而来,更没有机器轰鸣的声音。大门正对面是一组两层和三层楼高的货架,生产机器人所用的零件全都归类存放在这些架子上,远远看去像一个缩小的立体停车场。这些钢铁零件,每一个有几十斤甚至上百斤重,如何在这么高的货架上堆放和出库,如果依靠工人,真是难以想象。从这个生产车间正中间的大仓库开始,我要看见的是一个新的生产时代:数字化生产。

  利用信息化与自动化控制,用机器人来生产,是新松这个新车间的特色。我们绕到货架背后,看到有轨道从货架区域延伸下来,新松机器人股份有限公司公关部长哈恩晶告诉我,零件运来后,要给每个零件一个信息编码,轨道上有识别条形码的装置,它会告诉程序这些零件的信息,把它们分送到不同的格子里。货架区的正面,是一台终端操作机,每个零部件在仓库的哪个区域,都可以从终端上看到,这台机器同右手边的机器人装配区域的程序连在一起,组成了整个车间的信息流。

  生产时,工人在终端机上下达一个指令给底座的库存区,库存区里有一个自动抓取机器人,它就会根据下达的指令迅速走到放底座的位置,把零件从货架上取下来,放在货仓前面的工作平台上。工作台边上有一个移载机器人,它长得很像一个折弯的手臂,把零件抓起来,转身放在一个传送带上。零件顺着传送带就到了货仓右手边装配区域一个特定工位上,零件出库的工作就完成了。

  底座在装配区域就位后,信息流传给了下一道工序的移动机器人,它长得像扁形的叉车,接到指令后,就来把底座取走。仔细看,装配区域的柱子上贴了很多白色的长带子,这是激光导航用的反光条,工程师在电脑里事先画好了激光路线图,移动机器人就会按照路线图,在装配区域里把零件由一个工位送到另一个工位。

  移动叉车自动把底座送到装配区域最远的一个角落里,那里有两台更大的机械手臂等待着作业。移动叉车接近工位后,会给靠外侧的机械手一个指令,机械手就抓起底盘放在工作台上。给另外一台机械手指令,另外一台机械手就自动转过来,给底盘的外围涂胶,这是为了把底盘同减速机装在一起。

  涂完胶,刚才送底盘来的那种移动机器人又从仓库里取了减速机来。机械手把减速机抓取过来,令人惊奇的是,它仿佛有眼睛一样,不断调整角度,让减速机和底盘上均匀分布的螺丝孔对上。完全对准后,刚才涂胶的机械手已经自动换了一个拧螺丝的工作终端,把减速机和底座拧紧。这些操作完成后,机械手给移动机器人一个指令,把装配好减速机的底座取走,到下一个工位。现在还不能被机器取代的工位一字排开,工人的旁边,其他移动机器人已经送来了零件,承载着底盘的移动机器人就一个工位一个工位地走下去,完成所有操作。全部完成后,移动机器人把装配好的产品自动搬到喷涂区,等在那里的机器人自动给产品喷涂,喷涂后,移动机器人再自动把产品送到检测区,等待检测和出厂。

  一台底座的重量是200斤,如果叠加上各种零部件的重量,依靠人力搬运和装配,效率和人工是难以想象的。哈恩晶告诉我,现在这个车间里,从取零件开始,生产工艺的每一个环节,都已经通过一套控制系统设计好了,机器人之间可以互相通讯,一道工序结束,它就给下一道工序指令,自动进行,不用人来操作。

  机器人生产机器人还是一个新鲜事物,可数字化工厂在国外已经应用了10年左右的时间,新松公司副总裁王宏玉告诉我,他2004年出国去看一家给沃尔沃生产车门的工厂,只看见两个工人在听音乐,所有的生产全是自动化完成。汽车行业是使用机器人比较高的行业,这个行业上我们自动化可能比国外落后10年到15年,因为国外人工很贵,设计时就尽量用机器来替代人。

  现在中国的企业也开始了自动化的升级。4年前,新松公司给一家军工企业设计了一套生产系统,自动化程度比这个机器人的生产车间还要高。最近他们又接到一个订单,为一家石油企业设计数字车间,全部工程做下来造价要6亿元。新松机器人股份有限公司总裁曲道奎并没把这些订单单纯看作企业的产品,除了企业家,他还是中科院沈阳自动化所的研究员,也是科技部牵头组建的中国机器人产业技术创新战略联盟的主席。他告诉我,这也许是一场生产模式的变革。第一次和第二次工业革命是以人为主,而现在信息技术平台无处不在,设备和机器人都有物联接口,设备和机器人之间有一个共同的语言体系,形成一个完整的数字制造过程,人加入其中反倒是绝缘的,设备和设备可以交换信息,设备跟人没法交换,人的存在成了一个障碍。随着劳动力成本增加,信息技术发展和机器人价格的下降,未来也许进入一个以机器人主导生产的时代。

  起点:863计划的技术落地

  以机器人主导生产不是曲道奎的个人判断。就像我看到的新松机器人生产机器人的车间一样,2012年《经济学人》杂志就以《第三次工业革命》为题目,描述未来的工厂不会有积满灰尘的机器,机器边上也不会站着穿着工装裤、满身油污的工人,工厂里的机器非常干净,而且几乎是无人看管的。随着直接从事制造行业的人数的减少,劳动力成本在整个生产成本中的比例也随之下降。曲道奎告诉我,根据他的观察,2010年左右发达国家开始提出了类似的概念,因为制造业的数字化,劳动力成本下降,美国和欧洲有想法把制造业从第三世界国家搬回本土,以便贴近客户。面对人力成本越来越高、人在生产中越来越不重要的世界潮流,我们把眼光回放在中国机器人诞生的时间点上。

  中科院沈阳自动化所坐落在一处幽僻之地,院子的正中是一处陈旧的白色建筑,周围被高大的办公楼和家属楼所环绕,可仔细打量,却发现楼的设计到现在也不算过时,正对面是通体茶色玻璃幕墙,楼的两侧是对称的圆柱形,整体看来像一个放大的机器装置,它的设计获得了1986年的鲁班奖。这栋楼是国家机器人重点实验室所在地,进楼需要核实身份,楼里正中间的大厅摆放着几个机器人模型,从中国第一代水下机器人,到深潜技术突破的蛟龙号控制系统都在这里诞生。

  为中科院沈阳自动化所奠定了以机器人研究为特色的是已经去世多年的老所长、中国工程院院士蒋新松,他也是新松公司总裁曲道奎的老师。蒋新松生前的好友、他传记的作者徐光荣告诉我,1977年,蒋新松去北京参加中国科学院自然科学发展规划会。中科院各地研究所都去了人,大家谁也不知道什么是人工智能,他就跟情报所的同志一起舌战群儒,到处宣传国际自动化领域发展的新动向,研究人工智能和机器人的意义。许多参加会议的老科学家和同行后来都赞同了他的想法。1986年11月,国家实施了高技术研究发展计划也就是后来被经常提及的863计划时,蒋新松被国家科委聘为863计划自动化领域专家委员会首席科学家,他所在的沈阳自动化所也就成了中国机器人与人工智能研究的重要基地。

  863计划实施了将近10年时间,蒋新松并不满足于成果待在实验室里,要做研究成果的产业化。曲道奎中断了在德国萨尔大学的留学,回国专心做工业机器人的研究。曲道奎告诉记者,当时中国的实力远不如今天,外国人有一种偏见,认为中国人是做不出好的机器人的。知识分子就是这样,比较受不得气。你说我做不出来,对我是很大的一个激励,逼得我非要争口气,非要弄出点名堂出来。

  只有接触到高端设备的生产领域,才能切身体会到国外的技术封锁。曲道奎告诉记者,在新松公司没有研发出六关节机械手之前,中国工厂使用的全部是国外进口的机械手,价格非常昂贵。2000年,曲道奎带着研发团队自主研制了40台六关节机械手,用在了嘉陵摩托的生产线上,打破了国外机器人的垄断地位。进口机器人的价格立刻下降,为了同新生的中国对手竞争,甚至打起价格战,比从前降价一半以上。现在中国大约有5万台机器人在服役,节约的成本是个可以计算的巨大数字。

  AGV:进入汽车行业

  自动化领域同工业生产联系紧密,没想到为将来的新松公司提前带来了机会,它们凭借研发出的移动机器人先期就进入了使用机器人最广泛的汽车行业。1992年,沈阳金杯汽车公司找到自动化研究所,希望可以帮助解决一个最头疼的问题:他们从美国引进了一条汽车装配生产线后,因为时代原因导致的贸易封锁,生产线配套的机器人装备不卖了,没有这种机器人,已经买来的生产线也不能用。

  金杯在全国调研了一圈,最后回到我们自动化所,那时候他们刚在美国上市,很有钱,提出来给我们205万元,如果能研究出这种机器人就算双方合作的科研项目,如果研究不出来,就当是资助科研了。王宏玉说,他当时还在自动化研究所读研究生,与其他三人组成课题组,研究这种在国外也是应用于汽车制造业不久的机器人技术。

  这种英文名字叫AutomatedGuidedVehicle的机器人,通俗讲可以想象成人的腿,在汽车总装生产线上,它负载着发动机、后桥、油箱,跟悬吊在流水线上的车身走,方便工人装配。王宏玉说,当时西方的技术是机械跟踪,他们研发的AGV机器人可以同步跟踪,一直在车身正下方。这种现场的科研项目比实验室难多了,实验室只要能走就算成功,可进入到车间,必须可以经得起24小时生产的考验,对它稳定性和可靠性的要求很高。我们那时候天天坐金杯的班车去工厂调试,车上的人一直以为我们也是金杯的员工。王宏玉说。

  给金杯研究成功后两三年,没有项目找上门,王宏玉说,当时汽车厂装配用的还是轨道,AGV对他们来说太高级了。直到1996年柳州微型汽车要跟美国合作一款新车,找研究所做9台AGV。他们的车型和厂房出了问题,做好的AGV就放在所里没拿走,后来长安汽车招标,其他厂家要现做,我说我有成品,你给我钱我就能发货,把车卖给长安了。我们又倒腾了好几次,柳微才来提货,这时候微型车的市场就被我们打开了。王宏玉说。

  金杯公司的海狮车总装车间现在依旧在用新松公司的机器人。总装车间的设备负责人告诉我,用国内厂家的AGV是一个经济的选择。不但价格比国外低,而且维护费用也低,一台设备使用十几年,维护费用算下来节约的数字很大。如果出现问题,维修反应也很快,新松对金杯的承诺是两小时内一定赶到。

  研发出AGV的重要性在于,在上世纪90年代汽车整车装配领域里,机械手由外国几个大公司垄断,中国的机器人企业基本进不去,而AGV的发展相对同步,国外公司没能占据整个市场,新松的AGV有技术和服务的优势,可以在这个领域同国外展开竞争。

  中科院沈阳自动化所的工业机器人项目分离成新松公司后,刚好赶上中国汽车产业的大发展,新松用AGV先打开了国产汽车的市场,再进入到合资的汽车企业,最后进入到国际汽车企业的全球采购。2006年,新松公司为中华轿车提供了后桥、油箱的AGV装配系统,也是中国第一条自主研发、用于汽车自动装配线上的单举装配型AGV系统。2007年跟通用汽车全球采购部签订AGV供货合同,为通用汽车在俄罗斯、加拿大、墨西哥、印度等生产基地提供AGV机器人。王宏玉说,到了2010年新松公司物流事业部已经做到了3.5亿元规模,必须拆分成两个事业部:一个继续做汽车,在中国汽车企业里新松的AGV占到95%的市场份额;另一个专门做仓储物流,它在这个领域是后进入者,竞争很激烈,主要做烟厂、电力、地铁零部件仓储这样对技术要求高,对价格不敏感的高端客户,利润现在不比汽车领域差。

  新松公司的AGV是这个领域里中国唯一拥有出口自主知识产权的机器人,王宏玉说,因为它相当于人的腿,可以代替物流、备货等许多人力,劳动力价格上升越大,它的需求就越大。

  机器人的门槛:技术、人才和资本

  2000年,中科院沈阳自动化所承担863计划中关于工业机器人的研究成果有了公司化的机会。曲道奎告诉我,自动化是一个跟实践联系紧密的专业,研究所的体制和考核体系已经制约它的发展了。那种做个研究课题,发几篇论文,就放在一边然后再做一个课题的方法,既对现实意义不大,对研究者也没有成就感。他同中科院沈阳自动化所研究工业机器人方向的40多人一起成立的公司走向产业化。为了纪念中国机器人的创始人,公司起名为新松。

  2005年新松公司承担国家十一五计划一项特别的课题:研究真空机械手。参与研发的新松中央研究院院长徐方告诉我,芯片是超过石油的我国第一大进口物资,国家计划解决这个问题,可制作芯片所用的设备基本是依赖进口的,这其中就有真空机械手。美国对真空机械手有非常苛刻的出口条件,每次购买要经过FBI等部门审查,供货周期要9个月以上,购买后还要接受飞行检查,这个设备在哪里用,每隔半年就要来查一次。

  新松公司做过洁净机器手的项目,有一定的技术储备,可真空机械手的要求更高,难度大。它的表面处理非常严格,如果在真空舱室产生颗粒,会影响产品合格率。还有它得具备保护功能,使机械手免于损伤,这几个方面有很多技术含量。徐方说,他们做了将近4年的研究,国家投入了非常高的资金才把这个真空机械手完成。新松现在每年有几百台真空机械手的订单。

  机器人行业的鲜明门槛就是技术。曲道奎告诉我,要在机器人这个行业持续发展,企业必须有研发的能力。机器人企业是为客户提供生产装备的,客户的新产品出来了,必须有生产它的新设备。机器人企业跟客户应该是同步成长的伙伴关系,客户开始新产品的研发,机器人企业也要进行新设备研发。如果没有科研能力,核心技术依靠购买,产品周期很快就到了,也会有新的竞争对手进入,企业没办法可持续发展。

  新松公司设计了中央研究院和事业部三层研发体系,第一层是机器人国家工程研究中心、国家级企业技术中心的国家级创新平台,承担国家前瞻性、战略性的关键技术研发。第二层是新松公司的中央研究院,以应用为方向进行基础研发,它跟产品有距离,研究成果用来对下一步产品提供支持和依据。而事业部是面向市场的研发,快速满足客户和市场的需求。到2014年,新松公司一共申请了专利399项,发明专利268项,国际专利8项,主持制定了《弧焊机器人》、《自动导引车通用技术条件》等5项国家标准。徐方说,新一代可以人机协作的机器人、医疗机器人、服务机器人中央研究院都在做研究,有技术储备。

  研发能力的背后是一个庞大的团队。机器人是一个综合体,它涉及自动化、软件、人工智能等许多学科。新松公司80%的员工是研发岗位。曲道奎说,这在传统的生产模式里或者其他行业里可能是没法生存的,但是机器人行业要想发展,必须创新力量占比例最大。

  技术和人才需要的是高密度的资本来支撑。曲道奎兼任着科技部主导成立的中国机器人产业技术创新战略联盟的主席,对行业有清晰的认识。他告诉记者,机器人领域虽然是一个增长点,可进入需要谨慎,投资几千万、上亿元都不算大投资,不一定可以支撑一个机器人企业的持续发展。如果自己不掌握核心技术、没有设计和研发能力是没法竞争的。现在中国市场上的竞争不是区域竞争,外国公司都来中国开厂了,直接面临的就是跟国际企业的竞争。曲道奎说。收购兼并可以快速解决技术和人才的问题。Google会做机器人吗?可它有钱,它去年收购了8家公司,在做机器人上它就厉害了。未来机器人的新科技也许就从Google出来。曲道奎说。

  坐标:新松的市场位置

  9月份投产的机器人生产机器人的新车间既解决了新松批量生产工业机械臂的产能问题,也是新松公司产品链的展示舞台。用于生产的机器人是新松的AGV机器人和工业机械臂,零件的出库与入库是新松的仓储物流技术,而整个车间的生产布局和工艺流程体现的是新松的设计能力和集成控制系统的水平。

  选择工业机械臂作为数字化生产的产品,哈恩晶告诉记者,因为工业机械臂的外形相似,生产量大,非常适合用数字化批量生产的模式。而且虽然在90年代工业机械臂是国外公司的强项,可经过多年的研发,它已经代表了新松公司的实力。它不但拥有自主知识产权,在国内50%的汽车零件生产线上,都是新松的设备。点焊机器人的一个型号,焊点的精度已经达到了国际先进水平,而载重搬运型的机器人,载重量是衡量技术的指标,新松已经研发出了500公斤的重量,技术也达到国际一流。

  有863计划的技术、人才积累和十几年的发展,新松公司现在是国内工业机器人企业里拥有自主知识产权、产品种类和产业链最丰富的公司。面对不断有新企业带着技术或者资本进入这个行业,曲道奎表现得很乐观:有新企业进入对行业来讲是件好事,这就形成了一个生态系统,新松是棵大树,里面还有小树、有灌木,如果只有新松一棵孤零零的大树,这个行业是不对的。而且企业增多,行业变大,蛋糕就变大了,新松从中得到的也变多了。

  曲道奎盯着的是同国外机器人企业的竞争。中国和国际机器人企业的差距在哪里?极具传播力的说法是中国机器人的核心元器件都要依赖进口。已经做了十几年生意的曲道奎告诉我,这是一个伪命题元器件依赖进口确实提高了产品成本,可这同竞争力没有逻辑关系,所谓依赖进口这样的思路是在物流不发达的时代的想法,现在是地球村,大公司都是全球采购,这是非常次要的一个问题。机器人是技术、资金、人才要求三高的行业,新松公司踮着脚算是迈进了这个门槛,国内新进入的企业跟国际上相比更有差距。规模上讲,国际上这样的企业都是世界500强公司,面向的是国际市场,品牌也有历史有知名度,这三方面新松和其他中国企业都不行。曲道奎说。

  在中国市场上的竞争需要一个领域、一个工艺地寻找自动化的空白。王宏玉说,在汽车行业里,国外生产线习惯用国外机器人,可在国产的红旗和中华轿车上新松有突破,为它们提供点焊和弧焊机械臂。新松还寻找国际公司不会进入或者进入不了的领域。比如为石油公司设计生产焊接锅炉的机械臂,这个除了需要卖裸机,还涉及集成系统和自动化生产线的设计,国际公司不做,新松就做。

  寻找空白领域也不是一件简单的事。新松公司是从中国科学院出来的企业,它是没有行业的,你要进入一个行业时,就得跟那个行业去竞争。比如如果有食品领域出现一家生产机器人的企业,它对这个行业熟悉,也有客户资源,新松去竞争就很难。王宏玉说。新松公司的每一个事业部都有一批行业专家,研究、分析目标行业的生产工艺和流程,才能在进入时提出客户满意的解决方案。王宏玉刚从重庆出差回到沈阳,新松的策略是每50台AGV的地方就会建一个服务站,有服务人员对设备进行维护。重庆辐射西南的制造业,到2014年底可以达到300台AGV机器人了,所以这个地点不仅仅是服务的问题,也要研究做市场的深耕。

  技术和综合能力在竞争中起了作用。王宏玉说,仓储物流就是一个新松后进入的领域,开始竞争非常激烈,新松的策略就是挑选高端用户,他们对技术的要求高,这是新松的优势,对价格却不敏感,利润就出来了。另外还有一单几亿元的大工程,新松知道消息的时候已经有企业跟了几年时间。王宏玉说,他要求设计人员必须拿出一个颠覆性的方案来打动客户。客户本来是要做一个自动化生产线,我们把有优势的自动化仓储也加进了生产环节,从一个自动化生产线变成一个数字车间,而且仓储动起来,周转周期短也给企业减少成本。2014年上半年,体现综合实力的数字化工厂或者数字化车间的项目,新松已经同宝马、通用、福特、海信等客户签了合同。

  新松公司现在三分之二的客户是外资或者合资企业,它们在可以解决企业问题的基础上,重视性价比。曲道奎希望,未来可以用这些外资和合资客户来带动国有企业对新松和中国制造的机器人品牌的信任,扩大市场。

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